黃江,姜鮮,宋大強(qiáng),劉明華,章卓#(.西南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室,四川 瀘州 646000;2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)院藥劑科,四川 瀘州 646000;.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科,四川 瀘州 646000)
丁苯酞對(duì)Aβ1-42誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用及機(jī)制研究Δ
黃江1,2*,姜鮮3,宋大強(qiáng)1,劉明華1,章卓1#(1.西南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室,四川 瀘州 646000;2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)院藥劑科,四川 瀘州 646000;3.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科,四川 瀘州 646000)
目的:研究丁苯酞對(duì)β-淀粉樣蛋白1-42(Aβ1-42)誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)凋亡的保護(hù)作用及其機(jī)制。方法:將HUVEC分為正常對(duì)照組、Aβ1-42組、TAK242組(10 nmol/L)、二甲基亞砜(DMSO)組(1‰DMSO)和丁苯酞低、中、高濃度組(40、80、160 μg/L),除正常對(duì)照組和DMSO組外,其余各組細(xì)胞均加入50μmol/LAβ1-42培養(yǎng)HUVEC 24 h,同時(shí)TAK242組、DMSO組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞還加入相應(yīng)濃度的藥物作用30 min,每個(gè)濃度3個(gè)復(fù)孔。CCK-8法測(cè)定細(xì)胞活力,Hochest 33342/PI雙染法觀察細(xì)胞凋亡情況,膜聯(lián)蛋白(Annexin)Ⅴ-異硫氰酸熒光素(FITC)流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡率,Western blot法檢測(cè)細(xì)胞中果蠅樣受體4(TLR4)、環(huán)氧合酶2(COX-2)蛋白表達(dá),ELISA法檢測(cè)細(xì)胞中白細(xì)胞介素1(IL-1)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)含量。結(jié)果:與正常對(duì)照組比較,Aβ1-42組細(xì)胞活力減少、凋亡率增加,TLR4、COX-2蛋白表達(dá)和IL-1、TNF-α含量增加;與Aβ1-42組比較,TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞活力增加、凋亡率減少,TLR4、COX-2蛋白表達(dá)和IL-1、TNF-α含量減少,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05或P<0.01)。結(jié)論:丁苯酞可改善Aβ1-42所致的HUVEC凋亡,其機(jī)制可能與抑制TLR4、COX-2和炎癥因子表達(dá)有關(guān)。
β-淀粉樣蛋白1-42;人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞;細(xì)胞凋亡;機(jī)制
β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein,Aβ)的沉積導(dǎo)致腦血管內(nèi)皮損傷可能是阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)發(fā)病機(jī)制之一,可能與Aβ致血管內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞凋亡,產(chǎn)生炎癥反應(yīng)以及內(nèi)皮功能障礙等有關(guān)[1]。人體內(nèi)最常見的亞型是Aβ1-40和Aβ1-42。果蠅樣受體4(Toll-like receptor-4,TLR4)是機(jī)體參與炎癥信號(hào)的重要受體之一,特異性配體可以激活TLR4信號(hào)通路,激活環(huán)氧合酶2(Cyclooxygenase-2,COX-2),釋放炎癥因子白細(xì)胞介素1(Interleukin 1,IL-1)、腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor α,TNF-α)[2]。Aβ誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡也可能與TNF-α、IL-1的釋放及COX-2等基因改變有關(guān)[3]。丁苯酞(Butylphthalide)具有神經(jīng)功能保護(hù)作用,能抑制TLR4表達(dá)及炎癥介質(zhì)釋放[4]。據(jù)此筆者通過(guò)體外培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)研究丁苯酞是否能減輕Aβ1-42誘導(dǎo)的HUVEC凋亡,探討其保護(hù)效應(yīng)與TLR4/COX-2表達(dá)的關(guān)系,為了解丁苯酞保護(hù)Aβ所致血管內(nèi)皮損傷的機(jī)制提供依據(jù)。
1.1 儀器
