5-氮雜-2-脫氧胞苷對百草枯誘導SH-SY5Y細胞神經(jīng)毒性的影響

王 煒 侯 艷 石恩林 李重陽

(甘肅政法學院公安技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730070)

5-氮雜-2-脫氧胞苷對百草枯誘導SH-SY5Y細胞神經(jīng)毒性的影響

王 煒1侯 艷2石恩林 李重陽1

(甘肅政法學院公安技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730070)

目的 探討甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷(5′-aza-dC)對百草枯所誘導的SH-SY5Y細胞神經(jīng)毒性的影響。方法 SH-SY5Y細胞預先用5′-aza-dC處理24 h，然后暴露于百草枯12 h。對細胞凋亡比例、相關(guān)蛋白Bcl-2和Bax表達以及培養(yǎng)液上清中活性氧簇(ROS)進行檢測。結(jié)果 和百草枯加5′-aza-dC干預后SH-SY5Y細胞活性顯著降低，凋亡增加。此外，與單獨百草枯處理相比，在暴露于百草枯加5′-aza-dC的聯(lián)合作用后，ROS水平顯著增加(P<0.05)。抗凋亡蛋白Bcl-2表達降低，凋亡誘導蛋白Bax表達增加，Bcl-2/Bax的比例下降，同時，細胞色素C的表達增加。結(jié)論 5′-aza-dC通過干預調(diào)節(jié)DNA甲基化，引起細胞氧化應激增加，并啟動線粒體凋亡途徑，這些進一步加重百草枯對SH-SY5Y細胞的神經(jīng)毒作用。

5-氮雜-2-脫氧胞苷；百草枯；帕金森??；凋亡；氧化應激

環(huán)境因素長久以來一直被認為可能參與帕金森病(PD)的發(fā)病，這是由于神經(jīng)毒素優(yōu)先破壞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)多巴胺黑質(zhì)紋狀體通路。職業(yè)性接觸農(nóng)藥和持續(xù)暴露于除草劑如百草枯可以增加患PD的風險〔1，2〕。但是，目前尚無單一環(huán)境中有害物質(zhì)可引起PD的報道，說明其他風險因素必然參與散發(fā)性PD的發(fā)展。盡管PD也有遺傳因素影響，導致部分人群存在PD易感性〔3〕。然而環(huán)境中一些潛在的可疑化合物對細胞的功能和代謝存在長期影響，這些化合物的長期暴露可以導致表觀遺傳學的改變，進而影響相關(guān)基因的表達，由于表觀遺傳學主要影響基因表達而對DNA序列基本無影響，因此是屬于動態(tài)可變的調(diào)節(jié)因素，已經(jīng)有不少的研究顯示，基因啟動子的甲基化水平不僅反映人衰老的程度，并可以促進衰老〔4〕。一些神經(jīng)元保護性基因啟動子區(qū)域的異常高甲基化，可以引起相關(guān)功能基因表達下調(diào)，因此，長期暴露在有毒化合物質(zhì)中的人體是否會引起DNA甲基化的異常修飾，進而引起散發(fā)多巴胺能神經(jīng)元退行性病變的發(fā)生亟待大量實驗的驗證和認知。本研究探討百草枯暴露以及5-氮雜-2-脫氧胞苷(5'-aza-dC)干預后對SH-SY5Y細胞神經(jīng)毒性的影響。為深入探索PD的發(fā)病機制提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料 DMEM，胎牛血清和0.25%胰蛋白酶購自Life公司，Annexin V-FITC/propidium凋亡檢測試劑盒以及N′-硝基-L-精氨酸(NO合酶抑制劑)購自羅氏公司。5，6-羧基-2′，7′-二氯熒光黃-二乙酸酯(DCFH-DA，活性氧檢測探針)，四甲基偶氮噻唑藍(MTT)，5′-aza-dC和百草枯購自Sigma公司。大鼠抗人Bcl-2，Bax和細胞色素C的抗體購自Santa Cruz。兔抗GAPDH抗體自Abcam 公司。辣根過氧化物酶耦聯(lián)的山羊抗兔IgG以及化學發(fā)光的檢測系統(tǒng)(ECL檢測試劑)均購自Cell Signaling Technology公司。

