邢 若 王 鵬 李興杰
(首都醫(yī)科大學(xué)附屬世紀(jì)壇醫(yī)院藥劑科,臨床合理用藥生物特征譜學(xué)評價北京市重點實驗室,北京100038)
脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是革蘭氏陰性菌的致病部分,其侵入機(jī)體后,可以誘導(dǎo)組織炎癥、氧化應(yīng)激,造成組織損傷,最終誘導(dǎo)疾病發(fā)生[1]。LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷是常見的心血管系統(tǒng)疾病如膿毒癥心肌損傷發(fā)生機(jī)制之一[2]。LPS刺激后的心肌細(xì)胞凋亡水平增加、炎癥因子釋放水平增加、氧化應(yīng)激水平升高[3]。山藥多糖提取自山藥,具有抗衰老、增加免疫力、抗氧化、降血糖等功效[4]。研究顯示,山藥多糖有改善心血管系統(tǒng)疾病的功效[5]。NF-κB是在人體內(nèi)發(fā)揮多種生物學(xué)作用的調(diào)控因子,其激活后能夠誘導(dǎo)炎癥、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡發(fā)生[6]。LPS刺激后的心肌細(xì)胞中NF-κB激活水平升高,并且下調(diào)NF-κB激活水平可以抑制心肌細(xì)胞損傷[7]?,F(xiàn)階段山藥多糖在LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷中的作用還不明確。本實驗以心肌H9C2細(xì)胞作為體外實驗對象,探討山藥多糖對LPS誘導(dǎo)心肌細(xì)胞炎癥因子表達(dá)、細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激的影響和機(jī)制,為山藥多糖治療心肌損傷的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
1.1 材料 心肌H9C2細(xì)胞購自通派(上海)生物科技有限公司;ROS檢測試劑盒、LDH檢測試劑盒、SOD檢測試劑盒、MDA檢測試劑盒購自北京普利萊基因技術(shù)有限公司;TNF-α含量檢測試劑盒、IL-6含量檢測試劑盒購自艾美捷科技有限公司;C-Caspase-3抗體、IκBα抗體購自美國Proteintech公司;p65抗體購自美國Cell Signaling Technology公司;山藥多糖(純度:UV≥90%,SC9990-20 mg)購自北京索萊寶科技有限公司。
1.2 方法
1.2.1 CCK-8法測定山藥多糖對心肌細(xì)胞增殖活性影響 將心肌細(xì)胞接種至96孔板中,每孔3 000個細(xì)胞。細(xì)胞貼壁以后,更換為含有山藥多糖終濃度為0、0.05、0.10、0.20、0.40、0.80 g/L的細(xì)胞培養(yǎng)液培養(yǎng),置于CO2培養(yǎng)箱內(nèi)37℃孵育培養(yǎng)24 h后,將培養(yǎng)板取出,添加10μl的CCK-8,繼續(xù)培養(yǎng)2 h,檢測570 nm的OD值,以O(shè)D值表示細(xì)胞增殖活性。
1.2.2 細(xì)胞分組 心肌細(xì)胞分成Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組,LPS、CYPS-L、CYPSM、CYPS-H組細(xì)胞分別以含有25 mg/L的LPS細(xì)胞培養(yǎng)液培養(yǎng),CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞分別在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加終濃度為0.05、0.10、0.20 g/L的山藥多糖。Control組為空白對照細(xì)胞。以CCK-8法測定Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞培養(yǎng)24 h后細(xì)胞增殖活性變化。
1.2.3 流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡 收集培養(yǎng)24 h后的Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞,用冰預(yù)冷以后的PBS溶液洗滌2次,然后在細(xì)胞內(nèi)添加300μl的結(jié)合緩沖溶液,添加Annexin VFITC和PI染色液各5μl,避光反應(yīng)15 min,上流式細(xì)胞儀檢測凋亡變化。
1.2.4 ROS、SOD、MDA、LDH水平檢測 收集培養(yǎng)24 h后的Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞和培養(yǎng)液上清,分別使用ROS檢測試劑盒(熒光法)、SOD檢測試劑盒(黃嘌呤氧化法)、MDA檢測試劑盒(硫代巴比妥酸法)測定細(xì)胞中ROS、SOD、MDA水平,ROS結(jié)果以相對熒光表示,用LDH檢測試劑盒(二硝基苯肼法)測定培養(yǎng)液上清中LDH水平,步驟均同試劑盒說明書。