PAC300型垂直型電泳槽和濕式電轉(zhuǎn)膜槽轉(zhuǎn)膜儀(美國(guó)Bio-Rad公司);SW-CJ-1F型超凈工作臺(tái)(蘇州凈化設(shè)備有限公司);CKX41型倒置相差顯微鏡(日本Olympus公司);SpectraMaxM3型酶標(biāo)儀(美國(guó)MDS公司);TCS SP5型激光共聚焦掃描顯微鏡(德國(guó)Leica公司);SBK-YLQX-003552型流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD公司);MR23i型超低溫離心機(jī)(美國(guó)Thermo Fisher公司)。
1.2 藥品與試劑
丁苯酞軟膠囊(石藥集團(tuán)恩必普藥業(yè)有限公司,批號(hào):20151011,規(guī)格:每粒100 mg);兔TLR4多克隆抗體、兔COX-2多克隆抗體(美國(guó)Abcam公司);辣根過(guò)氧化物酶(HRP)標(biāo)記山羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)、CCK-8試劑盒(碧云天生物技術(shù)研究所);Aβ1-42多肽(北京奧普森有限公司);TLR4阻滯劑TAK242(美國(guó)MCE公司,批號(hào):20151112,純度:98.10%);IL-1、TNF-α試劑盒(武漢優(yōu)爾生科技股份有限公司);Hochest 33342、碘化丙啶(PI)、膜聯(lián)蛋白(Annexin)Ⅴ-異硫氰酸熒光素(FITC)(碧云天生物技術(shù)有限公司)。
1.3 細(xì)胞
HUVEC購(gòu)自上海拜力生物試劑有限公司。
2.1 CCK-8法檢測(cè)HUVEC細(xì)胞活力
Aβ1-42在37℃下孵育1周使其變?yōu)榫奂癄顟B(tài)備用。HUVEC常規(guī)培養(yǎng)。將HUVEC分為正常對(duì)照組、Aβ1-42組、TAK242組(10 nmol/L)、二甲基亞砜(DMSO)組(1‰DMSO)和丁苯酞低、中、高濃度組(40、80、160 μg/L)。除正常對(duì)照組和DMSO組外,其余各組細(xì)胞均加入50 μmol/L Aβ1-42培養(yǎng)24 h,同時(shí)TAK242組、DMSO組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞還加入相應(yīng)濃度的藥物作用30 min,每個(gè)濃度3個(gè)復(fù)孔。24 h后每孔細(xì)胞加入CCK-8 10 μL繼續(xù)培養(yǎng)1 h。酶標(biāo)儀450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定光密度(OD),以O(shè)D值的大小評(píng)價(jià)細(xì)胞活力。TAK242用 DMSO溶解,DMSO終濃度小于1‰。
2.2 Hochest 33342/PI雙染法觀察HUVEC凋亡情況
將HUVEC分為正常對(duì)照組、Aβ1-42組、TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組(40、80、160 μg/L),同“2.1”項(xiàng)下方法加藥培養(yǎng)24 h后,Hochest 33342/PI雙染檢測(cè)HUVEC凋亡情況。具體方法:收集培養(yǎng)24 h后的細(xì)胞懸浮于1 mL培養(yǎng)基中,加入10 μL Hochest 33342貯存液(100 mg/L,蒸餾水溶解),染色15 min;冰上冷卻,3 000× g離心5 min,去上清,細(xì)胞重懸于1 mL磷酸鹽緩沖液(PBS)中,加5 μL PI液(1 g/L,蒸餾水溶解),混勻;顯微鏡下觀察細(xì)胞核,藍(lán)色為正常細(xì)胞,亮藍(lán)色為凋亡細(xì)胞,紅色為死亡細(xì)胞。
2.3 AnnexinⅤ-FITC流式細(xì)胞儀檢測(cè)HUVEC凋亡率
同“2.2”項(xiàng)下分組加藥培養(yǎng)HUVEC 24 h,消化收集細(xì)胞,冷PBS洗2次,懸浮于AnnexinⅤ混合緩沖液(1× 106mL-1)中。取100 μL細(xì)胞懸液加5 μL AnnexinⅤ-FITC和5 μL PI,輕搖細(xì)胞,室溫下暗處放置15 min,1 h內(nèi)流式細(xì)胞儀分析細(xì)胞凋亡率。
2.4 Western blot法檢測(cè)HUVEC中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)
采用Western blot法檢測(cè)HUVEC中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)。同“2.2”項(xiàng)下分組加藥培養(yǎng)HUVEC 24 h,冰上裂解10 min,4℃下12 000×g離心10 min,取上清備用。采用二喹啉甲酸(BCA)法測(cè)定蛋白濃度,采用8%分離膠和4%的濃縮膠,加蛋白樣后十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)電泳,電轉(zhuǎn)120 min,與兔TLR4多克隆抗體、兔COX-2多克隆抗體4℃孵育過(guò)夜,TBST緩沖液洗膜3次,加入HRP標(biāo)記山羊抗兔IgG(1∶2 000),孵育,洗膜,顯影。以β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)為內(nèi)參,用圖像分析儀掃描,Image Pro-plus軟件測(cè)定蛋白條帶OD,以相應(yīng)蛋白與內(nèi)參OD值的比值評(píng)價(jià)蛋白表達(dá)。
2.5 ELISA法檢測(cè)HUVEC中IL-1、TNF-α含量
