盧志剛,盧 青,丁運(yùn)宇,高志遠(yuǎn)
(湖北民族大學(xué)附屬荊門市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,湖北荊門 448000)
腦血管病已成為危害健康的重要疾病,具有較高的發(fā)生率、復(fù)發(fā)率、致殘率和死亡率。約85%的腦卒中是由大腦動(dòng)脈閉塞引起的缺血性腦卒中[1]。缺血性卒中導(dǎo)致了大腦缺血區(qū)域的細(xì)胞功能障礙及細(xì)胞死亡。通過再灌注恢復(fù)血液供應(yīng)可以挽救缺血組織,但再灌注本身會(huì)造成組織損傷,稱為腦缺血再灌注損傷(CIRI)[2]。缺血卒中區(qū)域的再灌注和血供的恢復(fù)往往會(huì)導(dǎo)致一系列的細(xì)胞生化后果,CIRI的病理機(jī)制包括過度活性氧(ROS)的產(chǎn)生、細(xì)胞氧化損傷、炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活及再灌注組織中細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)[3-4]。目前,靜脈注射重組組織型纖溶酶原激活劑(rtPA)和血管內(nèi)治療已被廣泛應(yīng)用于臨床,并已證明可降低致殘風(fēng)險(xiǎn)[5]。然而,這些治療方法可能在加重神經(jīng)元死亡的同時(shí)也加重神經(jīng)功能障礙[6]。探索腦損傷的機(jī)制,尋找減輕CIRI的藥物已成為腦缺血治療的重點(diǎn)。中藥在這方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用,主要體現(xiàn)在抗氧化和病理?yè)p傷、減少興奮性氨基酸的神經(jīng)毒素、清除自由基、減少鈣超載、影響血小板和血栓形成、調(diào)節(jié)凋亡等[7]。
石菖蒲的有效活性物質(zhì)β-細(xì)辛醚能有效改善CIRI,與抑制炎性反應(yīng)、減輕氧化應(yīng)激、改善能量代謝、降低細(xì)胞興奮性毒性及保護(hù)血腦屏障等作用機(jī)制關(guān)系密切[8]。然而,β-細(xì)辛醚的作用機(jī)制尚未完全闡明。星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥和氧化應(yīng)激在急性缺血性腦卒中后引起了CIRI[9]。本實(shí)驗(yàn)采用星形膠質(zhì)細(xì)胞氧糖剝奪(OGD)/復(fù)氧復(fù)糖(R)損傷模擬構(gòu)建CIRI體外模型,觀察β-細(xì)辛醚對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)作用,為進(jìn)一步探討CIRI的機(jī)制和腦保護(hù)機(jī)制提供有價(jià)值的思路,現(xiàn)報(bào)道如下。
1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
6~8周齡的15只雄性C57BL/6小鼠,體重20~30 g,購(gòu)自華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心(SCXK2016-2009)。
1.1.2主要藥品與試劑
β-細(xì)辛醚對(duì)照品(美國(guó)Sigma公司,純度>98%,貨號(hào):5273-86-9)。胎牛血清、DMEM高糖培養(yǎng)基(美國(guó)Gibco公司,批號(hào)分別為10099、p002548)。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、乳酸脫氫酶(LDH)、丙二醛(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)檢測(cè)試劑盒(南京建成生物工程研究所有限公司,批號(hào)分別為A005-1-2、A020-1-2、A003-1-2、A001-3-2)。小鼠核因子-κB亞基p65(NF-κB p65)、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-18 ELISA試劑盒(武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司,批號(hào)分別為E-EL-M0838c、E-EL-M0037c、E-EL-M0730c)。實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(RT-qPCR)試劑、cDNA合成試劑(美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司,批號(hào)分別為11781200、20190607)。Nrf2多克隆抗體、醌氧化還原酶1(NQO1)多克隆抗體、血紅素氧化酶-1(HO-1)多克隆抗體、GAPDH多克隆抗體、辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔二抗、Nrf2抑制劑N-{4-[2,3-二氫-1-(2’-甲基苯甲酰)-1H-吲哚-5-基]-5-甲基-2-噻唑基}-1,3-苯并二氧唑-5-乙酰胺(ML385)、活性氧熒光探針(DCFH-DA)試劑盒、CCK-8試劑盒(美國(guó)Sigma公司,批號(hào)分別為PA5-27882、PA5-115666、PA5-77834、PA5-116420、MA5-15367、SML1833、BL714A、7010000)。膜聯(lián)蛋白(Annexin)V-PE/7-AAD雙染細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(杭州聯(lián)科生物技術(shù)股份有限公司,批號(hào)CA1120)。
