网络出版时间:2021-1-2517:26 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210125.1440.034.html
组蛋白修饰变化参与曲古抑菌素A缓解的
烟草烟雾暴露所致小鼠子宫损伤过程
娄 毅1,丛艳飞2,丁晶晶2,李 芳2,王莉莉2
(1.中国医科大学基础医学院医学遗传学教研室,辽宁沈阳 110122;2.中国医科大学附属盛京医院实验研究中心,辽宁本溪 117000)
收稿日期:2020-11-16,修回日期:2020-12-27
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81971459);辽宁省自然
科学基金资助项目(No2019 MS 361)
作者简介:娄 毅(
1963-),男,副主任技师,研究方向:遗传性疾病的发病机制,E mail:louyi_1963_1019@126.com;王莉莉(1977-),女,博士,博士生导师,研究方向:先天畸形发育遗传学,通讯作者,E mail:wll_1977_21@163.com
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.02.017
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2020)02-0240-05中国图书分类号:R 332;R122 7;R322 65;R341 27;R345 5;R711 74;R977 3;R977 6
摘要:目的 研究组蛋白修饰变化在曲古抑菌素A(trichos tatinA,TSA)缓解烟草烟雾(cigarettesmoke,CS)暴露所致的雌性小鼠子宫损伤过程中的作用。方法 通过CS暴露30d方法制备CS暴露小鼠子宫损伤模型,CS暴露的同时给予TSA进行;HE染观察各组小鼠子宫组织形态学变化;Westernblot技术检测各组小鼠子宫组织H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9me1、H3K9me2、H3K9me3和H3K27me3总的修饰水平变化以及GLP(euchromatichistonelysinemethyltransferase1,H3K9甲基转移酶),G9ɑ(euchro matichistonelysinemethyltransferase2,H3K9甲基转
移酶),EZH2(enhancerofzestehomolog2,H3K27me3甲基转移酶)的表达水平。结果 TSA缓解CS暴露所致的雌性小鼠子宫间质细胞和腺体数量减少等结构改变。TSA有效抑制了CS暴露激活的小鼠子宫组织H3K9me1的表达,但却进一步激活CS暴露诱导的总H3K27me3修饰水平。TSA可以抑制CS暴露激活的小鼠子宫组织GLP和G9ɑ的表达,进一步激活CS暴露诱导的EZH2表达水平。结论 组蛋白修饰变化参与CS暴露所致的小鼠子宫损伤以及TSA的缓解损伤过程。
关键词:烟草烟雾暴露;组蛋白修饰;子宫;TSA;H3K9me1;组蛋白甲基转移酶
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开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  中国是世界上最大的烟草生产和消费国,2002
年中国女性居民主动吸烟率为3 1%,被动吸烟率
高达54 6%[1]
。烟草烟雾(cigarettesmoke,CS)中
含有多环芳香烃(
PAHs)、苯并芘(BaP)、尼古丁、生物碱和重金属等4000多种有害化学物质[2]。研究发现,吸烟会使处于育龄期的女性生育力下降[
3]
,口服尼古丁会导致大鼠子宫腔上皮和腺上皮形态学
改变[
4]
,CS暴露可导致子宫MMP 9、CXCR4和ER的表达增加[5]
。我们前期的研究表明,CS暴露通过
激活组蛋白脱乙酰基酶1
/2(histonedeacetylase,HDAC),导致小鼠子宫肌层和子宫内膜变薄,腺体组织和间质细胞明显减少等组织形态学改变,TSA,HDAC的通用抑制剂,通过抑制HDAC1/2和mTOR的激活,重新激活自噬,改善CS暴露引起的
