閆 梅,馬 倩,馬雅玲,,劉 媛,馬立萍
年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)是一種影響視網(wǎng)膜黃斑區(qū),導(dǎo)致中央視力逐漸喪失的疾病,多發(fā)生于60歲以上的人群中,是造成視覺(jué)損害的主要原因之一[1-2]。我國(guó)現(xiàn)已步入老齡化社會(huì),人口老齡化呈指數(shù)增長(zhǎng),其患病率將進(jìn)一步上升。研究發(fā)現(xiàn),ARMD的發(fā)病機(jī)制涉及氧化應(yīng)激、光損傷、炎癥、遺傳基因等方面[3-5]。其中,視網(wǎng)膜色素上皮(retina pigment epithelium,RPE)的炎性損傷是重要環(huán)節(jié)[1,3]。RPE具有維持視網(wǎng)膜感光細(xì)胞層的功能,可保護(hù)視網(wǎng)膜免受過(guò)度光照,并參與形成血-視網(wǎng)膜屏障及視網(wǎng)膜中央黃斑的免疫防御等[4-5]。研究表明,各種刺激形成的RPE炎性損傷能夠促進(jìn)新生血管生成,加速病情進(jìn)展為滲出性ARMD[3-6]。所以,抑制RPE細(xì)胞內(nèi)炎性損傷,同時(shí)預(yù)防RPE的丟失,是開(kāi)發(fā)治療ARMD新方案的關(guān)鍵。研究證實(shí),枸杞多糖(lycium barbarum polysaccharide,LBP)具有抗炎、抗氧化應(yīng)激、抗衰老等作用[7-9]。本課題組既往研究也表明枸杞多糖對(duì)糖尿病大鼠視網(wǎng)膜具有保護(hù)作用,對(duì)氧化應(yīng)激造成視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的凋亡具有抑制作用[10-11],但是,枸杞多糖對(duì)RPE炎性反應(yīng)的影響尚不明確。所以,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)細(xì)菌脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)刺激人視網(wǎng)膜色素上皮(ARPE-19)細(xì)胞構(gòu)建ARMD的體外炎癥反應(yīng)模型,探索枸杞多糖對(duì)RPE炎性反應(yīng)的影響及機(jī)制,為治療滲出性ARMD及RPE炎癥相關(guān)疾病提供新思路。
1.1材料
1.1.1主要試劑ARPE-19細(xì)胞株(中科院上海細(xì)胞庫(kù))、枸杞多糖(寧夏沃福百瑞)、LPS(美國(guó)Sigma)、胎牛血清(美國(guó)Gibco)、DMEM-F12培養(yǎng)基(美國(guó)Hyclone)、0.25%胰蛋白酶+EDTA(索萊寶)、青-鏈霉素混合液(100×)(索萊寶)、RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(Invitrogen)、SYBR Green qPCR Master Mix(DBI Bioscience)、總RNA提取試劑盒(北京天根)、引物(上海生工)、CCK-8細(xì)胞增殖及細(xì)胞毒性檢測(cè)試劑盒(上海貝博)、全蛋白提取試劑盒(凱基生物)、BCA蛋白定量試劑盒(凱基生物)、ECL高敏檢測(cè)試劑盒(凱基生物)。一抗:p-IκBα、IκBα、p-ERK、p-p38及p-JNK(Affinity,CAT:5002、2002、1015、4001、3318),p-p65、p65(CST,CAT:3033、8242),ERK、p38及JNK(萬(wàn)類生物,CAT:01864、00764、01295),β-Actin(中杉金橋,CAT:TA-09)。
1.1.2儀器Infinite M200 Pro酶標(biāo)儀(瑞士TECAN)、PowerPac 200電泳儀(美國(guó)Bio-Rad)、IQ5 Real-Time PCR儀(美國(guó)Bio-Rad)、ChemiDoc Touch化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(美國(guó)Bio-Rad)。
然而,企業(yè)減排導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,成本增加導(dǎo)致國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力下降,國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力下降導(dǎo)致國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化受阻。不減排,國(guó)際輿論壓力大,綠色貿(mào)易壁壘愈演愈烈,在國(guó)際分工中將長(zhǎng)期處于產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的低端水平,國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
