硫化氫抑制葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78減輕6—OHDA誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞損傷

劉博+許巖+馬娜+廖文輝+汪勝+林啟康+梁偉健+孟金蘭

[摘要] 目的 探討硫化氫（H2S）是否通過(guò)改變葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）的表達(dá)參與其對(duì)抗6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘導(dǎo)PC12細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。 方法 應(yīng)用具有神經(jīng)毒性的6-OHDA損傷PC12細(xì)胞為帕金森病細(xì)胞模型，以硫氫化鈉（NaHS）作為H2S的供體；應(yīng)用CCK-8比色法檢測(cè)細(xì)胞存活率；DFCH-DA染色檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的水平；Rh123染色檢測(cè)細(xì)胞線粒體膜電位（MMP）；Western blot檢測(cè)GRP78的表達(dá)。 結(jié)果 200 μmol/L的6-OHDA引起PC12細(xì)胞的存活率顯著降低，ROS生成增加及MMP降低，且誘導(dǎo)了GRP78的高表達(dá)。應(yīng)用25～400 μmol/L的NaHS預(yù)處理30 min，呈濃度依賴性抑制6-OHDA引起的細(xì)胞存活率降低，其中400 μmol/L的NaHS作用最明顯，此濃度也可以顯著減少6-OHDA引起的ROS增多，提高M(jìn)MP，同時(shí)明顯抑制6-OHDA誘導(dǎo)的GRP78高表達(dá)。 結(jié)論 H2S具有抗6-OHDA氧化應(yīng)激損傷的PC12細(xì)胞保護(hù)作用，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激分子GRP78的表達(dá)可能是其機(jī)制之一。

[關(guān)鍵詞] 硫化氫；帕金森?。粌?nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；GRP78；PC12細(xì)胞

[中圖分類號(hào)] R741 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2014）09（b）-0004-05

Hydrogen sulfide attenuates 6-OHDA-induced injury by inhibition of the GRP78 pathway in PC12 cells

LIU Bo1 XU Yan2 MA Na3 LIAO Wen-hui1 WANG Sheng3 LIN Qi-kang1 LIANG Wei-jian1 MENG Jin-lan3▲

1.Class 1 of Pharmaceutical Preparations 2011，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510080，China；2.Department of the Third Surgery，Cancer Center of Southern Medical University TCM-Integrated Hospital，Guangzhou 510315，China；3.Department of Physiology，School of Basic Courses Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China

[Abstract] Objective To investigate whether hydrogen sulfide（H2S）involved in the protection of PC12 cells against 6-hydroxydopamine（6-OHDA）-induced injury by changing the glucose-regulated protein 78（GRP78）expression. Methods 6-OHDA was used to establish the Parkinson disease model in PC12 cells with dopaminergic neurons characteristics.Sodium hydrosulfide（NaHS）was used as a H2S donor.The viability of PC12 cells was measured by CCK-8 assay.The level of reactive oxygen species（ROS）in PC12 cells was measured by DCFH-DA staining.The mitochondrial membrane potential（MMP）was analyzed by rhodamine 123 staining.The expression of GRP78 was evaluated by Western blot. Results 200 μmol/L 6-OHDA induced a decrease in cell viability and overproduction of ROS as well as dissipation of MMP in PC12 cells.6-OHDA induced the upregulation of GRP78 expression.When PC12 cells were treated with NaHS 30 min before 6-OHDA treatment a decrease in viability of PC12 cells induced by 6-OHDA was concentration-dependently blocked by NaHS（25-400 μmol/L）.Pretreatment with NaHS at 400 μmol/L obviously inhibited the dissipation of MMP and overproduction of ROS induced by 200 μmol/L 6-OHDA.Furthermore，NaHS preconditioning obviously dicreased the upregulation of GRP78 expression induced by 6-OHDA. Conclusion H2S protected PC12 cells against 6-OHDA-induced oxidative stress injury and inhibiting the expression of GRP78 may be one of the mechanism underlying cytoprotection induced by H2S preconditioning.