小鼠子宫组织形态学改变[6]。此外,我们还发现
P2RX7介导的细胞焦亡和凋亡参与了TSA缓解的
CS暴露所致的小鼠子宫损伤过程[7]。因此,进一步
探究烟草烟雾暴露对女性生育能力影响的相关分子机制将为提高女性生育健康做出一定贡献。
环境毒素可以通过表观遗传学机制影响基因表达水平,进而影响个体的表型或者疾病的易感
性[8]。表观遗传学修饰包括翻译后的组蛋白修饰,
如组蛋白的乙酰化和甲基化修饰、DNA的甲基化修饰等,表观遗传修饰在转录调节中发挥重要作
用[9-10]。组蛋白修饰水平变化和相关组蛋白修饰转移酶的变化和很多子宫疾病有关[11-14]。在子宫
内膜异位症的异位内膜组织中发现全组蛋白H3K4和H3K9的低甲基化,说明组蛋白修饰异常在子宫
内膜异位症的发病中发挥重要作用[11]。子宫内膜
异位症患者的异位子宫内膜中H3K27me3阳性细胞百分比明显低于正常分泌型子宫内膜。此外,H3K27me3的甲基转移酶EZH2在子宫内膜异位症上皮细胞中高水平表达。提示H3K27me3在子宫内膜异位症发病中的作用和E
ZH2可能作为该疾病的潜在靶点[12]。以上结果表明,组蛋白修饰和
相关转移酶的异常参与很多子宫疾病的发生发展,但组蛋白修饰和相关转移酶的变化是否参与了烟草
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烟雾暴露对子宫的毒理作用和TSA的缓解过程,目前尚不清楚。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物 60日龄C57BL/6♀小鼠36只,体质量(20 0±0 5)g,购自
辽宁长生生物技术有限公司,SCXK(辽)2015 0001。实验动物饲养在中国医科大学附属盛京医院动物中心SPF级动物饲养室,SYXK(辽)2017 0004,室温(22±3)℃,相对湿度(50±20)%。针对实验动物的所有操作流程关注动物福利,并通过中国医科大学附属盛京医院医学伦理委员会批准(2013PS06K;2019PS263K)。1.1.2 试剂 雄狮牌香烟(每支含0 7mg尼古丁和8mg焦油);组蛋白提取试剂盒(EPIGENTEK,批号:#OP 0006);TSA(Sigma;批号:T1952);免疫组化试剂盒(迈新,批号:KIT9921);一抗来源:GAPDH(康成生物;批号:KC 5G4,规格:100μL);H3(AB clonal;批号:A2348);H3K4me1(ABclonal;批号:A2355);H3K4me2(ABclonal;批号:A2356);H3K4me3(ABclonal;批号:A2357);H3K9me1(AB clonal;批号:A2358);H3K9me2(ABclonal;批号:A2359);H3K9me3(ABclonal;批号:A2360);H3K27me3(ACTIVEMOTIF;批号:61017);GLP(R&D;批号:PP B0422);G9ɑ(MILLIPORE;批号:#09 071);EZH2(CST;批号:5246S);羊抗兔二抗(Abbkine;批号:A23620);羊抗鼠二抗(Abbkine;批号:A25012)。
1.1.3 实验仪器 Westernblot垂直电泳系统(美国Hoffer公司);Wes
ternblot转膜系统(美国Bio Rad公司);RM2235石蜡切片机(德国Leica公司);组织石蜡包埋机(湖北孝感阔海医疗公司);低温高速离心机(美国Thermo公司);-80℃超低温冰箱(美国Thermo公司);电子天平(美国G&G公司)QS RO型全自动超纯水机(沈阳惠思纯水设备有限公司);生物净化工作台(中国苏净安泰公司);眼科剪刀、镊子等必备手术器械(江苏宠宝集团医疗器械有限公司)。
1.2 研究方法
