異鼠李素對H2O2誘導的腸上皮細胞氧化應激損傷的保護作用

王德宇，楊東亮，常 劉

(大連市第四人民醫(yī)院燒傷創(chuàng)面科，遼寧 大連 116000)

腸上皮由單層腸上皮細胞組成，可選擇性吸收水和營養(yǎng)物質，是抵御毒素和腸外病原體的第一道屏障[1]。當腸上皮細胞通透性增加時，腸腔中的抗原和內毒素進入循環(huán)系統(tǒng)，導致腸道及全身性疾病的發(fā)生，如炎癥性腸病、膿毒癥[2-3]等。氧化應激使體內氧化-抗氧化失衡，產生過量活性氧(Reactive oxygen spiecies,ROS)，增加腸道通透性和腸道上皮細胞損傷，導致腸上皮屏障功能障礙。抑制氧化應激有助于恢復腸上皮細胞功能，阻礙腸道相關疾病的發(fā)展[4]。

黃芪屬多年生草本植物，是常用中藥材之一，具有增強機體免疫功能、抗菌、抗氧化劑等藥理活性[5]。據研究報道，黃芪可改善糖尿病小鼠腎臟的氧化損傷[6]，其對全身炎癥反應綜合征患者腸屏障功能具有保護作用[7]。異鼠李素(Isorhamnetin,ISO)屬黃酮類化合物，是黃芪的有效成分之一，可有效防治氧化應激相關疾病的進展[8-9]。目前，ISO對氧化應激狀態(tài)下腸上皮細胞的影響及分子機制尚不十分明確?；诖?，本研究旨在評價ISO對H2O2誘導的大鼠腸上皮細胞IEC-6氧化損傷的影響，探討ISO保護腸上皮細胞的可能機制，以期為腸屏障功能障礙相關疾病的防治提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗細胞：大鼠腸上皮細胞IEC-6購自賽百慷(上海)生物技術股份有限公司。

1.1.2 主要實驗試劑：DMEM培養(yǎng)基(武漢賽維爾生物科技有限公司)；ISO(阿拉丁科技有限公司)；N-乙酰半胱氨酸(N-Acetyl-L-cysteine,NAC)(阿拉丁科技有限公司)；甲基噻唑藍(MTT)、細胞凋亡檢測試劑盒、活性氧(ROS)檢測試劑盒、丙二醛(MDA)試劑盒、超氧化物歧化酶(SOD)測定試劑盒、全蛋白提取試劑盒、核蛋白和漿蛋白提取試劑盒、兔抗大鼠Nrf2一抗(WL02135)(1∶500)、兔抗大鼠HO-1一抗(WL02400)(1∶500)、兔抗大鼠p-Akt一抗(WLP001a)(1∶500)、兔抗大鼠Akt一抗(WL0003b)(1∶500)、羊抗兔IgG-HRP二抗(WLA023)(1∶5000)(沈陽萬類生物科技有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 細胞分組：IEC-6細胞接種至含10%FBS的DMEM培養(yǎng)基中，待細胞生長狀態(tài)良好時，用不同濃度ISO(0、10、20、40、80、100、200 μmol/L)處理細胞24 h，篩選3個對細胞生長無抑制或毒性的藥物濃度。隨后將細胞隨機分為正常對照組：正常培養(yǎng)細胞42 h；H2O2組：正常培養(yǎng)細胞24 h后，500 μmol/L H2O2處理細胞18 h；NAC組：10 μmol/L NAC預處理細胞1 h后，500 μmol/L H2O2處理細胞18 h；異鼠李素低劑量組：20 μmol/L異鼠李素預處理細胞24 h后，500 μmol/L H2O2處理細胞18 h；異鼠李素中劑量組：40 μmol/L異鼠李素預處理細胞24 h后，500 μmol/L H2O2處理細胞18 h；異鼠李素高劑量組：100 μmol/L異鼠李素預處理細胞24 h后，500 μmol/L H2O2處理細胞18 h。

1.2.2 MTT法檢測細胞活力：將細胞以4×103個/孔的密度接種于96孔板中，細胞貼壁后，按照實驗分組進行加藥處理。藥物達到相應處理時間后，棄去各組細胞培養(yǎng)基，每孔加入20 μl MTT染色液，置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中孵育4 h。4 h后吸去上清，加入150 μl Formanzan溶解液。待Formanzan全部溶解后，在酶標儀上測定其在570 nm處的OD值，進行數(shù)據分析。

1.2.3 流式細胞術檢測細胞凋亡水平：將細胞以5×105個/孔的密度接種于6孔板中，待細胞貼壁后，加入不同藥物處理細胞。細胞處理相應時間后，棄去培養(yǎng)基，用PBS洗滌細胞2次。收集各組細胞制成細胞懸液，150 g離心5 min后，用500 μl Binding Buffer重懸細胞，然后依次加入5 μl AnnexinV-FITC及10 μl PropidiumIodide混勻。室溫避光孵育15 min后，流式細胞儀檢測各組細胞凋亡水平。