1.2.5 ELISA法檢測TNF-α、IL-6水平 收集培養(yǎng)24 h后的Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞培養(yǎng)液上清,以TNF-α含量檢測試劑盒(ELISA法)、IL-6含量檢測試劑盒(ELISA法)測定TNF-α、IL-6水平,步驟同說明書。
1.2.6 Western blot檢測C-Caspase-3、p65、IκBα蛋白表達(dá) 收集培養(yǎng)24 h后的Control、LPS、CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組細(xì)胞,用1 ml的PBS洗滌細(xì)胞2次,然后添加RIPA裂解試劑,冰上裂解30 min,將裂解液轉(zhuǎn)移到離心管內(nèi),12 000 g、4℃離心20 min,放在-80℃保存。以BCA法測定蛋白濃度。制備SDS-PAGE凝膠,每個孔內(nèi)添加20μg蛋白樣品,蛋白樣品在添加到上樣孔之前需要與等體積的2×Loading Buffer混合煮沸5 min。100 V電壓電泳,觀察溴酚藍(lán)進(jìn)入到上層膠和下層膠之間時,調(diào)整電壓為120 V繼續(xù)電泳。設(shè)置100 V的電壓轉(zhuǎn)膜90 min。取出電轉(zhuǎn)后的PVDF膜,放在封閉液(5%牛血清白蛋白)內(nèi)孵育1.5 h,然后將PVDF膜放在一抗(CCaspase-3抗體按照1:800稀釋,p65抗體按照1∶1 000稀釋,IκBα抗體按照1∶1 000稀釋)中,在4℃結(jié)合過夜,然后放在二抗(二抗按照1∶4 000稀釋)中,在室溫孵育1.5 h。ECL發(fā)光后,分析目的條帶和內(nèi)參GAPDH的灰度值,以GAPDH作為內(nèi)參,分析目的蛋白表達(dá)變化。
1.2.7 NF-κB信號激活劑對山藥多糖影響心肌細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激以及炎癥因子表達(dá)的作用 檢測心肌細(xì)胞以含有25 mg/L的LPS、0.10 g/L的山藥多糖、1μmol/L的NF-κB信號激活劑PMA處理,記為CYPS-M+PMA組,以CYPS-M組作為參照,利用上述1.2.1~1.2.7中方法檢測細(xì)胞增殖、凋亡和ROS、SOD、MDA、LDH、TNF-α、IL-6水平及C-Caspase-3、p65、IκBα蛋白表達(dá)水平。
1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 用SPSS21.0軟件分析數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)以±s表示,兩組數(shù)據(jù)間比較用t檢驗,多組差異比較用單因素方差,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 山藥多糖對心肌細(xì)胞增殖活性影響 與0 g/L山藥多糖處理相比,0.05、0.10、0.2 g/L的山藥多糖處理后的心肌細(xì)胞增殖活性無顯著性差異,0.40、0.80 g/L的山藥多糖處理后的心肌細(xì)胞增殖活性降低(表1)。因此,選擇0.05、0.10、0.20 g/L的山藥多糖處理心肌細(xì)胞。
2.2 山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡影響與Control組比較,LPS組心肌細(xì)胞增殖活性降低,凋亡率升高,細(xì)胞中C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平也升高。與LPS組比較,CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組心肌細(xì)胞增殖活性依次升高,凋亡率依次降低,細(xì)胞中C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平依次降低(圖1、表2)。山藥多糖抑制LPS條件下心肌細(xì)胞凋亡。
2.3 山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激影響 與Control組比較,LPS組心肌細(xì)胞中ROS和MDA水平升高,SOD水平降低,培養(yǎng)液上清中LDH水平升高。與LPS組比較,CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組心肌細(xì)胞中ROS和MDA水平依次降低,SOD水平依次升高,培養(yǎng)液上清中LDH水平依次降低(表3)。山藥多糖抑制LPS條件下心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激。
表1 山藥多糖對心肌細(xì)胞增殖活性影響(±s)Tab.1 Effects of Yam polysaccharide on proliferation activity of cardiomyocytes(±s)
表1 山藥多糖對心肌細(xì)胞增殖活性影響(±s)Tab.1 Effects of Yam polysaccharide on proliferation activity of cardiomyocytes(±s)
Note:Compared with 0 g/L,1)P<0.05.