1.2.1 烟草烟雾暴露小鼠模型 将36只C57BL/6♀小鼠按随机分组的方法分为对照组、CS暴露组和CS+TSA组,每组12只,对每组内的小鼠进行编号,列表记录它们的初始体质量及状态。自制实验性CS暴露装置,CS暴露方法参照本课题组前期实验[6-7]。CS暴露组和CS+TSA组小鼠CS暴露时间为30d,每天两次CS暴露,每次CS暴露给两支烟持续暴露2h,CS暴露时间间隔为5h。对照组小鼠吸入空气。药物TSA(将TSA溶于DMSO,再用生理盐水将其配制成浓度为1 98×10-5mol·L-1的溶液),按0 6μg·g-1体质量的剂量,每2d1次,腹腔内注射给CS+TSA组小鼠。CS暴露30d后,对处于发情期的雌性小鼠实施安乐死,并从每组中至少收集5个子宫组织用于进一步研究。1.2.2 HE染 各组小鼠的子宫组织用4%多聚甲醛固定24h,再经梯度酒精的洗涤与脱水以及二甲苯透明,浸在石蜡中进行组织包埋,以4μm厚度连续切片,然后进行标准HE染,中性树脂封片后置于光学显微镜下观
察并拍照。
1.2.3 Westernblot 提取各组小鼠子宫组织总蛋白和组蛋白,具体操作步骤参照试剂盒说明书。然后将提取的各组子宫组织的蛋白进行SDS PAGE电泳,分别用GAPDH(1∶10000);H3(1∶1000);H3K4me1(1∶200);H3K4me2(1∶200);H3K4me3(1∶200);H3K9me1(1∶200);H3K9me2(1∶200);H3K9me3(1∶200);H3K27me3(1∶300);GLP(1∶400);G9ɑ(1∶400)和EZH2(1∶200)抗体孵育。实验结束后用Image J软件对光密度值进行定量检测,对不同分子量蛋白的表达情况进行分析。
1.3 统计学分析 应用GraphPadPrism7 00统计软件分析数据,两组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析。
2 结果
2.1 TSA抑制CS暴露导致的子宫组织结构改变 CS暴露后小鼠的子宫湿重降低,子宫肌层变薄、腺体和间质细胞数目减少,TSA可以有效抑制CS暴露引起的小鼠子宫的上述形态学改变(见Fig1)。以上CS暴露导致的子宫组织结构改变和TSA对子宫损伤的改善和我们先前的研究结果一致[6]
Fig1 TSArelievedchangesinuterinetissue
morphologycausedbyCSexposure
HEstainingwasusedtoobservethemorphologyofmouseuterusinthecontrolgroup,CSexposedgroupandCSexposed+TSAgroup)
2.2 TSA抑制CS暴露诱导的小鼠子宫组织组蛋白H3K9me1修饰水平变化 采用Westernblot技
·
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术检测了各组(对照组、CS暴露组和CS+TSA组)小鼠子宫组织组蛋白中H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9me1、H3K9me2、H3K9me3和H3K27me3总的修饰水平,结果表明,CS暴露后小鼠子宫组织总H
3K9me1表达水平明显升高,TSA有效抑制了CS暴露诱导的小鼠子宫组织H3K9me1的表达。此外,CS暴露后小鼠子宫组织总H3K27me3表达水平明显升高,TSA进一步激活了小鼠子宫组织总H3K27me3表达水平。其他检测的组蛋白总的修饰水平在各鼠子宫组织中的改
变差异无统计学意义(见Fig2)。因此,结果表明H3K9me1和H3K27me3组蛋白修饰水平变化参与烟草烟雾对小鼠子宫的损伤过程,且H3K9me1组蛋白修饰水平的变化在T
SA缓解的烟草烟雾暴露
所致的小鼠子宫损伤过程中发挥重要作用。
Fig2 HistonemodificationsinvolvedinprocessofuterineinjuryalleviatedbyTSAinfemalemice
inducedbyCSexposure(珋x±s,n=3)
WesternblotresultsshowedthatTSAsignificantlyinhibitedglobalH3K9me1modificationandfurtheraggravatedH3K27me3changein ducedbyCSexposure.