1.2方法
1.2.1 ARPE-19細(xì)胞培養(yǎng)收到ARPE-19細(xì)胞后放置入培養(yǎng)箱,于37℃、5% CO2條件下培養(yǎng),待細(xì)胞密度約為85%時(shí)使用胰酶進(jìn)行消化,1200r/min離心5min,1∶3傳代,接種于T25培養(yǎng)瓶中,加入完全培養(yǎng)基培養(yǎng)(10% FBS,1%青-鏈霉素混合液,89% DMEM-F12),2d換液一次,穩(wěn)定傳代后取2~4代用于實(shí)驗(yàn)。同時(shí),細(xì)胞密度為85%時(shí)進(jìn)行消化離心,加入凍存液(10% DMSO,90% FBS)重懸,放入-80℃冰箱凍存,次日投入液氮長(zhǎng)期保存。
1.2.2實(shí)驗(yàn)分組及處理將細(xì)胞隨機(jī)分為空白組、LPS組、低濃度LBP組、中濃度LBP組、高濃度LBP組。所有分組加藥前均使用不含血清的培養(yǎng)基饑餓24h??瞻捉M使用完全培養(yǎng)基培養(yǎng),與其余組同時(shí)換液;LPS組給予含10μg/mL LPS的完全培養(yǎng)基刺激24h;LBP組分別給予含有低濃度LBP(0.1mg/mL)、中濃度LBP(0.5mg/mL)及高濃度LBP(1mg/mL)的完全培養(yǎng)基孵育24h,再以同樣方式給予10μg/mL LPS作用24h。
1.2.3 CCK-8觀察各組細(xì)胞存活率細(xì)胞以濃度為1×104個(gè)/mL接種于96孔板中,每孔加入200μL培養(yǎng)基,培養(yǎng)24h,待細(xì)胞貼壁后PBS沖洗兩遍并給予無(wú)血清DMEM培養(yǎng)基饑餓24h。各組處理同上,處理后PBS沖洗換液加入含10% CCK-8的無(wú)血清培養(yǎng)基,37℃培養(yǎng)箱中避光孵育2h,酶標(biāo)儀450nm檢測(cè)OD值,使用公式:細(xì)胞存活率=[(實(shí)驗(yàn)孔-空白孔)/(對(duì)照孔-空白孔)]×100%,計(jì)算出細(xì)胞存活率。
1.2.4 Real Time-PCR檢測(cè)各組細(xì)胞內(nèi)炎性因子的mRNA表達(dá)量上述各組細(xì)胞接受處理后按照天根總RNA提取試劑盒步驟過(guò)柱提取,提取后測(cè)定RNA濃度并用瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證純度后,每組取等量RNA參照Invitrogen逆轉(zhuǎn)錄試劑盒步驟,進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄合成為cDNA,-80℃保存。使用DBI SYBR Green qPCR Master Mix試劑盒,嚴(yán)格按照步驟,以cDNA為模板進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增。引物序列見(jiàn)表1。反應(yīng)體系為:20μL。采用試劑盒中標(biāo)準(zhǔn)三步法進(jìn)行Real Time-PCR擴(kuò)增,反應(yīng)條件為:預(yù)變性,95℃ 2min;PCR反應(yīng),95℃ 10s,50℃~60℃ 30~34s,72℃ 30s,共40循環(huán)。熔解曲線,55℃~98℃ 84循環(huán)。得出Ct值,以GAPDH為內(nèi)參,使用相對(duì)定量法,計(jì)算2-△△Ct值。
1.2.5 Western-blot檢測(cè)各組蛋白表達(dá)量各組細(xì)胞接受處理后,根據(jù)全蛋白提取試劑盒步驟,冷PBS洗滌細(xì)胞2次,加入提前配置的裂解液并刮出細(xì)胞,收集懸液放置冰上,間隔4min震蕩一次,每次持續(xù)1min,循環(huán)5次。離心機(jī)12000r/min、4℃離心20min取上清液,依照BCA蛋白定量試劑盒步驟進(jìn)行蛋白定量。定量后加入5×上樣緩沖液,100℃變性5min備用。配制10% SDS-PAGE凝膠,取40μg蛋白(p-p65、p65、p-IκBα、IκBα)或80μg蛋白(p-p38、p-ERK、p-JNK、p38、ERK、JNK)上樣,加入電泳液,連接電泳儀調(diào)整電壓為80V進(jìn)行電泳,至分離膠時(shí)轉(zhuǎn)120V電泳至底部,打開(kāi)切膠進(jìn)行轉(zhuǎn)膜(PVDF膜,濕轉(zhuǎn),220mA,60min),5%脫脂奶粉或5% BSA溶液(磷酸化蛋白)封閉4h,洗膜(0.1% PBST 5min,重復(fù)3次)后一抗封閉過(guò)夜,第2d洗膜后二抗孵育2h,再洗膜,取出表面滴ECL發(fā)光液進(jìn)行曝光。一抗?jié)舛龋簆-p65、p65、p-IκBα、IκBα、p-p38、p38及p-ERK(均1∶1000),p-JNK及JNK(1∶800),ERK(1∶500),β-Actin(1∶1000)。二抗?jié)舛龋?∶10000。使用Image J軟件分析條帶,p-p65與p65比值,p-IκBα、IκBα與β-Actin比值進(jìn)行計(jì)算,p-p38、p-ERK及p-JNK分別與p38、ERK和JNK比值進(jìn)行計(jì)算。