1.2.4 流式細胞術檢測細胞中ROS水平：將細胞以5×105個/孔的密度接種于6孔板中，用藥物處理相應時間后，更換為含DCFE-DA探針的培養(yǎng)基，37 ℃孵育20 min。用無血清培養(yǎng)基洗滌細胞后，收集各組細胞制成細胞懸液，150 g離心5 min后，用PBS重懸細胞進行流式檢測。

1.2.5 試劑盒檢測細胞中MDA、SOD水平：各組IEC-6細胞進行藥物預處理并用H2O2造模后，消化并收集細胞，提取細胞中蛋白，按照MDA、SOD試劑盒說明書檢測細胞中MDA含量及SOD活力。

1.2.6 Western blot檢測細胞中Nrf2、HO-1、p-Akt/Akt水平：細胞達到處理時間點后，棄去培養(yǎng)基，預冷PBS漂洗細胞3次，加入適當體積的蛋白裂解液或核蛋白和漿蛋白提取試劑盒中的抽提試劑提取總蛋白和核蛋白。BCA法測定蛋白濃度并定量，SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白并轉印至PVDF膜。將轉印好的PVDF膜用5%的脫脂奶粉室溫封閉1 h后，分別加入Nrf2(1∶500)、HO-1(1∶500)、p-Akt(1∶500)、Akt(1∶500)一抗，4 ℃條件下孵育過夜。孵育一抗后的PVDF膜用TBST緩沖液洗膜4次，每次5 min。用HRP標記的山羊抗兔二抗(1∶5000)37 ℃孵育45 min后，TBST緩沖液洗膜6次，每次5 min。最后加入ECL化學發(fā)光液顯色，用凝膠圖像處理系統(tǒng)(Gel-Pro-Analyzer)軟件分析目的條帶的灰度值。以Histone H3作為核蛋白Nrf2內參，β-actin作為HO-1、p-Akt、Akt蛋白內參，計算各目的蛋白的相對表達量。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料經正態(tài)性檢驗符合正態(tài)分布，數(shù)據以均數(shù)±標準差表示，各組間數(shù)據比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Tukey檢驗；P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞活性的影響 異鼠李素對IEC-6細胞毒性作用如圖1A所示，0～100 μmol/L的異鼠李素對IEC-6細胞生長無明顯抑制作用，各組吸光度與正常組相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。200 μmol/L異鼠李素顯著降低了IEC-6細胞的吸光度值，產生細胞毒性(P<0.05)。異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞活性的影響如圖1B所示，20～100 μmol/L 異鼠李素對細胞活性的影響呈劑量依賴性，其中NAC及100 μmol/L 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞損傷有保護作用，其吸光度與H2O2組相比差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

A：異鼠李素對正常IEC-6細胞的毒性作用；B：不同濃度異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞活性影響。與正常對照組比較，*P<0.05；與H2O2組比較，#P<0.05圖1 異鼠李素對H2O2誘導的細胞活力的影響

2.2 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞凋亡的影響 異鼠李素對各組細胞凋亡水平的影響如圖2所示。與空白組相比，H2O2組細胞凋亡率顯著升高(P<0.05)。與H2O2組相比，NAC及異鼠李素中、高劑量組細胞的凋亡率顯著降低(P<0.05)。

注：與正常對照組比較，*P<0.05；與H2O2組比較，#P<0.05圖2 異鼠李素對H2O2誘導的細胞凋亡的影響

2.3 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞ROS水平的影響 以DCFH-DA為熒光探針，用流式細胞儀檢測IEC-6細胞中ROS的平均熒光強度。如圖3所示，與正常對照組相比，H2O2使IEC-6細胞產生過量ROS(P<0.05)。NAC組及異鼠李素低、中、高劑量組IEC-6細胞中ROS的生成顯著降低(P<0.05)。

注：與正常對照組比較，*P<0.05；與H2O2組比較，#P<0.05圖3 異鼠李素對H2O2誘導的細胞ROS水平的影響

2.4 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞MDA、SOD水平的影響 進一步檢測細胞中MDA含量及SOD活力以評價異鼠李素對IEC-6細胞抗氧化能力的影響。如圖4A所示，H2O2組細胞中MDA含量較正常對照組顯著升高(P<0.05)，NAC組及異鼠李素高劑量組細胞中MDA含量顯著降低(P<0.05)。圖4B顯示，與正常組相比，H2O2組細胞中SOD活力明顯下降(P<0.05)，NAC組及異鼠李素高劑量組細胞中SOD的活力較模型組顯著增加(P<0.05)。

A：異鼠李素對細胞中MDA含量的影響；B：異鼠李素對細胞中SOD活性的影響。與正常對照組比較，*P<0.05；與H2O2組比較，#P<0.05圖4 異鼠李素對H2O2誘導的細胞MDA、SOD水平的影響