1.1.3主要儀器
Forma371型細(xì)胞培養(yǎng)箱、ABI StepOnePlus實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司);FACSCanto Ⅱ型流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD公司);iMark全自動(dòng)酶標(biāo)儀(美國(guó)Bio-RAD公司);WD-9413B型凝膠成像系統(tǒng)(北京六一生物科技有限公司);JY92-IIN超聲波細(xì)胞破碎機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司);CKX31SF倒置相差顯微鏡(日本Olympus公司)。
1.2.1星形膠質(zhì)細(xì)胞的分離培養(yǎng)[10]
取出乳鼠-20 ℃冰凍麻醉,75%乙醇消毒,無菌磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗后分離腦組織,加入DMEM培養(yǎng)基洗滌,分離出大腦皮質(zhì),剪碎后胰蛋白酶消化,孵育過篩,加入D-Hanks液洗滌離心,棄上清液得細(xì)胞團(tuán)。與培養(yǎng)液混合后,接種到包被多聚賴氨酸后的細(xì)胞培養(yǎng)板中,種板后換液繼續(xù)培養(yǎng)。14 d后搖床下分離出星形膠質(zhì)細(xì)胞,經(jīng)GFAP免疫熒光鑒定確認(rèn)。
1.2.2OGD/R體外模型的建立[11]及分組處理
將星形膠質(zhì)細(xì)胞分為5組:對(duì)照組、模型組、β-細(xì)辛醚(50 μg/mL)組、ML385(5 μmol/L)組、β-細(xì)辛醚(50 μg/mL)+ML385(5 μmol/L)組。OGD/R體外模型的構(gòu)建:純化后的原代星形膠質(zhì)細(xì)胞在正常培養(yǎng)條件下,種板培養(yǎng)融合率在80%時(shí)去除原培養(yǎng)基,PBS洗滌細(xì)胞3次,換成無血清無糖培養(yǎng)液,在含95%氮?dú)饧?%二氧化碳的培養(yǎng)箱內(nèi)37 ℃培養(yǎng)6 h,隨后更換為含10%胎牛血清的DMEM/F12培養(yǎng)基。β-細(xì)辛醚組、ML385組、β-細(xì)辛醚+ML385組分別加入50 μmol/L β-細(xì)辛醚、5 μmol/L ML385及50 μmol/L β-細(xì)辛醚+5 μmol/L ML385,放在含5%二氧化碳及95%空氣的培養(yǎng)箱內(nèi)37 ℃培養(yǎng)24 h。對(duì)照組一直在含糖含氧環(huán)境中培養(yǎng),模型組僅予以O(shè)GD 6 h/R 24 h處理。
1.2.3CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞存活率
5組細(xì)胞按照1.2.2方法處理后接種到96孔板內(nèi),每孔內(nèi)加入CCK-8溶液10 μL,在37 ℃、5%二氧化碳的培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)孵育1 h,未接種細(xì)胞的孔為空白凋零孔,采用全自動(dòng)酶標(biāo)儀在450 nm處測(cè)定吸光度(A)值,計(jì)算細(xì)胞存活率。細(xì)胞存活率=實(shí)驗(yàn)組A值/空白組A值×100%。
1.2.4二硝基苯肼法檢測(cè)LDH漏出率
5組細(xì)胞按照1.2.2方法處理后,分別收集各組細(xì)胞及其上清液,細(xì)胞被超聲破碎為勻漿,按照LDH檢測(cè)試劑盒嚴(yán)格檢測(cè)上清液和細(xì)胞勻漿中LDH的A值,計(jì)算LDH漏出率。漏出率=上清液中A值/(上清液LDH A值+細(xì)胞勻漿中LDH A值)×100%。
1.2.5流式細(xì)胞術(shù)[12]測(cè)定細(xì)胞凋亡水平
5組細(xì)胞按照1.2.2方法處理后,用冷PBS清洗處理過的細(xì)胞,加入胰酶室溫消化,取細(xì)胞懸浮液4 ℃離心,棄上清液后收集細(xì)胞。細(xì)胞PBS重懸后再次離心棄上清液,加入緩沖液懸浮細(xì)胞后嚴(yán)格按照試劑盒步驟加入2 μL Annexin-V抗體及2 μL 7-AAD染料進(jìn)行染色,然后采用流式細(xì)胞儀進(jìn)行檢測(cè)。