1.2 細胞培養(yǎng)以及藥物處理 人神經(jīng)膠質(zhì)瘤SH-SY5Y細胞復蘇后，培養(yǎng)在DMEM完全培養(yǎng)液中(含有10%胎牛血清，2 mmol/L L-谷氨酰胺，100 IU/ml青-鏈霉素)，環(huán)境為37℃含5%二氧化碳培養(yǎng)箱中。百草枯于DMSO中制備成10 mmol/L的儲液(使用時培養(yǎng)液稀釋)，5′-aza-dC溶解于的磷酸鹽緩沖鹽中，制成0.5 mmol/L的儲液。處理時，這些細胞被隨機分為四組：對照組，5′-aza-dC干預組，百草枯組和5′-aza-dC +百草枯組。5′-aza-dC +百草枯組預先用5′-aza-dC干預24 h，然后暴露于百草枯12 h。

1.3 細胞增殖檢測 使用MTT比色法對培養(yǎng)細胞的生存率進行了評價。實驗前1 d細胞按1×104/孔鋪96孔板，按指定時間用化合物處理后，加入5 mg/ml MTT溶液，37℃孵育4 h后在酶標儀上570 nm處讀數(shù)。以對照組OD570 nm為空白對照，計算細胞生存率。

1.4 細胞凋亡檢測 SH-SY5Y細胞分別用5′-aza-dC，百草枯組和5′-aza-dC+百草枯處理24 h，并設置對照組。胰酶消化為單細胞懸液后，PBS漂洗2次，按照試劑盒說明書，加入含Annexin-V和碘化丙啶的試劑，暗處避光常溫孵育10～15 min，F(xiàn)ACS Calibur流式細胞儀檢測熒光強度。激發(fā)波長為488 nm，并分析凋亡細胞比例。

1.5 活性氧簇(ROS)檢測 暴露于5′-aza-dC或百草枯或5′-aza-dC+百草枯12 h后，使用氧化敏感熒光探針DCFH-DA檢測細胞內(nèi)ROS水平，細胞胰酶消化后處理成單細胞懸液。用無血清培養(yǎng)液稀釋DCFH-DA儲液，使終濃度為10 μmol/L，37℃孵育30 min，PBS洗滌細胞2次，在488 nm激發(fā)，525 nm波長檢測熒光水平。

1.6 免疫印跡 細胞取出后棄上清，冷PBS淋洗細胞2遍，RIPA裂解液中冰上裂解細胞5 min，離心后收集蛋白上清在10%的SDS-page膠上電泳。蛋白分離后經(jīng)恒流1.5 h電轉(zhuǎn)移到PVDF膜后，使用含5%脫脂牛奶的封閉液封閉1 h，與Bcl-2以及Bax等特異性抗體4℃孵育過夜后，次日加入二抗室溫孵育1 h，TBST洗膜3次，取出膜后加入ECL發(fā)光液，暗室中壓片顯影。NIH Image J(Version 1.48)軟件對樣品中各個條帶的灰度值進行計算，并用β-actin的灰度值進行均一化處理。

1.7 統(tǒng)計學方法 應用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析及t檢驗。

2 結(jié) 果

2.1 5′-aza-dC干預促進百草枯對細胞活力的影響 MTT法研究顯示，當單獨使用百草枯處理神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞SH-SY5Y 24 h后，當百草枯濃度≤80 μmol/L時，對細胞增殖無顯著影響，當濃度>80 μmol/L時，隨著劑量的增加對細胞的抑制增殖作用逐漸遞增，320 μmol/L時，抑制率達到(60±8)%。5′-aza-dC在0.5 μmol/L時對細胞增殖無顯著影響。因此，后續(xù)時使用80 μmol/L和5′-aza-dC聯(lián)合作用。當培養(yǎng)的細胞用5′-aza-dC(0.5 μmol/L)作用24 h，然后暴露在百草枯(80 μmol/L)12 h，存活率明顯低于僅暴露于5′-aza-dC干預或百草枯中12 h。見表1。