2.1枸杞多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)下ARPE-19細(xì)胞活力的影響空白組、LPS組、低濃度LBP組、中濃度LBP組、高濃度LBP組細(xì)胞存活率分別為(96.33±6.51)%、(61.79±19.78)%、(107.58±40.47)%、(118.29±34.42)%、(114.01±20.70)%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.496,P=0.026)。與空白組相比,LPS組細(xì)胞存活率下降,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。相較于LPS組,各LBP處理組細(xì)胞存活率升高,均大于80%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但各濃度處理組之間相比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),表明一定濃度的LBP對(duì)LPS誘導(dǎo)ARPE-19細(xì)胞的炎性損傷具有抑制作用,見(jiàn)圖1。
圖1 枸杞多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)ARPE-19細(xì)胞活力的影響 a P<0.05 vs LPS組。
圖2 枸杞多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)ARPE-19細(xì)胞內(nèi)炎性因子的影響 A:IL-6的mRNA表達(dá)量;B:IL-1β的mRNA表達(dá)量;C:MCP-1的mRNA表達(dá)量。 b P<0.01 vs LPS組。
表1 RT-PCR引物序列
2.2各組細(xì)胞內(nèi)炎性因子mRNA表達(dá)量的變化各組細(xì)胞內(nèi)炎性因子IL-6、IL-1β和MCP-1的mRNA表達(dá)量比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),見(jiàn)表2。其中,LPS組表達(dá)量較空白組均明顯升高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001);與LPS組相比,低、中、高濃度LBP組的IL-6及MCP-1表達(dá)量均明顯下降,高濃度LBP組的IL-1β表達(dá)量也明顯降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。但各因子的三個(gè)LBP濃度組之間進(jìn)行比較,表達(dá)量未見(jiàn)明顯變化,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)??梢?jiàn),在轉(zhuǎn)錄水平,LBP能夠抑制LPS誘導(dǎo)的ARPE-19細(xì)胞中炎性因子IL-1β、IL-6及MCP-1的表達(dá),而此作用與LBP的劑量無(wú)關(guān),見(jiàn)圖2。
表2 各組細(xì)胞內(nèi)炎性因子mRNA的表達(dá)
圖3 枸杞多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)的ARPE-19細(xì)胞內(nèi)NF-κB通路相關(guān)因子蛋白表達(dá)量的影響 A:p-p65相對(duì)蛋白表達(dá)量;B:p-IκBα相對(duì)蛋白表達(dá)量;C:IκBα相對(duì)蛋白表達(dá)量;D:蛋白表達(dá)檢測(cè)條帶。a P<0.05,b P<0.01 vs LPS組。
表3 各組細(xì)胞內(nèi)NF-κB/MAPK通路相關(guān)蛋白的表達(dá)
2.3各組細(xì)胞內(nèi)NF-κB/MAPK通路相關(guān)蛋白表達(dá)量的變化
2.3.1 NF-κB通路各組NF-κB通路的p-p65、p-IκBα及IκBα蛋白表達(dá)水平比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,表3)。LPS組的p-p65、p-IκBα表達(dá)水平較空白組明顯升高,而IκBα蛋白表達(dá)量降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與LPS組相比,低、中、高濃度LBP組的p-p65表達(dá)量均明顯降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與低濃度LBP組比較,高濃度LBP組的p-p65、p-IκBα蛋白表達(dá)量均降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),可見(jiàn)LBP的作用隨濃度升高而增強(qiáng);同時(shí),高濃度LBP組的IκBα表達(dá)量較LPS組升高,而p-IκBα表達(dá)量降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),表明LBP能夠抑制IκBα蛋白向p-IκBα轉(zhuǎn)化。所以,枸杞多糖能夠抑制LPS刺激ARPE-19細(xì)胞NF-κB通路的激活,并可通過(guò)抑制NF-κB通路相關(guān)蛋白p65、IκBα的磷酸化發(fā)揮效應(yīng),且呈現(xiàn)出LBP劑量依賴性,見(jiàn)圖3。
