田 心 王淵博 馮嘉豪 劉超峰
(1.陜西省中醫(yī)醫(yī)院,陜西 西安710003;2.第四軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部生理學(xué)教研室,陜西 西安710032)
紅景天苷對(duì)乳鼠缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞及線粒體損傷的保護(hù)作用*
田 心1,2王淵博2馮嘉豪2劉超峰1△
(1.陜西省中醫(yī)醫(yī)院,陜西 西安710003;2.第四軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部生理學(xué)教研室,陜西 西安710032)
目的觀察紅景天苷對(duì)乳鼠缺氧/復(fù)氧后心肌細(xì)胞及線粒體損傷的保護(hù)作用并探討其機(jī)制。方法將乳鼠心肌細(xì)胞分為對(duì)照組、對(duì)照加紅景天苷組、缺氧/復(fù)氧組、缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組,分別用CCK8試劑盒檢測(cè)細(xì)胞活力,流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡、線粒體膜電位情況,激光共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞線粒體形態(tài),并采用蛋白免疫印跡〔Western blot〕法分別檢測(cè)線粒體和胞漿細(xì)胞色素C(Cytochrome C)蛋白的表達(dá)。結(jié)果紅景天苷能使缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞凋亡減少,增加細(xì)胞活力,升高線粒體膜電位,減少線粒體分裂,減少線粒體細(xì)胞色素C的釋放,實(shí)現(xiàn)缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞及線粒體損傷的保護(hù)作用。結(jié)論紅景天苷可減輕心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧損傷,減少心肌細(xì)胞的凋亡,保護(hù)心肌細(xì)胞線粒體功能。
紅景天苷 缺氧/復(fù)氧損傷 線粒體 保護(hù)作用
心肌缺血再灌注誘導(dǎo)的損傷是急性心肌梗死溶栓和介入治療的過程中經(jīng)常伴隨的一種病理、生理過程,其損傷機(jī)制復(fù)雜沒有明確的治療方法[1-2]。近年來(lái),中藥紅景天的一些有效成分對(duì)其作用的機(jī)制研究較多,相關(guān)證據(jù)[3-4]顯示紅景天苷對(duì)在體和離體心肌有明確的保護(hù)作用,并有抗氧化應(yīng)激損傷的效果。本研究擬在細(xì)胞水平模擬心肌缺血再灌注損傷建?;A(chǔ)上,通過細(xì)胞活性和凋亡的測(cè)定探討紅景天苷的保護(hù)作用?,F(xiàn)報(bào)告如下。
H9C2(2-1)大鼠胚胎心肌細(xì)胞,購(gòu)自中科院上海生命科學(xué)研究院;1~3 d日齡的SD乳鼠,第四軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。高糖DMEM培養(yǎng)液購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,Ⅱ型膠原酶、胰蛋白及酶基質(zhì)膠與Mdivi-1購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;JC-1試劑盒,小鼠抗β-actin、兔抗Cytochrome C抗體購(gòu)自美國(guó)abcam公司;MitoTracker-Red熒光探針購(gòu)自碧云天公司;CCK8試劑盒購(gòu)自上海貝博生物公司;流式細(xì)胞儀為美國(guó)BD Immunocytometry Systems產(chǎn)品;酶標(biāo)儀為美國(guó)Molecular Devises公司;電泳系統(tǒng)及凝膠成像系統(tǒng)均為Bio Rad公司產(chǎn)品;紅景天苷購(gòu)于中國(guó)藥品生物制品檢定所,藥品純度≥98.0%(HPLC),藥品批號(hào):110818-201206。
1.2 .1 H9C2(2-1)大鼠胚胎心肌細(xì)胞系的培養(yǎng)[5]將含10%胎牛血清的高糖培養(yǎng)基的培養(yǎng)液孵育細(xì)胞,當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)至互相接近時(shí),用胰酶消化按照1∶3~1∶5開始傳代,在實(shí)驗(yàn)前1 d,更換為含2%胎牛血清的培養(yǎng)基,使其向心肌細(xì)胞分化。
1.2 .2心肌細(xì)胞的分離培養(yǎng)和鑒定[5]無(wú)菌條件下取1~3 d SD乳鼠心臟,剪碎,加入含1.0 g/L的膠原酶消化液中,3~5min 37℃水浴中反復(fù)吹打后棄上清液,沉淀中再加消化液,再于37℃水浴中3~5 min,反復(fù)吹打后取上清液,置于含100 mL/L的高糖培養(yǎng)基中(加100U/mL青霉素及0.1mg/mL鏈霉素)。重復(fù)以上操作,離心后取沉淀重懸于培養(yǎng)基中,差速貼壁90~120min,將細(xì)胞懸液移至培養(yǎng)皿中,間斷觀察細(xì)胞形態(tài),必要時(shí)換液,若由圓形變成不規(guī)則形或梭狀,由靜止變?yōu)橛幸?guī)律地收縮時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1.2 .3建立缺氧/復(fù)氧模型 將培養(yǎng)的心肌細(xì)胞置于37℃缺氧孵箱內(nèi)孵育3 h,即為模擬缺血。更換正常培養(yǎng)液,37℃5%CO2孵箱內(nèi)復(fù)氧2 h即為模擬再灌注處理組給藥選擇在復(fù)氧階段,紅景天苷給藥濃度為5μmol/L[6]。