P<0 05vscontrol;#P<0 05vsCS
2.3 组蛋白甲基转移酶在小鼠子宫组织中的表达 H3K9me1和H3K27me3组蛋白修饰水平变化参与C
S对小鼠子宫的损伤过程,为了探索组蛋白修饰水平改变的机制,我们进一步检测了各组小鼠子宫组织中组蛋白甲基转移酶GLP(H3K9甲基转移酶)、G9ɑ(H3K9甲基转移酶)和EZH2(H3K27me3甲基转移酶)的表达水平。结果发现:CS暴露后小鼠子宫组织GLP和G9ɑ表达水平增加,TSA抑制了CS暴露激活的小鼠子宫组织GLP和G9ɑ的表达。此外,
CS暴露后小鼠子宫组织中EZH2表达水平增加,应用TSA后进一步激活了CS暴露诱导的EZH2表达水平(见Fig3)。我们的研究结果表明:组蛋白甲基转移酶(GLP、G9α、EZH2)表达水平的增加在烟草烟雾对小鼠子宫的损伤中发挥作用,GLP、G9α
和TSA改善在CS暴露引起的子宫组织形态改变过
程中起到一定的作用。
Fig3 Histonemethyltransferaseinvolvedinprocessof
uterineinjuryalleviatedbyTSAinfemalemice
inducedbyCSexposure(珋x±s,n=3)
TSAsuppressedGLPandG9ɑexpressioninmiceuterinetissuein ducedbyCSexposure,butfurtheractivatedEZH2increase. P<0 05vscontrol;#P<0 05vsCS
3 讨论
  本研究发现,CS暴露后小鼠的子宫腺体和间质细胞数目减少,TSA可以有效抑制CS暴露引起的小鼠子宫的上述形态学改变。以上CS暴露导致的
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子宫组织结构改变和TSA对子宫损伤的改善和我们先前的研究结果一致[7]。研究发现CS中的有害物质可以导致肺上皮细胞中DNA甲基化和组蛋白修饰发生变化[13-15]。但是,在子宫组织中CS暴露能否通过改变组蛋白修饰参与其对子宫的毒理作用和TSA的缓解过程,目前尚不清楚。为进一步探究组蛋白修饰水平变化在CS暴露对小鼠子宫的毒理作用以及在TSA对子宫损伤的改善中的作用,我们采用Westernblot技术检测了各组小鼠子宫组织组蛋白中H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9me1、H3K9me2、H3K9me3和H3K27me3总的修饰水平。结果表明:H3K9me1和H3K27me3组蛋白修饰水平变化参与CS对小鼠子宫的损伤过程,且H3K9me1组蛋白修饰水平的变化在TSA缓解的CS暴露所致的小鼠子宫损伤过程中发挥重要作用。环境毒素可以通过表观遗传学机制影响基因表达水平。本研究发现G9ɑ和GLP调节的总H3K9me1组蛋白修饰水平变化参与CS对小鼠子宫的损伤和TSA的缓解过程。但是,H3K9me1组蛋白修饰水平变化后影响了下游哪些基因的表达,目前尚不清楚。我们前期发现CS暴露能够通过激活小鼠子宫组织中HDAC1/2、mTOR和P2RX7介导的细胞焦亡导致子宫肌层和子宫内膜变薄,而TSA可以抑制HDAC1/2、mTOR和P2RX7的活化,缓解CS暴露引起的子宫组织形态改变[6-7]。CS暴露和TSA处理后子宫组织中HDAC1/2、mTOR和P2RX7表达水平的变化是否和H3K9me1组蛋白修饰水平变化有关,值得我们后续深入研究。
我们进一步检测了各组小鼠子宫组织中组蛋白甲基转移酶GLP(H3K9甲基转移酶)、G9α(H3K9甲基转移酶)和EZH2(H3K27me3甲基转移酶)的表达水平。CS暴露后小鼠子宫组织GLP和G9α表达水平增加,TSA抑制了CS暴露激活的小鼠子宫组织GLP和G9α的表达。此外,CS暴露后小鼠子宫组织中EZH2表达水平增加,应用TSA后进一步激活了CS暴露诱导的EZH2表达水平。我们的研究结果表明:组蛋白甲基转移酶(GLP、G9α、EZH2)表达水平的增加在烟草烟雾对小鼠子宫的损伤中发挥作用。此外,GLP、G9α在TSA改善CS暴露引起的子宫组织形态改变过程中起到一定的作用。组蛋白甲基转移酶(GLP、G9α和EZH2)在子宫组织中的作用,目前很少文献报道。G9ɑ(H3K9甲基转移酶)在子宫内膜癌组织中表达升高,G9ɑ通过抑制E cadherin影响内膜癌的转移和进展。提示G9ɑ调节的表观遗传通路可能作为子宫内膜癌的潜在靶点[16]。新生儿暴露于二乙雌酚可引起小鼠子宫癌,DES可明显降低EZH2、组蛋白赖氨酸乙酰转移酶2A和组蛋白去乙酰化酶HDAC1、HDAC2和HDAC3的表达水平[17]。子宫组织中EZH2的表达水平和子宫的发育阶段和激素水平有关,EZH2表达缺失可导致异常的子宫上皮增生、子宫肥大,表明EZH2在子宫发育和功能中起着至关重要的作用[18]。本研究中发现CS暴露后小鼠子宫组织组蛋白甲基转移酶GLP、G9α和EZH2表达水平增加,表明这些酶的激活和CS暴露对子宫组织的损伤有关。提示GLP、G9ɑEZH2可能作为靶向烟草烟雾暴露导致的女性生育能力受损的新的靶点。然而,TSA进一步加剧烟草烟雾暴露激活的EZH2和H3K27me3修饰水平变化。提示:TSA对烟草烟雾暴露激活的EZH2和H3K27me3修饰水平没有缓解作用。