2.3.2 MAPK通路檢測(cè)各組MAPK通路磷酸化因子的蛋白相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表3。與空白組相比,LPS刺激后p-JNK、p-ERK及p-p38的蛋白表達(dá)量升高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與LPS組相比較,低、中、高濃度LBP組p-p38的蛋白表達(dá)量可見(jiàn)明顯下降,中、高濃度LBP組p-JNK的蛋白表達(dá)量降低,并且在高濃度LBP組的細(xì)胞中p-ERK的蛋白表達(dá)量有所減少,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);比較低濃度LBP組與高濃度LBP組,發(fā)現(xiàn)三種磷酸化蛋白表達(dá)量隨著LBP濃度的升高均有降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)圖4。由此可見(jiàn),枸杞多糖能夠抑制LPS刺激ARPE-19細(xì)胞內(nèi)JNK、ERK及p38的磷酸化,并具有劑量依賴性,揭示枸杞多糖可通過(guò)JNK/ERK/p38通路抑制LPS誘導(dǎo)的ARPE-19炎性反應(yīng)。
圖4 枸杞多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)的ARPE-19細(xì)胞內(nèi)MAPK通路相關(guān)因子蛋白表達(dá)量的影響 A:p-JNK相對(duì)蛋白表達(dá)量;B:p-ERK相對(duì)蛋白表達(dá)量;C:p-p38相對(duì)蛋白表達(dá)量;D:蛋白表達(dá)檢測(cè)條帶。a P<0.05, b P<0.01 vs LPS組。
LBP具有明確的抗炎作用,研究發(fā)現(xiàn)它可通過(guò)抗炎、抗氧化和抗凋亡等機(jī)制發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[12-13]。在小鼠巨噬細(xì)胞中,LBP可通過(guò)抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路減輕LPS誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)[14];并且,LBP可通過(guò)MAPK通路調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子的變化,進(jìn)而抑制小鼠肝腦損傷及運(yùn)動(dòng)障礙[15]。眼科研究中,已證實(shí)雷公藤、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2激動(dòng)劑等藥物可通過(guò)NF-κB/MAPK通路抑制LPS誘導(dǎo)的RPE炎癥性反應(yīng)[16-17]。所以,我們采用LPS誘導(dǎo)ARPE-19細(xì)胞建立炎性反應(yīng)模型觀察LBP的作用,證實(shí)LPS可誘導(dǎo)ARPE-19發(fā)生炎性損傷、細(xì)胞存活率下降,并且發(fā)現(xiàn)一定濃度的LBP預(yù)處理能提高炎性損傷后的RPE細(xì)胞活力。而且,LPS與LBP同時(shí)應(yīng)用并未降低細(xì)胞活力,證實(shí)了LBP應(yīng)用的無(wú)毒性,這可為預(yù)防RPE的炎性損傷提供一種安全的新藥物。
在ARMD的機(jī)制及治療研究中,炎性因子一直受到廣泛關(guān)注。近年研究發(fā)現(xiàn),眼部衰老相關(guān)疾病可伴隨有IL-6、IL-1β及MCP-1等炎性因子的增加[18-19];有人使用IL-1β刺激RPE細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)IL-6、IL-8及MCP-1等炎性因子的升高[20];還發(fā)現(xiàn)通過(guò)LPS刺激RPE細(xì)胞也可出現(xiàn)IL-6、IL-8及MCP-1等升高[17-21]。而在本實(shí)驗(yàn)中,我們也觀察到LPS誘導(dǎo)ARPE-19細(xì)胞后,細(xì)胞內(nèi)炎性因子IL-6、IL-1β及MCP-1的表達(dá)量明顯升高,并且發(fā)現(xiàn) LBP可發(fā)揮明顯的抗炎作用,降低這些炎性因子的表達(dá),為L(zhǎng)BP能夠抑制RPE細(xì)胞的炎性反應(yīng)提供了有力證據(jù)。