Proliferative activity(OD570 nm)0.51±0.06 0.53±0.05 0.50±0.04 0.52±0.06 0.41±0.031)0.35±0.041)20.870<0.001 Concentration(g/L)0 0.05 0.10 0.20 0.40 0.80 F P
2.4 山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞炎癥因子表達(dá)影響 與Control組比較,LPS組心肌細(xì)胞培養(yǎng)液上清中TNF-α、IL-6水平升高。與LPS組比較,CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組心肌細(xì)胞培養(yǎng)液上清中TNF-α、IL-6水平依次降低(表4)。提示山藥多糖抑制LPS條件下心肌細(xì)胞炎癥因子表達(dá)。
圖1 山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡和C-Caspase-3蛋白表達(dá)影響Fig.1 Effects of Yam polysaccharideon LPSinduced apoptosis and C-Caspase-3 protein expression in cardiomyocytes
表2 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞增殖活性、凋亡率和C-Caspase-3蛋白水平影響(±s)Tab.2 Effects of Yam polysaccharide on proliferation activity,apoptosis rate and C-Caspase-3 protein level of cardiomyocytesunder LPScondition(±s)
表2 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞增殖活性、凋亡率和C-Caspase-3蛋白水平影響(±s)Tab.2 Effects of Yam polysaccharide on proliferation activity,apoptosis rate and C-Caspase-3 protein level of cardiomyocytesunder LPScondition(±s)
Note:Compared with Control,1)P<0.05;compared with LPS,2)P<0.05;compared with CYPS-L,3)P<0.05;compared with CYPSM,4)P<0.05.
C-Caspase-3 protein(%)0.22±0.03 0.85±0.091)0.63±0.052)0.45±0.042)3)0.27±0.032)3)4)218.507<0.001 Groups Control LPS CYPS-L CYPS-M CYPS-H F P Proliferative activity(OD570 nm)0.53±0.07 0.28±0.031)0.35±0.032)0.43±0.042)3)0.52±0.052)3)4)48.625<0.001 Apoptosis rate(%)6.32±0.51 36.75±4.111)25.01±2.362)12.47±1.142)3)9.33±0.852)3)4)292.287<0.001
2.5 山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞中NF-κB信號通路激活水平影響 與Control組比較,LPS組心肌細(xì)胞中p65蛋白水平升高,IκBα蛋白水平降低;與LPS組比較,CYPS-L、CYPS-M、CYPS-H組心肌細(xì)胞中p65蛋白水平依次降低,IκBα蛋白水平依次升高(圖2、表5)。山藥多糖抑制LPS條件下心肌細(xì)胞中NF-κB信號通路激活。
2.6 NF-κB信號激活劑對山藥多糖影響LPS條件下心肌細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和炎癥因子表達(dá)作用 與CYPS-M組比較,CYPS-M+PMA組心肌細(xì)胞增殖活性降低,凋亡率和C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平升高,細(xì)胞中ROS、MDA水平升高,SOD水平降低,培養(yǎng)液上清中LDH、TNF-α、IL-6水平升高,p65蛋白表達(dá)水平升高,IκBα蛋白表達(dá)水平下降(圖3、表6)。
表3 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞ROS、SOD、MDA水平和培養(yǎng)液上清中LDH水平的影響(±s)Tab.3 Effects of Yam polysaccharide on ROS,SOD,MDA levels and LDH level in supernatant of cultured cardiomyocytes under LPScondition(±s)
表3 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞ROS、SOD、MDA水平和培養(yǎng)液上清中LDH水平的影響(±s)Tab.3 Effects of Yam polysaccharide on ROS,SOD,MDA levels and LDH level in supernatant of cultured cardiomyocytes under LPScondition(±s)
Note:Compared with Control,1)P<0.05;compared with LPS,2)P<0.05;compared with CYPS-L,3)P<0.05;compared with CYPS-M,4)P<0.05.
LDH(U/L)5.23±0.51 32.47±3.301)23.32±2.152)15.02±1.452)3)7.84±0.722)3)4)309.100<0.001 Groups Control LPS CYPS-L CYPS-M CYPS-H F P ROS 1.00±0.09 4.69±0.511)3.26±0.122)2.04±0.202)3)1.45±0.112)3)4)300.395<0.001 MDA(nmol/mg)9.55±0.74 31.45±2.681)21.28±2.062)16.34±1.422)3)10.20±1.012)3)4)244.621<0.001 SOD(U/mg)86.79±8.51 39.50±4.221)48.62±3.562)62.30±4.812)3)76.08±6.572)3)4)99.466<0.001
表4 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞培養(yǎng)液上清中TNFα、IL-6水平的影響(±s,ng/L)Tab.4 Effects of Yam polysaccharide on TNF-αand IL-6 levels in supernatant of cardiomyocyte culture medium under LPScondition(±s,ng/L)
表4 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞培養(yǎng)液上清中TNFα、IL-6水平的影響(±s,ng/L)Tab.4 Effects of Yam polysaccharide on TNF-αand IL-6 levels in supernatant of cardiomyocyte culture medium under LPScondition(±s,ng/L)
Note:Compared with Control,1)P<0.05;compared with LPS,2)P<0.05;compared with CYPS-L,3)P<0.05;compared with CYPSM,4)P<0.05.