2.2 5′-aza-dC +百草枯對SH-SY5Y細胞凋亡的影響 通過Annexin V/PI雙染結(jié)果表明，暴露于5′-aza-dC(0.5 μmol/L)或百草枯(80 μmol/L)不會導致顯著細胞凋亡或壞死。然而，當培養(yǎng)的細胞進行預處理以5′-aza-dC(0.5 μmol/L)處理24 h，然后暴露百草枯(100 μmol/L)12 h后，與對照組相比，細胞凋亡比例(44.4±3.2)%是顯著大于細胞暴露于5′-aza-dC干預或百草枯單獨干預組，見表1。

表1 不同實驗組處理后SH-SY5Y細胞各項指標測定結(jié)果

與對照組比較：1)P<0.05

2.3 5′-aza-dC+百草枯對SH-SY5Y細胞活性氧的影響 SH-SY5Y細胞經(jīng)過不同組處理后，流式細胞儀顯示，在對照組中平均DCFH-DA熒光強度為(550±40)。在5′-aza-dC干預(0.5 μmol/L)和百草枯(80 μmol/L)組，DCF平均熒光強度分別為(520±33)和(620±29)。ROS水平與對照組比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。而5′-aza-dC+百草枯組中，平均的DCF熒光強度為(888±45)，提示ROS水平顯著高于對照組及單用5′-aza-dC或百草枯干預組，表明5′-aza-dC處理后，細胞對百草枯的氧化應激水平提高，這可能與細胞的凋亡增加密切相關(guān)。

2.4 SH-SY5Y細胞中凋亡線粒體途徑中相關(guān)蛋白表達情況 與對照組相比，Bax蛋白和細胞色素C的水平在聯(lián)合處理組中水平要高于單獨處理的水平。而Bcl-2蛋白的表達則相反，在聯(lián)合組中要低于單獨處理組，通過對免疫印跡條帶進行光密度分析、定量和均一化(與內(nèi)參GAPDH比較)后發(fā)現(xiàn)(圖1)，聯(lián)合組中Bax和細胞色素C的表達水平與對照組比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。Bax和細胞色素C的體現(xiàn)在5′-aza-dC干預或百草枯單獨組沒有變化。然而5′-aza-dC+百草枯組中，表達Bcl-2降低，Bax蛋白表達增加，Bcl-2/Bax的速度下降，因而細胞色素C表達增加。見表1。

1～4：對照組、5-aza-dC組、百草枯組、5′-aza-dC+百草枯組圖1 5′-aza-dC及百草枯處理SY-SH5Y細胞后 對線粒體凋亡途徑中相關(guān)蛋白表達的影響

3 討 論

暴露于環(huán)境毒素和遺傳修飾被認為可能參與PD發(fā)病中〔5〕。本研究的結(jié)果顯示，在正常對細胞增殖無顯著影響的濃度下，當百草枯和甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5′-aza-dC聯(lián)合作用后，可以引起細胞增殖的抑制，進而對神經(jīng)細胞有比較大的損傷，這也說明DNA甲基化程度的削弱，可能導致PD發(fā)生的門檻降低，從而提高PD發(fā)生的風險。