1.2.6星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化應(yīng)激水平的檢測(cè)
1.2.6.12’,7’-二氯熒光素二乙酸酯(DCFH-DA)法檢測(cè)ROS的表達(dá)
嚴(yán)格按試劑盒說明書要求操作。細(xì)胞于無血清培養(yǎng)基稀釋DCFH-DA至終濃度為10 μmol/L,吸走培養(yǎng)基,加入DCFH-DA至終濃度為10 μmol/L,37 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)孵育20 min,用無血清培養(yǎng)基洗滌細(xì)胞,胰酶消化,離心后重懸細(xì)胞,流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。對(duì)照組作為參照(熒光強(qiáng)度為100%),其余4組與之比較代表其相對(duì)ROS的活性。
1.2.6.2生化法檢測(cè)上清液中氧化應(yīng)激水平
細(xì)胞按1.2.2方法處理以后,收集經(jīng)胰蛋白酶消化后的各組細(xì)胞,在冰上超聲裂解,離心后取上清液。按照試劑盒步驟硫代巴比妥酸法檢測(cè)MDA,黃嘌呤氧化酶法檢測(cè)SOD,分光光度法檢測(cè)GSH-Px。
1.2.7ELISA檢測(cè)上清液中的炎癥因子
細(xì)胞處理同1.2.6.2方法,采用ELISA試劑盒按說明書步驟檢測(cè)上清液中NF-κB p56、IL-1β和IL-18水平。
1.2.8RT-qPCR檢測(cè)Nrf2、HO-1 mRNA的表達(dá)水平
取各組細(xì)胞,采用TRizol法提取細(xì)胞內(nèi)總RNA,超微量分光光度計(jì)檢測(cè)RNA濃度后置于—80 ℃冰箱保存。逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,以其為模板,GAPDH管家基因作為內(nèi)參,然后進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增。反應(yīng)體系:SYBR Green Master Mix 10 μL,正向引物及反向引物各0.5 μL,cDNA 2 μL,補(bǔ)足RNase-Free ddH2O至總體積20 μL。反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性45 s,95 ℃變性5 s,60 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,循環(huán)40次。循環(huán)結(jié)束后以2-ΔΔCt法計(jì)算目的基因mRNA相對(duì)表達(dá)水平。PCR引物序列和產(chǎn)物長(zhǎng)度見表1。
表1 PCR引物序列和產(chǎn)物長(zhǎng)度
1.2.9Western blot[13]檢測(cè)Nrf2/HO-1通路相關(guān)蛋白表達(dá)水平
取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的星形膠質(zhì)細(xì)胞,按1.2.2方法分組及處理,每組分別設(shè)立3個(gè)復(fù)孔。培養(yǎng)結(jié)束,收集經(jīng)胰蛋白酶消化后的各組細(xì)胞,超聲細(xì)胞破碎儀冰上粉碎后4 ℃離心,取上清液即獲得細(xì)胞總蛋白,采用BCA法測(cè)定蛋白濃度,制備蛋白樣品,根據(jù)蛋白濃度調(diào)整上樣量。蛋白樣品95 ℃沸水高溫變性后,加至10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)膠加樣孔內(nèi),60 V恒壓濃縮膠電泳,75 V、90 min恒壓分離膠電泳,250 mA 3 h恒定電流進(jìn)行轉(zhuǎn)膜,TBST洗膜后室溫下以5%脫脂奶粉中搖床上封閉1 h,取膜加入Nrf2、NQO-1、HO-1一抗稀釋液與內(nèi)參GAPDH抗體稀釋液(稀釋度分別為1∶1 000、1∶800、1∶1 000、1∶2 000),4 ℃孵育過夜;次日以TBST溶液清洗3次,每次10 min,加入辣根過氧化物酶標(biāo)記羊抗兔IgG(HRP)二抗(稀釋度為1∶3 000),室溫下?lián)u床孵育1 h;以TBST洗膜3次,每次10 min,避光,采用ECL顯色后凝膠成像系統(tǒng)曝光顯影定影成像。采用Image J軟件分析,以目的蛋白/內(nèi)參蛋白灰度值之間的比值表示相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。
與對(duì)照組比較,模型組、ML385組、β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組細(xì)胞存活率明顯下降,細(xì)胞凋亡率明顯升高(P<0.05)。與模型組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組細(xì)胞存活率明顯升高,細(xì)胞凋亡率明顯下降,ML385組則相反(P<0.05)。與ML385組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組細(xì)胞存活率明顯升高,細(xì)胞凋亡率明顯下降(P<0.05),見表2、圖1。