[Key words] Hydrogen sulfide；Parkinson disease；Endoplasmic reticulum stress；Glucose-regulated protein 78；PC12 cells

帕金森?。≒arkinson disease，PD）是老年人中患病率和致殘率較高的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病之一。目前PD的病因尚不清楚，但活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生過(guò)量引起的氧化應(yīng)激參與了PD的發(fā)病機(jī)制[1]；研究也表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）介導(dǎo)的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡是PD發(fā)生的重要病理生理機(jī)制之一[2-3]。近年來(lái)，H2S在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的研究日益深入，生理含量的H2S不僅具有神經(jīng)調(diào)質(zhì)的作用[4]，而且被視為一種重要的生理性保護(hù)成分調(diào)節(jié)多種重要的生理功能。研究已闡明H2S參與腦內(nèi)氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)[5]，可能與PD等神經(jīng)退行性疾病的病理機(jī)制有關(guān)。已有研究表明，H2S可以通過(guò)抑制ERS發(fā)揮抗氧化應(yīng)激損傷的心肌保護(hù)作用，但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中H2S與ERS之間的關(guān)系目前知之甚少。H2S能否通過(guò)抑制ERS保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激損傷尚未明確。本研究應(yīng)用神經(jīng)毒性藥物6-羥基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）誘導(dǎo)PC12細(xì)胞為PD細(xì)胞模型，觀察H2S預(yù)處理對(duì)抗6-OHDA氧化應(yīng)激損傷的PC12細(xì)胞保護(hù)作用及對(duì)ERS信號(hào)通路的影響。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

NaHS、6-OHDA、維生素C購(gòu)自Sigma公司；CCK-8、DCFH-DA、Rh123購(gòu)自壁云天生物公司；DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清購(gòu)自Gibico BRL公司（NY USA）；GAPDH購(gòu)自Boster Bio-engineering公司；GRP78抗體購(gòu)自Cell Signaling公司。

1.2 細(xì)胞培養(yǎng)

PC12細(xì)胞在37℃、5% CO2條件下，培養(yǎng)于含有10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基中。細(xì)胞經(jīng)0.25%胰蛋白酶消化后每2～3天傳代1次。藥物處理在細(xì)胞對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期進(jìn)行。

1.3 實(shí)驗(yàn)分組

1.3.1 探討NaHS預(yù)處理對(duì)抗6-OHDA誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用 實(shí)驗(yàn)分為9組：空白對(duì)照組；NaHS對(duì)照組（單獨(dú)應(yīng)用400 μmol/L的NaHS預(yù)處理PC12細(xì)胞30 min）；根據(jù)NaHS干預(yù)濃度（0，25，50，100，200，400，800 μmol/L）+6-OHDA將PC12細(xì)胞依次分為7組（6-OHDA損傷組及NaHS干預(yù)1、2、3、4、5、6組），每組應(yīng)用不同濃度NaHS干預(yù)30 min，再應(yīng)用200 μmol/L的6-OHDA處理PC12細(xì)胞24 h，觀察NaHS預(yù)處理對(duì)抗6-OHDA細(xì)胞毒性的保護(hù)作用。

1.3.2 探討NaHS預(yù)處理對(duì)抗6-OHDA誘導(dǎo)ROS生成、線粒體膜電位降低及對(duì)GRP78表達(dá)的影響 實(shí)驗(yàn)分4組：空白對(duì)照組；6-OHDA損傷組（200 μmol/L的6-OHDA處理PC12細(xì)胞4 h或24 h）；NaHS預(yù)處理組：400 μmol/L的NaHS預(yù)處理30 min后再應(yīng)用200 μmol/L的6-OHDA處理PC12細(xì)胞相應(yīng)時(shí)間；NaHS對(duì)照組：?jiǎn)为?dú)應(yīng)用400 μmol/L的NaHS預(yù)處理30 min。

1.4 CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞存活率

以1×104/孔的密度將細(xì)胞接種于96孔培養(yǎng)板，每組包括4個(gè)復(fù)孔。顯微鏡下觀察細(xì)胞生長(zhǎng)至70%～80%融合時(shí)，給予不同因素處理，每孔加入CCK-8工作液150 μl（無(wú)血清培養(yǎng)基稀釋），并設(shè)定空白對(duì)照組。37°C孵育3 h，每孔吸光度值用酶標(biāo)儀在450 nm波長(zhǎng)處測(cè)得。按細(xì)胞存活率（%）=（OD處理組-OD空白組）/（OD對(duì)照組-OD空白組）×100來(lái)計(jì)算4孔光密度的平均值，即為每組細(xì)胞的存活率。

1.5 ROS含量的檢測(cè)

PC12細(xì)胞接種于24孔板內(nèi)，給予不同因素處理后用DMEM培養(yǎng)液（不加血清）洗滌2次，加入終濃度為1 μmol/L的2′，7′-二氯熒光黃雙乙酸鹽（DFCH-DA），37℃避光孵育30 min，熒光顯微鏡下攝片。用ImageJ 1.41分析軟件選取5個(gè)不同的視野進(jìn)行平均熒光強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析。