同“2.2”項(xiàng)下分組加藥培養(yǎng)HUVEC 24 h,收集細(xì)胞上清,4℃下1 500×g離心10 min,按ELISA法,以IL-1、TNF-α試劑盒說(shuō)明書操作,酶標(biāo)儀于450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定IL-1、TNF-α含量。
2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
3.1 細(xì)胞活力
正常對(duì)照組、Aβ1-42組、TAK242組、DMSO組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞的OD值分別為0.99±0.12、0.79±0.07、0.94±0.11、1.02±0.09、0.92±0.04、0.97± 0.03、0.99±0.07。與正常對(duì)照組比較,Aβ1-42組細(xì)胞OD值明顯降低;與Aβ1-42組比較,TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞的OD值均明顯升高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。正常對(duì)照組與DMSO組比較細(xì)胞的OD值無(wú)明顯變化(P>0.05)。
3.2 細(xì)胞凋亡情況
Hochest 33342/PI雙染顯示,正常對(duì)照組細(xì)胞形態(tài)呈圓形,細(xì)胞核呈淡藍(lán)色,幾乎無(wú)凋亡細(xì)胞;Aβ1-42組多數(shù)細(xì)胞細(xì)胞核呈亮藍(lán)色,凋亡細(xì)胞較多,還可見紅色細(xì)胞核的死亡細(xì)胞;丁苯酞高濃度組凋亡細(xì)胞較少,丁苯酞中、低濃度組和TAK242組可見少量凋亡細(xì)胞。各組細(xì)胞凋亡染色圖見圖1。
圖1 各組細(xì)胞凋亡染色圖(Hochest 33342/PI,×200)Fig 1 Cell apoptosis staining in each group(Hochest 33342/PI,×200)
3.3 細(xì)胞凋亡率
正常對(duì)照組、Aβ1-42組、TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞的凋亡率分別為0.89%、21.89%、1.81%、11.12%、5.32%、2.31%。與正常對(duì)照組比較,Aβ1-42組細(xì)胞的凋亡率明顯升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與Aβ1-42組比較,TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞的凋亡率均明顯降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。
3.4 細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)
與正常對(duì)照組比較,Aβ1-42組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)明顯增強(qiáng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。與Aβ1-42組比較,TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)均明顯減弱,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05或P<0.01)。各組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)的電泳圖見圖2,測(cè)定結(jié)果見表1。
3.5 細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量
與正常對(duì)照組比較,Aβ1-42組細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量明顯增加,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。與Aβ1-42組比較,TAK242組和丁苯酞低、中、高濃度組細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量均明顯減少,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。各組細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量的測(cè)定結(jié)果見表2。
圖2 各組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)的電泳圖Fig 2 Electrophoresis of protein expression of TLR4 and COX-2 in HUVECs of each group
表1 各組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)的測(cè)定結(jié)果(±s,n=3)Tab 1 Determination results of protein expression of TLR4 and COX-2 in HUVECs of each group(±s,n=3)
表1 各組細(xì)胞中TLR4、COX-2蛋白表達(dá)的測(cè)定結(jié)果(±s,n=3)Tab 1 Determination results of protein expression of TLR4 and COX-2 in HUVECs of each group(±s,n=3)