1.2 .4試驗(yàn)分組 將心肌細(xì)胞分為對(duì)照組、對(duì)照加紅景天組,缺氧/復(fù)氧組、缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組,對(duì)照組及缺氧/復(fù)氧組給予等體積的無(wú)菌PBS溶液。
1.2 .5細(xì)胞活力檢測(cè) 將心肌細(xì)胞均勻接種于96孔板中,每孔加培養(yǎng)液100μL,同時(shí)設(shè)置空白孔,置于37℃5%CO2孵箱中過夜,按照前述實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行缺氧造模,統(tǒng)一在復(fù)氧時(shí)進(jìn)行給藥,復(fù)氧結(jié)束后各組細(xì)胞每孔加入10μL CCK-8溶液,37℃孵育1~2 h,酶標(biāo)儀450 nm下依據(jù)吸光度測(cè)定各孔吸光值,細(xì)胞活力=(OD實(shí)驗(yàn)孔-OD空白孔)/(OD對(duì)照孔-OD空白孔)×100%,結(jié)果為細(xì)胞活力的比率(相對(duì)于常氧對(duì)照組)。
1.2 .6流式法檢測(cè)心肌細(xì)胞的細(xì)胞凋亡率 將心肌細(xì)胞均勻接種于直徑6 cm培養(yǎng)皿中,前述缺氧、復(fù)氧操作同上,給藥復(fù)氧結(jié)束后,將所有各組培養(yǎng)皿中的細(xì)胞消化下來(lái)重懸于15mL離心管中低速離心3min后棄上清液,無(wú)菌PBS液加入重懸,再次低速離心后棄上清液,將沉淀細(xì)胞移至流式專用管中,加入10μL的FITC-conjugated-Annexin V和5μL的碘化吡啶(PI),搖勻后室溫下避光反應(yīng)15 min,經(jīng)流式細(xì)胞儀檢測(cè)。
1.2 .7流式法檢測(cè)心肌細(xì)胞線粒體膜電位 將心肌細(xì)胞均勻接種于6孔板中,前述缺氧、復(fù)氧操作同上,給藥復(fù)氧結(jié)束后,按照J(rèn)C-1試劑盒規(guī)范操作,將培養(yǎng)板中的細(xì)胞消化下來(lái)重懸于15mL離心管中低速離心3 min后棄上清液,無(wú)菌PBS液洗滌1遍后,加入JC-1工作液染色,于37℃恒溫箱中避光反應(yīng)30 min后,再次用無(wú)菌PBS液洗滌1遍后,將沉淀細(xì)胞移至流式專用管中,經(jīng)流式細(xì)胞儀分析檢測(cè)。
1.2 .8激光共聚焦顯微鏡觀察 將培養(yǎng)傳代后的細(xì)胞鋪于激光共聚焦皿中,進(jìn)行處理同上,將無(wú)水DMSO溶劑配置MitoTracker-Red為100μmol/L的工作液,然后按照1 mL培養(yǎng)基加入1μL的工作液進(jìn)行線粒體染色,37℃細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)孵育30 min,立即用激光共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞線粒體形態(tài)。
1.2 .9蛋白免疫印跡(Western blot)法檢測(cè)Cytochrome C蛋白在線粒體及胞漿中的表達(dá) 心肌細(xì)胞經(jīng)過處理后由線粒體/胞漿蛋白提取試劑盒提取蛋白,并進(jìn)行蛋白定量,用SDS-PAGE進(jìn)行電泳,并將其轉(zhuǎn)膜到硝酸纖維素 (NC)膜上,100 g/L的脫脂牛奶室溫封閉1 h后,滴加1∶1000的抗Cyto C和β-actin一抗孵育過夜,PBST洗膜(5 min×5次),再用1∶5000的辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的二抗室溫孵育1 h,再次洗膜(5 min×5次),后于膜上滴加顯影液,進(jìn)入發(fā)光儀器后曝光后觀察結(jié)果,并利用該系統(tǒng)軟件對(duì)目的條帶進(jìn)行分析獲取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
見表1。與對(duì)照組比較,缺氧/復(fù)氧組細(xì)胞活力明顯降低(P<0.01);與缺氧/復(fù)氧組比較,缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組細(xì)胞活力明顯提升(P<0.01)。
表1 各組心肌細(xì)胞活力、心肌細(xì)胞凋亡、心肌細(xì)胞線粒體膜電位及心肌細(xì)胞線粒體及胞漿的Cytochrome C表達(dá)的比較(±s)
表1 各組心肌細(xì)胞活力、心肌細(xì)胞凋亡、心肌細(xì)胞線粒體膜電位及心肌細(xì)胞線粒體及胞漿的Cytochrome C表達(dá)的比較(±s)
與對(duì)照組比較,*P<0.05,**P<0.01;與缺氧復(fù)氧組比較,△P<0.05,△△P<0.01。