IL-6 36.52±3.71 327.94±20.841)264.89±22.852)186.76±18.422)3)104.55±10.282)3)4)439.868<0.001 Groups Control LPS CYPS-L CYPS-M CYPS-H F P TNF-α 22.81±2.01 217.89±16.351)163.74±12.582)104.95±10.222)3)43.78±3.262)3)4)548.128<0.001
圖2 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞中p65、IκBα蛋白表達(dá)的影響Fig.2 Effect of Yam polysaccharide on p65 and IκBαprotein expression in cardiomyocytes under LPScondition
表5 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞p65、IκBα蛋白表達(dá)水平的影響(±s)Tab.5 Effects of yam polysaccharide on p65 and IκBα protein expression in cardiomyocytes under LPS condition(±s)
表5 山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞p65、IκBα蛋白表達(dá)水平的影響(±s)Tab.5 Effects of yam polysaccharide on p65 and IκBα protein expression in cardiomyocytes under LPS condition(±s)
Note:Compared with Control,1)P<0.05;compared with LPS,2)P<0.05;compared with CYPS-L,3)P<0.05;compared with CYPSM,4)P<0.05.
IκBα 1.03±0.11 0.23±0.041)0.43±0.062)0.68±0.072)3)1.06±0.102)3)4)185.772<0.001 Groups Control LPS CYPS-L CYPS-M CYPS-H F P p65 0.20±0.03 0.96±0.111)0.65±0.062)0.41±0.042)3)0.21±0.022)3)4)251.202<0.001
圖3 NF-κB激活劑和山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞中p65、IκBα、C-Caspase-3蛋白表達(dá)影響Fig.3 Effects of NF-κB activator and yam polysaccharide on p65,IκBαand C-Caspase-3 protein expression in cardiomyocytes under LPScondition
表6 NF-κB激活劑和山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞增殖活性、凋亡率和細(xì)胞中ROS、SOD、MDA水平和培養(yǎng)液上清中LDH、TNF-α、IL-6水平以及p65、IκBα、C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平影響(±s)Tab.6 Effects of NF-κB activator and yam polysaccharide on proliferation activity,apoptosis rate,ROS,SOD,MDA levels in cardiomyocytes,LDH,TNF-α,IL-6 levels in culture medium supernatant and p65,IκBα,C-Caspase-3 protein expression levels in LPStreated cardiomyocytes(±s)
表6 NF-κB激活劑和山藥多糖對LPS條件下心肌細(xì)胞增殖活性、凋亡率和細(xì)胞中ROS、SOD、MDA水平和培養(yǎng)液上清中LDH、TNF-α、IL-6水平以及p65、IκBα、C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平影響(±s)Tab.6 Effects of NF-κB activator and yam polysaccharide on proliferation activity,apoptosis rate,ROS,SOD,MDA levels in cardiomyocytes,LDH,TNF-α,IL-6 levels in culture medium supernatant and p65,IκBα,C-Caspase-3 protein expression levels in LPStreated cardiomyocytes(±s)
Note:Compared with CYPS-M,1)P<0.05.