另外,細(xì)胞產(chǎn)生炎性反應(yīng)時(shí),幾乎都存在NF-κB通路的激活。比如LPS刺激細(xì)胞后,可與細(xì)胞表面的Toll樣受體結(jié)合,激活I(lǐng)κBα激酶,合成IκBα復(fù)合物,進(jìn)一步誘導(dǎo)IκBα磷酸化、泛素化,后被相應(yīng)蛋白酶識(shí)別降解,使得p50/p65從IκBα復(fù)合物中釋放出來(lái),形成p50/p65二聚體,再迅速發(fā)生核轉(zhuǎn)位,由p65形成p-p65,最后啟動(dòng)細(xì)胞核中如TNF-α、IL-1β、IL-6及MCP-1等細(xì)胞炎性因子的靶基因表達(dá)[22-24]。在本實(shí)驗(yàn)中我們觀察到LPS誘導(dǎo)后ARPE-19細(xì)胞中IκBα、p65的磷酸化水平升高,進(jìn)一步證實(shí)LPS能夠通過(guò)誘導(dǎo)RPE細(xì)胞中NF-κB通路的激活發(fā)揮其致炎作用。在此基礎(chǔ)上新發(fā)現(xiàn)LBP可上調(diào)RPE細(xì)胞中IκBα蛋白水平,下調(diào)磷酸化因子p-IκBα、p-p65的表達(dá),表明LBP能夠抑制胞內(nèi)NF-κB通路激活、阻礙IκBα及p65向磷酸化轉(zhuǎn)化。此結(jié)果明確了在RPE細(xì)胞中,LBP的抗炎作用機(jī)制可通過(guò)抑制NF-κB通路進(jìn)行。并且我們還對(duì)LBP在三個(gè)濃度梯度下的抗炎作用進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)濃度越高,LBP抑制NF-κB通路激活的作用越強(qiáng)。這顯示出LBP的抗炎作用存在劑量依賴性,可為下一步進(jìn)行體內(nèi)及臨床研究時(shí)選擇藥物濃度提供參考。
MAPK通路與細(xì)胞增殖、應(yīng)激、炎癥、凋亡等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)。作為這些通路的交匯點(diǎn),它將胞外信號(hào)經(jīng)受體、G蛋白、蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子等組成信號(hào)網(wǎng)絡(luò),傳遞到胞內(nèi),參與細(xì)胞分化、癌變、遷移、凋亡等細(xì)胞病理生理過(guò)程。MAPK通路是信號(hào)從細(xì)胞表面到細(xì)胞核內(nèi)部的重要傳遞者,分為ERK、p38、JNK和ERK5等亞族,其激活通過(guò)級(jí)聯(lián)過(guò)程進(jìn)行,被激活后表現(xiàn)為逐級(jí)的磷酸化[25]。研究表明,LPS刺激可通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路適配器MyD88蛋白的表達(dá)進(jìn)行,再啟動(dòng)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián),引起MAPK通路中p-JNK、p-ERK及p-p38的激活[26-27]。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)LBP可降低LPS刺激后RPE細(xì)胞內(nèi)JNK、ERK及p38的磷酸化表達(dá),這顯示LBP是通過(guò)抑制MAPK中亞級(jí)通路JNK/ERK/p38的激活來(lái)降低RPE炎性反應(yīng)。除此之外,不同濃度LBP作用強(qiáng)度不同,在低濃度LBP的處理下抑制MAPK通路激活的作用并不明顯,但在高濃度LBP組中,三種因子的磷酸化表達(dá)均有很大程度的減低,所以,LBP的抗炎作用與藥物用量密切相關(guān)。再者,由于MAPK通路與細(xì)胞增殖及凋亡聯(lián)系緊密,所以ARMD中RPE細(xì)胞的炎癥相關(guān)死亡方式也值得關(guān)注。
本實(shí)驗(yàn)雖然得出細(xì)胞水平的結(jié)論,無(wú)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證據(jù),但可為下一步繼續(xù)深入探討LBP對(duì)ARMD中炎癥方面的作用提供基本依據(jù)。基于細(xì)胞實(shí)驗(yàn),還可進(jìn)行細(xì)胞死亡方式的研究,并觀察其他可能參與RPE炎性反應(yīng)的信號(hào)通路,為ARMD及眼科RPE相關(guān)炎癥性疾病的治療提供新靶點(diǎn)。
綜上所述,枸杞多糖對(duì)于LPS誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞炎性反應(yīng)具有抑制作用,并通過(guò)抑制NF-κB/MAPK通路相關(guān)因子的磷酸化及阻礙細(xì)胞內(nèi)炎性因子IL-1β、IL-6及MCP-1的轉(zhuǎn)錄過(guò)程而發(fā)揮影響。