注:與正常對(duì)照組比較,*P<0.01;與Aβ1-42組比較,#P<0.05,##P<0.01Note:vs.normal control group,*P<0.01;vs.Aβ1-42group,#P<0.05,##P<0.01
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表2 各組細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量的測(cè)定結(jié)果(±s,n=3,pg/mL)Tab 2 Determination results of the contents of IL-1 and TNF-α in HUVECs of each group(±s,n=3,pg/mL)
表2 各組細(xì)胞中IL-1、TNF-α含量的測(cè)定結(jié)果(±s,n=3,pg/mL)Tab 2 Determination results of the contents of IL-1 and TNF-α in HUVECs of each group(±s,n=3,pg/mL)
注:與正常對(duì)照組比較,*P<0.01;與Aβ1-42組比較,##P<0.01Note:vs.normal control group,*P<0.01;vs.Aβ1-42group,##P<0.01
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盡管血管因素在AD的發(fā)生和進(jìn)展中的作用越來(lái)越引起人們的重視,但Aβ致血管內(nèi)皮損傷機(jī)制目前并未完全清楚。AD血管的異常包括不規(guī)則血管形成、微血管密度降低、小動(dòng)脈和毛細(xì)血管萎縮、血管內(nèi)皮功能退化、腦血管結(jié)構(gòu)改變等[3]。Toll樣受體是機(jī)體最重要的模式識(shí)別受體之一,其通過(guò)啟動(dòng)不同的信號(hào)途徑參與了機(jī)體的天然與獲得性免疫調(diào)節(jié),目前發(fā)現(xiàn)約有12種Toll樣受體[5]。其中TLR4是識(shí)別特異性配體LPS的主要受體,是機(jī)體參與炎癥信號(hào)的重要受體之一,TLR4激活后,會(huì)啟動(dòng)Myd88依賴和非Myd88依賴的信號(hào)通路,激活下游COX-2釋放,激發(fā)炎癥因子,從而參與炎癥反應(yīng)[6]。TLR4可能參與了AD的血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[7]。有資料顯示,LPS啟動(dòng)的TLR4通路參與了AD的發(fā)生,比如利用LPS腹腔注射和腦內(nèi)注射,均發(fā)現(xiàn)大鼠海馬tau蛋白不同位點(diǎn)出現(xiàn)了過(guò)度磷酸化的改變[8]。如果敲除掉與LPS連接的CD14,則可減少由Aβ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的激活[9]。另有研究也發(fā)現(xiàn),Aβ能夠刺激TLR4野生型小鼠大腦分泌更多的炎癥因子,如TNF-α、IL-1、IL-10和IL-17。同TLR4野生型小鼠比較,TLR4缺乏或者突變的小鼠更容易發(fā)生淀粉樣沉積和彌散[10]。由此可知,TLR4可能與AD發(fā)生過(guò)程中內(nèi)皮細(xì)胞損傷存在一定聯(lián)系。
丁苯酞在臨床上可用于AD的防治[11],對(duì)Aβ1-42誘導(dǎo)的HUVEC凋亡可能具有保護(hù)效應(yīng)。HUVEC的優(yōu)點(diǎn)在于較為穩(wěn)定、易于實(shí)驗(yàn)操作,故本研究選擇了HUVEC作為研究對(duì)象。結(jié)果顯示,Aβ1-42刺激HUVEC后,細(xì)胞凋亡明顯增加,細(xì)胞活力下降;與Aβ1-42組比較,丁苯酞作用后減少了Aβ1-42誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡率,提高了細(xì)胞活力,因此其具有一定的保護(hù)效應(yīng)。
進(jìn)一步研究丁苯酞保護(hù)效應(yīng)是否與抑制TLR4表達(dá)和炎癥因子釋放有關(guān)。研究結(jié)果顯示,與Aβ1-42刺激后的HUVEC比較,給予TLR4阻滯劑的細(xì)胞凋亡明顯減少,細(xì)胞活力提高,提示TLR4的激活可能參與了Aβ1-42刺激后的HUVEC細(xì)胞凋亡。同時(shí),給予TLR4阻滯劑后,炎癥因子IL-1和TNF-α明顯減少,COX-2表達(dá)減少,提示Aβ1-42刺激后的HUVEC細(xì)胞凋亡與炎癥因子IL-1、TNF-α、COX-2表達(dá)減少有關(guān)。丁苯酞作用后減少了Aβ1-42誘導(dǎo)的HUVEC中TLR4、COX-2蛋白表達(dá),也明顯減少了炎癥因子IL-1、TNF-α表達(dá),推測(cè)其保護(hù)效應(yīng)與抑制TLR4表達(dá)和炎癥因子表達(dá)有關(guān)。
綜上所述,TLR4參與了Aβ1-42刺激后的HUVEC細(xì)胞凋亡;丁苯酞對(duì)Aβ1-42誘導(dǎo)的HUVEC細(xì)胞凋亡具有明顯的保護(hù)效應(yīng),其保護(hù)效應(yīng)可能與抑制TLR4啟動(dòng)的信號(hào)通路中COX-2與炎癥因子表達(dá)有關(guān)。其他的Toll受體亞型是否也參與了丁苯酞的保護(hù)作用值得進(jìn)一步研究。
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Protective Effect of Butylphthalide on Human Umbilical Vein Endothelial Cell Apoptosis Induced by Aβ1-42and Its Mechanism