百草枯作為常用用于控制雜草生長的除草劑，過去的國內(nèi)外研究顯示，百草枯不僅可以嚴重損傷多巴胺能神經(jīng)元，而且與PD風險增加有關(guān)〔6，7〕。本研究結(jié)果也證實，當百草枯的濃度大于80 μmol/L時候，抑制細胞增殖效應顯著增加，而低濃度的百草枯對細胞增殖的影響不顯著，一般情況下，就算長期接觸百草枯，體內(nèi)血液中的濃度很少會達到這個水平。說明百草枯若要對人體神經(jīng)細胞發(fā)揮顯著影響，存在某個特定條件。5′-aza-dC作為常用的甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑可以引起基因組DNA全局化的甲基化抑制，從而使得不少基因上游啟動子的甲基化水平降低，某些基因表達增加〔8〕。本研究中發(fā)現(xiàn)，當5′-aza-dC預先處理后，可以顯著提高百草枯對神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞的毒性，抑制其增殖。進一步通過凋亡分析顯示，5′-aza-dC+百草枯后細胞凋亡也增加。PD的神經(jīng)變性過程往往伴隨細胞氧化應激水平的提高〔9〕。本文結(jié)果顯示，通過削弱基因組的甲基化程度，使得環(huán)境毒物百草枯對細胞的毒性增加，其作用可能是通過提高ROS水平，進而引起細胞凋亡而引起，推及到體內(nèi)，以前的研究表明，隨著人體老化的發(fā)生，一些神經(jīng)元的保護基因的功能可以因表遺傳學改變而受損〔10〕，環(huán)境毒物及重金屬等的暴露也可以改變基因表達，以上二者交互作用后引起遲發(fā)性的神經(jīng)退行性疾病發(fā)生。

有充分的證據(jù)顯示，線粒體凋亡信號途徑在PD的發(fā)病機制中起重要作用〔11〕。DNA甲基化也已牽涉許多宿主細胞的很多信號通路，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)〔12，13〕，包括線粒體凋亡的信號轉(zhuǎn)導。Bcl-2蛋白家族通過調(diào)控線粒體功能中起著凋亡信號轉(zhuǎn)導中起重要作用。Bax和Bcl-2是主要的凋亡蛋白，并分別作為凋亡誘導劑和抑制劑，Bax蛋白也被證明在誘導細胞凋亡響應于應激刺激發(fā)揮至關(guān)重要的作用，Bax蛋白的很大一部分是位于正常細胞的細胞質(zhì)中，在氧化應激壓力下，Bax蛋白重新分布到線粒體，易位到線粒體后，Bax蛋白可以誘導細胞色素C釋放，外線粒體細胞膜上形成孔道，導致細胞色素C的釋放，這也是誘導caspase-3活化的充分條件，是神經(jīng)細胞凋亡內(nèi)源性途徑的標志性事件〔14〕。很少有研究著重對在百草枯所誘發(fā)線粒體凋亡信號通路進行研究，我們的研究表明，5′-aza-dC+百草枯暴露后抗凋亡關(guān)鍵蛋白(Bcl-2蛋白)的表達顯著下降，增加Bax蛋白的表達，并刺激了細胞色素C從線粒體釋放，從而最終促進線粒體介導的細胞凋亡。

綜上所述，DNA甲基化修飾減少，使得PD發(fā)生的門檻降低，類似百草枯這樣的環(huán)境毒物可以對細胞的損傷增加，抑制細胞增殖，誘導凋亡發(fā)生，并使得多巴胺能神經(jīng)元氧化應激水平增加，并可以引起線粒體途徑的活化，啟動凋亡內(nèi)源性途徑，總的效果是引起神經(jīng)元細胞的損傷和死亡，這些或許可以用于解釋長期暴露百草枯類除草劑后，可以誘導老年人發(fā)生PD。后續(xù)的研究將著重探討體內(nèi)模型中，在暴露百草枯及影響甲基化水平后對PD發(fā)生和進展的影響。

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〔2015-02-23修回〕

(編輯 苑云杰/曹夢園)

國家社科基金青年項目(No.15CGL064)；甘肅政法學院科研青年項目(No.GZF2d3XQNLW015)

王 煒(1982-)，男，理學碩士，講師，主要從事藥理學、毒理學及毒物分析等相關(guān)領域研究。

R992

A

1005-9202(2017)08-1878-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.08.024

1 甘肅政法學院甘肅省證據(jù)科學技術(shù)研究與應用重點實驗室

2 中國人民解放軍蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院呼吸內(nèi)科