母体雄激素过多通过RB介导的细胞周期阻滞抑制胎儿心肌细胞增殖并诱导成年期心脏肥大

Maternal androgen excess inhibits fetal cardiomyocytes proliferation through RB-mediated cell cycle arrest and induces cardiac hypertrophy in adulthood.

作者信息Y Huo, W Wang, J Zhang, D Xu, F Bai, Y Gui
PMID37642904
发布时间2024-03
DOI10.1007/s40618-023-02178-1

实验完整度

包含动物模型(孕期DHT注射)、细胞模型(H9c2细胞)、代谢组学分析、组织学、功能学及机制研究等多个独立证据层级。

主要模型

C57BL/6JNifdc小鼠 H9c2细胞

重点核对

孕期小鼠DHT注射剂量:250 μg/只,GD16.5至18.5 H9c2细胞雄酮处理浓度:75 μM 成年后代心脏功能评估时间点:24周龄 胎儿心脏组织代谢物分析:UPLC-MS/MS 细胞周期分析处理时间:36小时

摘要

目的:妊娠期母体雄激素过多与不良妊娠结局和后代慢性非传染性疾病相关。然而,很少有研究证明母体雄激素过多与后代心脏健康之间的关系。本研究旨在探讨宫内雄激素暴露与后代胎儿期和成年期心脏健康的关系。其潜在机制也在本研究中阐明。方法:从妊娠第16.5天至18.5天,给怀孕小鼠注射二氢睾酮(DHT)。在GD18.5,收集胎儿心脏组织进行代谢物和形态学分析。同时收集成年后代的心脏进行形态学和qPCR分析。用75 μM雄酮处理H9c2细胞。采用免疫荧光、流式细胞术、qPCR和Western blot观察细胞增殖并探讨其潜在机制。结果:宫内暴露于过量雄激素导致胎儿后代心室壁变薄,心肌细胞数量减少,并引起成年后代心脏肥大、心功能受损。通过超高效液相色谱-串联质谱法对胎儿心脏组织中类固醇激素代谢物的分析显示,雄激素代谢物雄酮的含量显著增加。机制上,用雄酮处理的H9c2细胞导致心肌细胞中磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白(pRB)和细胞周期相关蛋白包括细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)、细胞周期蛋白依赖性激酶4(CDK4)和细胞周期蛋白D1(CCND1)显著减少。这导致G1-S期细胞周期阻滞,进而抑制心肌细胞增殖。结论:综上所述,我们的结果表明,宫内暴露于DHT,其代谢物雄酮可直接通过细胞周期阻滞减少心肌细胞增殖,这对心脏健康具有终身影响。我们的研究强调了监测孕妇性激素以及随访有宫内雄激素暴露风险后代心脏功能的重要性。关键词:DOHaD,雄激素过多,心肌细胞增殖,心脏功能

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
母体雄激素过多是否影响后代胎儿和成年期心脏健康及其潜在机制?
核心机制
宫内暴露于DHT,其代谢物雄酮通过降低RB蛋白磷酸化水平,导致细胞周期相关蛋白CDK2、CDK4、CCND1等表达下降,引起心肌细胞G1-S期阻滞,从而抑制心肌细胞增殖。
主要证据
通过孕期DHT注射小鼠模型和H9c2细胞模型,结合组织学、代谢组学、流式细胞术、qPCR和Western blot等实验,观察到胎儿期心肌细胞增殖减少、成年期心脏肥大和功能受损,以及细胞周期阻滞相关分子变化。
研究意义
研究强调监测孕妇性激素水平的重要性,并建议对宫内雄激素暴露高风险后代进行心脏功能随访,为预防成年心血管疾病提供新视角。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立母体雄激素过多动物模型