圖1 各組星形膠質(zhì)細(xì)胞Annexin V/7-AAD雙染法細(xì)胞凋亡圖
表2 各組腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞存活率及凋亡率比較
與對(duì)照組比較,模型組、ML385組及β-細(xì)辛醚+ML385組LDH漏出率、MDA、ROS熒光強(qiáng)度明顯升高,SOD、GSH-Px水平明顯下降(P<0.05)。與模型組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組LDH漏出率、MDA、ROS熒光強(qiáng)度明顯下降,SOD、GSH-Px水平明顯升高,而ML385組上述指標(biāo)則相反(P<0.05)。與ML385組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組LDH漏出率、MDA、ROS熒光強(qiáng)度明顯下降,SOD、GSH-Px水平明顯升高(P<0.05),見表3。
表3 各組腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化應(yīng)激水平比較
與對(duì)照組比較,模型組、ML385組、β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組NF-κB p65、IL-1β、IL-18水平明顯升高(P<0.05)。與模型組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組NF-κB p65、IL-1β、IL-18水平明顯下降(P<0.05),而ML385組上述指標(biāo)則相反(P<0.05)。與ML385組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組NF-κB p65、IL-1β、IL-18水平明顯下降(P<0.05),見表4。
表4 各組腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞炎癥因子水平比較
與對(duì)照組比較,模型組、ML385組及β-細(xì)辛醚+ML385組Nrf2、HO-1 mRNA表達(dá)明顯下降(P<0.05)。與模型組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組Nrf2、HO-1 mRNA表達(dá)明顯升高,而ML385組上述指標(biāo)則相反(P<0.05)。與ML385組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組的Nrf2、HO-1 mRNA表達(dá)明顯升高(P<0.05),見表5。
表5 各組腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞Nrf2和HO-1 mRNA表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果
與對(duì)照組比較,模型組、ML385組及β-細(xì)辛醚+ML385組Nrf2、NQO-1、HO-1蛋白表達(dá)明顯下降(P<0.05)。與模型組比較,ML385組、β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組Nrf2、NQO-1、HO-1蛋白表達(dá)明顯升高,而ML385組上述指標(biāo)則相反(P<0.05)。與ML385組比較,β-細(xì)辛醚組及β-細(xì)辛醚+ML385組Nrf2、NQO-1、HO-1蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05),見表6、圖2。
表6 各組腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)蛋白表達(dá)水平
圖2 各組星形膠質(zhì)細(xì)胞Nrf2、NQO-1、HO-1蛋白表達(dá)的電泳圖
近年來,缺血性腦卒中的發(fā)生率持續(xù)上升。缺血性腦卒中血流恢復(fù)會(huì)加重?fù)p傷并引起CIRI。CIRI的發(fā)生與線粒體能量代謝紊亂、興奮性氨基酸毒性、離子平衡失衡、氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和血腦屏障破壞等有關(guān)[14]。因此,預(yù)防和治療CIRI是缺血性腦卒中治療的重點(diǎn)。腦缺血再灌注引起腦損傷,這與腦內(nèi)的氧自由基密切相關(guān)。腦缺血再灌注誘導(dǎo)的LDH釋放和MDA積累可以直接反映腦缺血的嚴(yán)重程度和脂質(zhì)過氧化的程度。SOD和GSH-px是強(qiáng)大的自由基清除因子,可以減少腦缺血再灌注誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。