組 別 細(xì)胞活力比率 灰度比值(Mito/Cyto)細(xì)胞凋亡率(%) 相對(duì)紅染率(%)對(duì)照組0.99±0.01 2.07±0.15對(duì)照加紅景天苷組0.99±0.01 1.93±0.12缺氧/復(fù)氧組0.56±0.04**0.46±0.04*4.52±0.49 98.00±1.00 4.80±0.30 96.33±1.53 39.80±3.48**68.33±2.52**缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組0.87±0.03△△1.43±0.15△15.13±2.40△△88.33±2.52△△
見圖1,表1。與對(duì)照組比較,缺氧/復(fù)氧組細(xì)胞凋亡率明顯增高(P<0.01);與缺氧/復(fù)氧組比較,缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組細(xì)胞凋亡率明顯降低(P<0.01)。
圖1 心肌細(xì)胞凋亡圖
見圖2,表1。與對(duì)照組比較,缺氧/復(fù)氧組細(xì)胞線粒體膜電位明顯下降(P<0.01)與缺氧/復(fù)氧組比較,缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組細(xì)胞線粒體膜電位明顯上升(P<0.01)。
圖2 心肌細(xì)胞線粒體膜電位圖
見圖3,表1。激光共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞線粒體,對(duì)照組、對(duì)照加紅景天苷組線粒體呈網(wǎng)管狀結(jié)構(gòu),而缺氧復(fù)氧組細(xì)胞線粒體呈點(diǎn)狀、碎片化,提示分裂增加;對(duì)比缺氧/復(fù)氧組,缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組的分裂明顯減少。
圖3 紅景天苷對(duì)心肌細(xì)胞線粒體形態(tài)的影響(600倍)
見圖4,表1。與對(duì)照組比較,缺氧/復(fù)氧組細(xì)胞線粒體內(nèi)Cytochrome C表達(dá)降低,而胞漿內(nèi)Cytochrome C表達(dá)升高(P<0.05);與缺氧/復(fù)氧組比較,缺氧/復(fù)氧加紅景天苷組的線粒體內(nèi)Cytochrome C表達(dá)升高,而胞漿內(nèi)Cytochrome C表達(dá)降低(P<0.05)。
圖4 心肌細(xì)胞線粒體及胞漿的Cytochrome C表達(dá)電泳條帶
急性心梗是由于冠脈斑塊破裂入血阻塞血管引發(fā),過程往往伴隨著缺血/再灌注損傷心肌細(xì)胞,而線粒體為細(xì)胞能量代謝保證有效供氧、ATP,以及有效的離子交換,線粒體結(jié)構(gòu)和功能的改變對(duì)心血管系統(tǒng)的生理和病理起著關(guān)鍵作用[7]。線粒體膜電位是由內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子及其他離子的不對(duì)稱分布而形成,在缺血再灌注時(shí),氧化磷酸化功能障礙,在此過程中,可伴隨線粒體裂解增加,DNA碎片化,線粒體膜電位升高,線粒體膜通透孔開放,并釋放細(xì)胞色素C從線粒體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)[8]。如何有效采用藥物干預(yù)保護(hù)心肌細(xì)胞線粒體,減少心肌細(xì)胞的損傷是心血管領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?;谝陨显颍狙芯客ㄟ^細(xì)胞活性、凋亡、線粒體膜電位、線粒體形態(tài)學(xué)改變以及細(xì)胞色素C蛋白表達(dá)水平的測(cè)定,證實(shí)了紅景天苷具有減輕缺氧/復(fù)氧導(dǎo)致的心肌細(xì)胞線粒體損傷,實(shí)現(xiàn)抗心肌細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。
傳統(tǒng)中藥紅景天的有效活性成分為紅景天苷,紅景天苷是一種苯乙醇類化合物,心血管系統(tǒng)藥理研究較多[9]。其具有抗缺氧、抗疲勞、抗衰老等功效,亦在神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等疾病方面具有顯著的療效[10-11]。龍怡等研究發(fā)現(xiàn)紅景天在心肌細(xì)胞中有明顯抗缺氧作用,其5種單體成分對(duì)缺氧缺糖心肌細(xì)胞損傷具有明顯的保護(hù)作用,與上調(diào)HIF-1αmRNA的表達(dá)有關(guān)[12]。付金容等證實(shí)在慢性間斷性缺氧中,紅景天苷通過減少凋亡相關(guān)因子的表達(dá),抑制Caspase-3的活性,從而保護(hù)心功能[13]。朱寧等認(rèn)為紅景天苷對(duì)缺氧誘導(dǎo)心肌細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用,與其減輕氧自由基損傷及提高肌漿網(wǎng)鈣泵活性有關(guān)[14]。