模拟孕期母体雄激素过多的环境,研究对胎儿心脏发育的影响。

对孕鼠从GD16.5至GD18.5皮下注射250 μg DHT或溶剂,GD18.5收集胎儿心脏组织进行形态学和代谢物分析,部分孕鼠自然分娩至成年。

2

胎儿心脏组织代谢物分析

检测胎儿心脏组织中类固醇激素代谢物变化,寻找关键效应分子。

通过UPLC-MS/MS检测胎儿心脏组织中的类固醇激素及其代谢物,筛选差异代谢物。

3

胎儿心脏形态学与细胞增殖凋亡分析

评估母体雄激素过多对胎儿心脏结构和细胞增殖、凋亡的影响。

通过H&E、WGA、Ki67免疫组化和TUNEL染色观察心室壁厚度、心肌细胞横截面积、增殖和凋亡。

4

成年后代心脏结构和功能评估

探究宫内雄激素暴露对成年期心脏结构和功能的影响。

在24周龄时通过超声心动图评估心脏结构(左心室质量、室间隔厚度)和功能(LVEF),并测量心脏重量和体重,同时进行组织学染色评估心肌细胞大小和纤维化。

5

细胞模型验证雄酮对心肌细胞增殖的抑制作用

在细胞水平验证雄酮是否直接抑制心肌细胞增殖。

用不同浓度雄酮处理H9c2细胞,通过CCK-8检测细胞活力,Ki67免疫荧光检测增殖。

6

细胞周期与机制分析

阐明雄酮抑制心肌细胞增殖的分子机制。

通过流式细胞术分析细胞周期分布,qPCR和Western blot检测细胞周期相关基因和蛋白(CDK2、CDK4、Cyclin D1等)以及RB磷酸化水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
二氢睾酮MolnovaM20270
二甲基亚砜SolarbioD8371
芝麻油MolnovaM25057
DHT ELISA试剂盒LDNAA
睾酮ELISA试剂盒LDNAR
雌二醇ELISA试剂盒LDNFR
FITC标记麦胚凝集素SigmaL4895
马森染液ServicebioG1006
过氧化氢ServicebioG0115
牛血清白蛋白ServicebioGC305010
Ki67抗体ServicebioGB111141
山羊抗兔HRPServicebioG1213
DAB(SA-HRP)Tunel细胞凋亡检测试剂盒ServicebioG1507-100T
Vevo 2100超声成像系统VisualSonics--
高糖DMEM培养基PricellaPM150210A
胎牛血清Gibco10100147
CCK-8溶液BeyotimeC0038
Ki67抗体Abcamab16667
山羊抗兔IgG-AlexaFluor 488Absinabs20025
DAPIServicebioG1012
Trizol试剂Invitrogen15596026
Evo M-MLV RT Mix Kit(含gDNA清除)用于qPCRAccurate BiotechnologyAG11728
SYBR Green Pro Taq HS预混试剂盒Accurate BiotechnologyAG11701
Light Cycler 480实时荧光定量PCR仪Roche--
RIPA裂解液Sangon BiotechC510006
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Scientific78441
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012S
聚偏二氟乙烯膜Cytiva10600021
快速封闭液BeyotimeP0252
ECL化学发光试剂盒BiosharpBL520A
ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad--
CCNB1抗体AffinityAF6168
CCND1抗体CST55506
CDK2抗体CST18048
CDK4抗体AffinityDF6102
RB抗体Proteintech10048-2-lg
p-RB抗体CST8516
β-actin抗体AffinityT0022
细胞周期与凋亡分析试剂盒BeyotimeC1052
BD FACSCelesta流式细胞仪BD--
无EDTA胰酶----
FlowJo V10软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
DHT剂量:250 μg/只;给药时间:GD16.5-18.5;给药途径:皮下注射;溶剂:DMSO:芝麻油 (1:99);小鼠品系:C57BL/6JNifdc
阅读提示:见Methods 'Animal model'部分
胎儿心脏组织代谢物分析
组织处理:70%甲醇提取;检测方法:UPLC-MS/MS;代谢物筛选标准:fold change>=1.5或<=0.67且p<0.05
阅读提示:见Methods 'The levels of steroid hormones in fetal heart'部分
组织学分析
固定:4%PFA;切片厚度:4 μm;WGA浓度:未明确;Masson染色步骤:未明确;Ki67免疫组化:抗原修复、3%H2O2、3%BSA封闭、Ki67一抗4°C过夜、HRP二抗、DAB显色
阅读提示:见Methods 'Histological analysis'部分
超声心动图
成像系统:Vevo 2100;麻醉:异氟烷1-1.5%吸入;测量参数:LVPW、LVID、IVS;计算LV mass和LVEF
阅读提示:见Methods 'Transthoracic echocardiography'部分
细胞培养与处理
细胞系:H9c2;培养条件:高糖DMEM+10%FBS、37°C、5%CO2;雄酮处理浓度:75 μM;处理时间:24小时(CCK-8)、36小时(流式)
阅读提示:见Methods 'Cell culture'、'CCK-8 assay'、'Flow cytometry'部分