HUANG Jiang1,2,JIANG Xian3,SONG Daqiang1,LIU Minghua1,ZHANG Zhuo1(1.Pharmacology Teaching and Research Section,School of Pharmacy,Southwest Medical University,Sichuan Luzhou 646000,China;2.Dept. of Pharmacy,the Affiliated TCM Hospital of Southwest Medical University,Sichuan Luzhou 646000,China;3.Dept.of Anesthesiology,the Affiliated Hospital of Southwest Medical University,Sichuan Luzhou 646000,China)
OBJECTIVE:To study the protective effect of butylphthalide on the apoptosis of human umbilical vein endothelial cells(HUVECs)induced by Aβ1-42and its mechanism.METHODS:HUVECs were divided into normal control group,Aβ1-42group,TAK242 group(10 nmol/L),DMSO group(1‰DMSO)and butylphthalide low-concentration,medium-concentration and high-concentration groups(40,80,160 μg/L).Except for normal control group and DMSO group,other groups were given 50 μmol/L Aβ1-42to culture HUVECs for 24 h.TAK242 group,DMSO group and butylphthalide low-concentration,medium-concentration and high-concentration groups were given relevant concentration of drugs for 30 min,with 3 holes for each concentration.The cell viability was determined by CCK-8 assay;cell apoptosis was observed by Hochest 33342/PI double staining;the cell apoptotic rate was detected by AnnexinⅤ-fluorescein isothiocyanate(FITC)flow cytometry;the protein expression of TLR-4 and COX-2 were determined by Western blot assay;the contents of IL-1 and TNF-α were detected by ELISA.RESULTS:Compared with normal control group,cell viability of HUVECs were decreased in Aβ1-42group;while apoptotic rate,protein expression of TLR4 and COX-2,the contents of IL-1 and TNF-α were increased.Compared with Aβ1-42group,cell viability of HUVECs were increased in TAK242 group and butylphthalide low-concentration,medium-concentration and high-concentration groups;while apoptotic rate,protein expression of TLR4 and COX-2,the contents of IL-1 and TNF-α were decreased,with statistical significance(P<0.05 or P<0.01).CONCLUSIONS:Butylphthalide can reduce HUVECs apoptosis induced by Aβ1-42,which may be related with inhibiting the expression of TLR4,COX-2 and inflammatory factors.
Aβ1-42;Human umbilical vein endothelial cells;Cell apoptosis;Mechanism
R361+.3;R967
A
1001-0408(2017)04-0483-04
2016-09-16
2016-10-27)
(編輯:鄒麗娟)
四川省科技廳一般項(xiàng)目(No.2014S20071);瀘州市科技局科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(No.2013LZLY-J52)
*主管藥師,碩士研究生。研究方向:分子藥理學(xué)。電話:0830-3162291。E-mail:354699170@qq.com
#通信作者:副教授,碩士。研究方向:分子藥理學(xué)。電話:0830-3162291。E-mail:zhhuozhang100@163.com
DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.04.14