2.5 異鼠李素對H2O2誘導的IEC-6細胞抗氧化信號通路的影響 Western blot檢測異鼠李素對IEC-6細胞中抗氧化信號通路相關指標蛋白表達的影響。由圖5可知，異鼠李素低、中、高劑量組細胞核中Nrf2及細胞中HO-1的表達逐漸增加，說明異鼠李素的抗氧化能力不斷增強。其中，與H2O2組相比，異鼠李素中、高劑量組細胞核中Nrf2及細胞中HO-1的表達顯著升高(P<0.05)。此外，與H2O2組相比，NAC組及異鼠李素中、高劑量組細胞中p-Akt/Akt的表達顯著增加(P<0.05)。

A：正常對照組；B：H2O2組；C：NAC組；D：異鼠李素低劑量組；E：異鼠李素中劑量組；F：異鼠李素高劑量組。與正常對照組比較，*P<0.05；與H2O2組比較，#P<0.05圖5 異鼠李素對H2O2誘導的細胞抗氧化信號通路的影響

3 討 論

腸道上皮功能障礙在腸道及全身性疾病的發(fā)病進程中起重要作用。氧化應激是引起腸上皮細胞損傷及功能障礙的關鍵機制。H2O2作為ROS的主要成分之一，廣泛用于建立細胞氧化應激模型[10]。NAC可增強抗氧化防御體系，是常用的抗氧化劑。因此，本研究使用H2O2處理IEC-6細胞，模擬氧化應激條件下的腸上皮細胞損傷，并以NAC為陽性對照，系統(tǒng)評價異鼠李素的抗氧化功效及作用機制。

腸上皮細胞免受氧化應激損傷是緩解腸上皮功能障礙的關鍵因素。異鼠李素在氧化應激參與的心血管疾病[11]、糖尿病[9]及缺血再灌注腦損傷等多種疾病中表現(xiàn)出抗氧化活性，具有較高的開發(fā)和應用價值。研究表明，異鼠李素預處理可顯著增強視網膜細胞活力并抑制H2O2誘導的細胞凋亡水平[12]。此外，異鼠李素預處理可保護人臍靜脈內皮細胞免受H2O2損傷[13]。本研究結果顯示，H2O2處理導致IEC-6細胞活力顯著降低。異鼠李素可顯著提高氧化應激狀態(tài)下IEC-6細胞活性，且作用呈劑量依賴性。同時，異鼠李素能夠降低H2O2誘導的IEC-6細胞的凋亡水平。由此可知，異鼠李素對氧化應激狀態(tài)下的IEC-6細胞具有保護作用。

ROS過量產生引起氧化應激并導致腸上皮屏障功能障礙[14]。丙二醛(MDA)由多不飽和脂肪酸的脂質過氧化產生，是過氧化最重要的產物之一，用于測定生物體中的氧化應激水平[15]。超氧化物歧化酶(SOD)是一種重要的抗氧化物酶，通過清除超氧陰離子使細胞免受ROS損傷[16]。據報道，異鼠李素預處理顯著降低暴露于H2O2的H9C2細胞中ROS的生成及MDA含量，同時增加SOD活性[17]。另據報道，異鼠李素可降低H2O2誘導的角質細胞中MDA的含量并提高SOD活性[18]。本研究結果顯示，異鼠李素預處理顯著降低了IEC-6細胞中ROS及MDA的水平，增加了細胞中SOD活性。以上結果提示，異鼠李素可增強IEC-6細胞的抗氧化能力，緩解H2O2引起的IEC-6細胞的氧化應激損傷。

Nrf2/ARE是機體抗氧化的重要信號通路，通過促進下游抗氧化酶如HO-1等的表達保護細胞免受氧化應激，維持細胞中氧化還原平衡[19]。正常生理狀態(tài)下，Nrf2與Keap1結合以無活性復合物的形式存在于細胞質中。當細胞受到刺激時，Nrf2與Keap1解離并移位至細胞核中，與抗氧化反應元件(ARE)結合以激活抗氧化酶的轉錄[20]。磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt是Nrf2的上游信號分子，在抵抗氧化應激的細胞防御系統(tǒng)中起主導作用[21]。PI3K/Akt通過激活Nrf2/HO-1信號通路發(fā)揮細胞保護作用。據報道，異鼠李素通過激活PI3K/Akt信號通路使視網膜上皮細胞免受氧化應激損傷[11]。此外，在H2O2誘導C2C12細胞氧化應激模型中，異鼠李素預處理可激活Nrf2/HO-1信號通路，增強細胞的抗氧化能力。Western blot結果顯示，異鼠李素處理顯著提高了Akt蛋白的磷酸化水平，增加了細胞核中Nrf2水平及下游抗氧化物酶HO-1的表達，提示PI3K/Akt信號通路與異鼠李素誘導的Nrf2/HO-1的激活有關。

綜上所述，本研究結果表明，異鼠李素可保護IEC-6細胞免受H2O2誘導的氧化應激損傷。此外，異鼠李素可能通過激活PI3K/Akt介導的Nrf2/HO-1抗氧化信號通路緩解H2O2誘導的腸上皮細胞功能障礙。