综上所述,组蛋白修饰变化参与TSA缓解的烟草烟雾暴露所致的小鼠子宫损伤过程。本研究为阐明表观遗传机制在烟草烟雾暴露导致的女性生育能力受损中提供了前期基础,为未来吸烟引起的女性不孕提供了新的靶点和思路。
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InvolvementofhistonemodificationsinprocessofuterineinjuryalleviatedbyTSAinfemalemiceinducedbycigarettesmokeexposure
LOUYi1,CONGYan fei2,DINGJing jing2,LIFang2,WANGLi li2
(1.DeptofMedicalGenetics,ChinaMedicalUniversity,Shenyang 110122,China;
2.MedicalResearchCenterofShengjingHospital,ChinaMedicalUniversity,BenxiLiaoning 117000,China)
Abstract:Aim Toexplorewhetherhistonemodifica tionsareinvolvedintheprocessofuterineinjuryalle viatedbyTSAinfemalemiceinducedbycigarettesmoke(CS)exposure.Methods FemalemicewereexposedtoCStwicedailyfor30daysandTSAwasin jectedintraperitoneallyintoCS exposedmiceonalter natedaysintheTSA treatedgroup.HEstainingwasusedtoobservethemorphologicalchangesofmiceute rusafterCSexposure;WesternblotwasusedtoassesstheglobalmodificationlevelsofH3K4me1,H3K4me2,H3K4me3,H3K9me1,H3K9me2,H3K9me3andH3K27me3inuteri.GLP(H3K9his tonemethyltransferase),G9ɑ(H3K9histonemethyl transferase),EZH2(H3K27me3hist
onemethyltrans ferase).Results TSAeffectivelyrestoredthenumberofglandularandinterstitialcellsreducedbyCSexpo sure.WesternblotresultsshowedthatTSAsignificantlyinhibitedglobalH3K9me1modificationandfurtherag gravatedH3K27me3changeinducedbyCSexposure.FurthermoreTSAsuppressedGLPandG9ɑexpressioninmouseuterinetissueinducedbyCSexposure,butfurtheractivatedEZH2increase.Conclusions His tonemodificationsareinvolvedintheprocessofuterineinjuryalleviatedbyTSAinfemalemiceinducedbycigarettesmokeexposure.
Keywords:cigarettesmokingexposure;histonemod ification;uterus;TSA;H3K9me1;histonemethyl transferase
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