線粒體呼吸氧化過程是轉(zhuǎn)換底物的氧化還原勢(shì)能為質(zhì)子電化學(xué)勢(shì)能,質(zhì)子電化學(xué)勢(shì)能再轉(zhuǎn)為ATP的高磷酸鍵的過程[15]。其呼吸氧化過程伴隨著膜電位的除極和復(fù)極,最早被發(fā)現(xiàn)用來(lái)染線粒體的染色劑是rhodamine 123(Rh 123),能被活細(xì)胞攝取,與膜電位成正比,之后陸續(xù)出現(xiàn)各種染色劑,如MitoTracker系列染料等,此類熒光染料常用于需要固定的情況,如免疫細(xì)胞化學(xué)、TUNEL染色等,而JC-1被認(rèn)為對(duì)線粒體膜電位具有較高的敏感性和辨識(shí)度,其特性是490 nm激發(fā)光則為綠色,隨著膜電位上升,590 nm激發(fā)光時(shí)則為橙色,因此,JC-1是電壓依賴性熒光染料,能夠用流式細(xì)胞儀或熒光顯微鏡做定性定量分析[16]。
本研究采用體外心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧模擬心肌缺血再灌注損傷,從細(xì)胞水平觀察紅景天苷能否抑制缺氧復(fù)氧心肌細(xì)胞損傷,并對(duì)心肌細(xì)胞線粒體產(chǎn)生保護(hù)作用,可見紅景天苷對(duì)缺氧復(fù)氧所致心肌細(xì)胞損傷、凋亡具有抑制作用,并闡述紅景天苷能夠維持缺氧復(fù)氧心肌細(xì)胞線粒體膜電位、抑制線粒體分裂。Western blot結(jié)果顯示,紅景天苷能夠抑制細(xì)胞色素C的釋放,升高線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C的濃度,減少胞漿中細(xì)胞色素C的濃度這可能跟其有效減少線粒體膜通透孔的開放的機(jī)制有關(guān),表明紅景天苷能夠保護(hù)缺氧復(fù)氧心肌細(xì)胞線粒體功能。但其調(diào)控的具體信號(hào)通路,是如何抑制缺血再灌注損傷心肌細(xì)胞損傷,實(shí)現(xiàn)保護(hù)線粒體作用,有待于進(jìn)一步研究。
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Protective Effects of Salidroside in Cardiomyocyte and Mitochondria Injury Induced by Hypoxia/Reoxygenation
TIAN Xin,WANG Yuanbo,F(xiàn)U Feng,et al.Department of Cardiology,Traditional Chinese Medical Hospital of Shanxi Province,Shanxi,Xian 710003,China.
Objective:To study the protective effects of Salidroside in cardiomyocyte and mitochondria induced by hypoxia/reoxygenation.Methods:Cardiomyocyte were divided into the control group,the control and Salidroside group,hypoxia/reoxygenation group,hypoxia/reoxygenation and Salidroside group.Cell viabilitieswere detected by cell counting kit(CCK-8);apoptotic cells were detected by flow cytometry;mitochondria membrane potentials were measured by JC-1 kit.The morphology of cell mitochondria was observed by laser scanning confocal microscopy.The expression of cytochrome C protein in mitochondria and cytoplasm was detected with Western blot.ResultsSalidroside could decrease hypoxia/reoxygenation myocardial cells apoptosis,increase cell viability,increase mitochondrial membrane potential,reduce mitochondrial fission,reduce mitochondrial cytochrome C release and protect cardiomyocyte and mitochondria against hypoxia/reoxygenation injury.Conclusions:Salidroside can alleviate hypoxia/reoxygenation injury,reduce cardiomyocyte apoptosis and protect cell mitochondrial function.
Salidroside;Hypoxia/reoxygenation injury;Mitochondria;Protective effect
R285.5
A
1004-745X(2017)10-1714-04
10.3969/j.issn.1004-745X.2017.10.007
陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2016KTZDSF01-03-02)
△通信作者(電子郵箱:Liu.reld@aliyun.com)
2017-06-15)