1.6 細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位（mitochondria membrane potential，MMP）的檢測(cè)

PC12細(xì)胞接種于24孔板內(nèi)，給予不同因素處理后用PBS洗滌2次，加入100 μg/L的Rh123，37℃避光孵育45 min，熒光顯微鏡下攝片。用ImageJ 1.41分析軟件選取5個(gè)不同的視野進(jìn)行平均熒光強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析。

1.7 Western blot檢測(cè)蛋白的表達(dá)

細(xì)胞接種于直徑為35 mm的培養(yǎng)皿內(nèi)，各處理因素結(jié)束后，收集細(xì)胞并用細(xì)胞裂解液50 μl在冰上裂解。4℃ 12 000×g離心細(xì)胞裂解物5 min，上清-80℃保存。用BCA蛋白定量試劑盒將提取的蛋白樣品進(jìn)行蛋白定量。將相同蛋白量的各組樣品進(jìn)行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠（SDS-PAGE）電泳。待蛋白質(zhì)分離后，100 V真空電轉(zhuǎn)移1 h轉(zhuǎn)移到PVDF膜上。室溫下PVDF膜用含5% PBST溶解的脫脂奶粉封閉1 h。4℃孵育一抗GRP78（1∶1000）過(guò)夜，室溫PBS洗脫3次，室溫繼續(xù)孵育相應(yīng)二抗1 h，PBST洗脫1 h，中間換液3次。免疫信號(hào)用增強(qiáng)型化學(xué)發(fā)光法顯色，以曝光到X線膠片上。將X線膠片掃描后，用ImageJ 1.41分析軟件進(jìn)行灰度分析。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計(jì)量資料以x±s表示，采用單因素方差分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞對(duì)抗6-OHDA細(xì)胞毒性的作用

NaHS在一定濃度范圍內(nèi)（25～400 μmol/L）可呈劑量依賴性抑制200 μmol/L的6-OHDA誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，其中400 μmol/L的NaHS保護(hù)作用最佳，但其本身不影響PC12細(xì)胞的存活率，隨著NaHS濃度的增加，NaHS保護(hù)作用減弱（圖1）。

圖1 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞對(duì)抗6-OHDA細(xì)胞毒性的作用

與空白對(duì)照組比較，*P<0.01；與6-OHDA損傷組比較，#P<0.05，##P<0.01

2.2 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的ROS生成增多

細(xì)胞內(nèi)ROS變化可通過(guò)DCF的熒光強(qiáng)度來(lái)反映，當(dāng)細(xì)胞經(jīng)6-OHDA處理4 h后，與空白對(duì)照組相比，6-OHDA損傷組細(xì)胞內(nèi)ROS的生成明顯增加；經(jīng)NaHS預(yù)處理后，PC12細(xì)胞內(nèi)ROS的生成明顯受到抑制，提示NaHS能保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的ROS生成增多；NaHS本身不影響細(xì)胞內(nèi)ROS的生成（圖2）。

圖2 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的ROS生成增多

與空白對(duì)照組比較，*P<0.01；與6-OHDA損傷組比較，#P<0.01

2.3 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的MMP降低

細(xì)胞內(nèi)MMP變化可以通過(guò)Rh123的熒光強(qiáng)度來(lái)判斷，當(dāng)細(xì)胞經(jīng)6-OHDA處理24 h后，與空白對(duì)照組相比，6-OHDA損傷組細(xì)胞內(nèi)MMP明顯受到抑制；經(jīng)NaHS預(yù)處理后，PC12細(xì)胞內(nèi)Rh123的熒光強(qiáng)度明顯增加，提示NaHS能保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的MMP降低；NaHS本身不影響細(xì)胞內(nèi)MMP的水平（圖3）。

圖3 NaHS保護(hù)PC12細(xì)胞拮抗6-OHDA誘導(dǎo)的MMP降低

與空白對(duì)照組比較，*P<0.01；與6-OHDA損傷組比較，#P<0.01

2.4 NaHS預(yù)處理對(duì)6-OHDA誘導(dǎo)GRP78蛋白表達(dá)的影響

Western blot顯示，6-OHDA處理PC12細(xì)胞24 h后GRP78蛋白表達(dá)明顯升高（P<0.01），在6-OHDA干預(yù)前30 min加入400 μmol/L的NaHS預(yù)處理，結(jié)果顯示NaHS顯著降低6-OHDA引起的GRP78高表達(dá)（P<0.01），而NaHS本身不影響GRP78的表達(dá)，提示NaHS可通過(guò)抑制6-OHDA誘導(dǎo)的ERS發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用（圖4）。