Groups Proliferative activity(OD570 nm)Apoptosisrate(%)C-Caspase-3 ROS MDA(nmol/mg)SOD(U/mg)LDH(U/L)TNF-α(ng/L)IL-6(ng/L)p65 IκBα CYPS-M CYPS-M+PMA 0.44±0.05 11.58±1.23 0.49±0.05 1.00±0.08 15.95±1.36 61.84±5.30 14.78±1.27 102.98±10.41 187.93±14.45 0.38±0.05 0.63±0.06 t P 0.30±0.041)6.559<0.001 18.65±1.751)9.916<0.001 0.87±0.061)14.596<0.001 1.69±0.121)14.353<0.001 24.01±0.201)17.590<0.001 46.21±3.371)7.466<0.001 25.75±2.361)12.280<0.001 185.72±16.651)12.641<0.001 236.20±20.591)5.575<0.001 0.75±0.071)12.903<0.001 0.35±0.051)10.755<0.001
山藥又稱為薯蕷,具有補(bǔ)腎、健脾、生津等作用,其既是一味中藥,又是一種食物[8]。山藥多糖是山藥中的主要活性成分,其由葡萄糖、甘露醇、半乳糖、阿拉伯糖、木糖等組成,具有降低血糖、調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、清除氧自由基等藥理學(xué)功能[9]。有研究發(fā)現(xiàn),山藥多糖治療后的心肌梗死大鼠心肌細(xì)胞凋亡水平降低,山藥多糖降低腦缺血再灌注大鼠腦組織氧化應(yīng)激和炎癥因子釋放水平[5,10]。本實驗顯示,山藥多糖處理后的LPS條件下心肌細(xì)胞增殖活性升高,細(xì)胞凋亡率降低,提示山藥多糖抑制LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,山藥多糖具有保護(hù)心肌細(xì)胞損傷的作用。
研究顯示,LPS誘導(dǎo)心肌細(xì)胞炎癥和氧化應(yīng)激等是其造成心肌細(xì)胞損傷的重要機(jī)制[11]。LPS刺激以后的心肌細(xì)胞中產(chǎn)生大量的ROS,ROS不能被SOD等抗氧化酶及時降解,導(dǎo)致ROS聚集在心肌細(xì)胞內(nèi),ROS不僅能夠激活Caspase凋亡反應(yīng),誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生,還可以將細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)過氧化,造成氧化損傷[12-13]。MDA是脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物,也是氧化損傷的標(biāo)志[14]。脂質(zhì)是細(xì)胞膜的主要成分之一,其過氧化后造成細(xì)胞膜損傷,促使細(xì)胞內(nèi)的LDH進(jìn)入細(xì)胞外,因此,檢測培養(yǎng)液上清中LDH水平可以間接反映細(xì)胞損傷程度[15]。Caspase-3位于Caspase級聯(lián)反應(yīng)的下游,其活化后被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的標(biāo)志[16]。LPS刺激誘導(dǎo)心肌細(xì)胞產(chǎn)生大量的TNF-α、IL-6等炎癥因子,這些炎癥因子也能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生,加重細(xì)胞損傷[17-19]。另外,過量的炎癥反應(yīng)也可以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)ROS積累[20]。本次實驗結(jié)果顯示,山藥多糖處理后的LSP條件下心肌細(xì)胞中ROS、MDA水平降低,SOD水平升高,培養(yǎng)液上清中LDH、TNF-α、IL-6水平降低,C-Caspase-3蛋白表達(dá)水平下降,提示山藥多糖減少心肌細(xì)胞釋放炎癥因子,減少氧化損傷。
本課題組還進(jìn)一步探討了山藥多糖的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)山藥多糖能夠降低LPS條件下心肌細(xì)胞中p65表達(dá)水平,提高IκBα表達(dá)水平。p65是NF-κB信號的關(guān)鍵亞單位,其表達(dá)水平高低與NF-κB信號激活水平正相關(guān),NF-κB激活水平與氧化應(yīng)激、炎癥等有關(guān)[21]。IκBα是NF-κB信號的重要組成部分,其表達(dá)升高后NF-κB激活水平下調(diào)[22]。研究顯示,LPS刺激以后的心肌細(xì)胞中NF-κB信號激活水平升高,并且抑制NF-κB信號可以降低LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷[7,23]。本實驗以NF-κB信號激活劑處理心肌細(xì)胞,結(jié)果發(fā)現(xiàn),NF-κB信號激活劑可以逆轉(zhuǎn)山藥多糖對LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞增殖、凋亡、炎癥因子釋放以及氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)的影響,說明山藥多糖作用機(jī)制與NF-κB信號有關(guān)。
綜上,山藥多糖有改善LPS誘導(dǎo)心肌損傷的作用,其可以抑制細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和炎癥因子表達(dá),機(jī)制與抑制NF-κB信號密切相關(guān)。本課題組會繼續(xù)深入探討山藥多糖通過何種靶向機(jī)制影響NFκB信號進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和炎癥因子表達(dá)。本實驗結(jié)果為山藥多糖治療心肌損傷的應(yīng)用提供了理論資料,為研究山藥多糖在心血管系統(tǒng)疾病中的作用和機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。