圖4 NaHS預(yù)處理抑制6-OHDA誘導(dǎo)的GRP78高表達(dá)

與空白對(duì)照組比較，*P<0.01；與6-OHDA損傷組比較，#P<0.01

3 討論

近年研究發(fā)現(xiàn)，H2S作為一種新穎的神經(jīng)調(diào)質(zhì)參與調(diào)制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生理及病理功能[4-7]，具有神經(jīng)保護(hù)作用，能保護(hù)星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激引起的損傷[8]，能抗脂多糖誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[9]，能保護(hù)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y對(duì)抗魚(yú)藤酮誘導(dǎo)的凋亡等[10]。為了探討H2S對(duì)抗6-OHDA誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷的保護(hù)作用，本文觀察了6-OHDA對(duì)PC12細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)200 μmol/L的6-OHDA作用24 h可顯著降低PC12細(xì)胞的存活率，明顯增加ROS生成及降低細(xì)胞的MMP，提示6-OHDA可通過(guò)增加ROS及降低MMP損傷多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞。Kwon等[11]報(bào)道，6-OHDA能引起ROS生成增加及降低MMP誘導(dǎo)SH-SY5Y細(xì)胞凋亡，支持本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究已證實(shí)過(guò)多的ROS可損傷核酸、蛋白質(zhì)和膜磷脂等重要細(xì)胞成分，也可降低MMP，從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷，支持本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)NaHS能通過(guò)提高PC12細(xì)胞的MMP及抑制ROS生成，增加細(xì)胞存活率發(fā)揮對(duì)抗6-OHDA引起的細(xì)胞毒性作用，結(jié)果提示外源性H2S能對(duì)抗6-OHDA引起的PC12細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，具有神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用，可能與其抑制ROS生成增多和改善MMP有關(guān)。

多種原因如缺氧、饑餓、鈣離子平衡失調(diào)、自由基侵襲及藥物等可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊或未折疊，這些蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)積累引起ERS[12-14]。GRP78是ERS的標(biāo)志性分子，其表達(dá)變化與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[15-16]。本實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，6-OHDA處理PC12細(xì)胞24 h誘導(dǎo)了GRP78高表達(dá)，提示6-OHDA造成的PC12細(xì)胞損傷作用與其誘導(dǎo)ERS有密切關(guān)系。Omura等[2]研究表明，ERS介導(dǎo)了神經(jīng)退行性疾病如PD的神經(jīng)元凋亡，支持本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

相關(guān)研究指出，外源性H2S可抑制同型半胱氨酸在體內(nèi)、體外誘導(dǎo)的ERS分子GRP78的表達(dá)，顯著減輕脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，加速過(guò)氧化氫的清除而保護(hù)心肌[17]，提示H2S的器官或細(xì)胞保護(hù)作用與抑制GRP78信號(hào)途徑有關(guān)，但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中對(duì)H2S與GRP78關(guān)系的研究目前知之甚少。H2S預(yù)處理抗6-OHDA損傷的PC12細(xì)胞保護(hù)作用是否與抑制GRP78信號(hào)通路有關(guān)未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)觀察顯示，應(yīng)用400 μmol/L的NaHS預(yù)處理30 min明顯抑制6-OHDA誘導(dǎo)的GRP78高表達(dá)，提示H2S預(yù)處理可通過(guò)下調(diào)GRP78的表達(dá)發(fā)揮對(duì)抗6-OHDA損傷的PC12細(xì)胞保護(hù)作用。關(guān)于兩者關(guān)系還需進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，6-OHDA通過(guò)增加ROS、降低MMP引起PC12細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，引起ERS標(biāo)志性分子GRP78的高表達(dá)；H2S具有對(duì)抗6-OHDA氧化應(yīng)激損傷的神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用，抑制GRP78表達(dá)上調(diào)可能是其機(jī)制之一。

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（收稿日期：2014-07-14 本文編輯：李亞聰）

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（收稿日期：2014-07-14 本文編輯：李亞聰）

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（收稿日期：2014-07-14 本文編輯：李亞聰）