Nrf2通路是近年來抗氧化研究的重點(diǎn)[15]。Nrf2通路通過上調(diào)一系列內(nèi)源性保護(hù)基因顯示出抗氧化作用[16]。HO-1和NQO-1是抵抗氧化應(yīng)激的兩種主要蛋白質(zhì)[17]。HO-1催化膽綠素、膽紅素和鐵蛋白的形成,從而表現(xiàn)出抗氧化活性。NQO-1通過阻止ROS的產(chǎn)生發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[18]。急性腦缺血再灌注可觸發(fā)神經(jīng)炎癥,激活先天免疫反應(yīng),進(jìn)而引發(fā)一系列炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)和氧化應(yīng)激,而炎性反應(yīng)被認(rèn)為是CIRI的一個(gè)重要的病理生理過程,氧化應(yīng)激是CIRI的重要發(fā)病機(jī)制,含NLR家族Pyrin域蛋白3(NLRP3)炎癥小體參與炎癥級(jí)聯(lián)調(diào)控,ROS可誘導(dǎo)NLRP3激活,啟動(dòng)NLRP3/半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)焦亡信號(hào)通路,促進(jìn)通路下游炎性因子凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白(ASC)、caspase-1、IL-1β和IL-18的分泌,在CIRI的發(fā)生、發(fā)展中扮演了關(guān)鍵的角色[19-22]。
β-細(xì)辛醚是中藥石菖蒲的主要有效成分,具有較強(qiáng)的抗炎效果,藥效易透過血腦屏障起到腦保護(hù)作用[23]。本研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組比較,模型組OGD/R細(xì)胞中抗氧化因子Nrf2、HO-1、NQO-1表達(dá)和SOD、GSH-Px活性明顯下降,氧化應(yīng)激因子ROS、LDH、MDA和促炎因子NF-κB p65、IL-1β、IL-18水平升高,而β-細(xì)辛醚可不同程度地降低OGD/R模型細(xì)胞中上述氧化應(yīng)激因子和炎癥因子指標(biāo)的水平,增加抗氧化因子,說明Nrf2通路在CIRI星形膠質(zhì)細(xì)胞中失活,β-細(xì)辛醚重新激活了Nrf2通路并促進(jìn)了抗氧化因子的表達(dá)及活性增加,并降低了氧化應(yīng)激因子和促炎因子的水平。此外,β-細(xì)辛醚通過減少OGD/R誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激來抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡,提高細(xì)胞的存活率,說明β-細(xì)辛醚可能通過激活Nrf2通路減輕OGD/R星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎性反應(yīng)的程度起到神經(jīng)保護(hù)作用。
ML385是一種新型的、特異的Nrf2抑制劑,其能抑制Nrf2的下游靶基因的表達(dá)。本研究也發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組比較,ML385加劇了OGD/R誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡率,減少細(xì)胞存活率,抑制了Nrf2、HO-1和NQO-1表達(dá),降低了SOD、GSH-Px活性并增加了ROS、LDH、MDA、NF-κB p65、IL-1β、IL-18的水平,而β-細(xì)辛醚干預(yù)后上述指標(biāo)得到不同程度的改善。這些結(jié)果表明Nrf2被抑制后抗氧化因子明顯減少,炎癥因子明顯增加,細(xì)胞凋亡加重,Nrf2在CIRI中發(fā)揮重要作用,而通過β-細(xì)辛醚的干預(yù)可明顯改善氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng),對(duì)OGD/R誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞具有保護(hù)作用。
綜上所述,β-細(xì)辛醚可能通過激活Nrf2通路,清除ROS進(jìn)而進(jìn)一步激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路,緩解OGD/R誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化應(yīng)激和炎癥損傷,減輕神經(jīng)細(xì)胞的凋亡,從而發(fā)揮對(duì)大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷的保護(hù)作用,這可能是β-細(xì)辛醚發(fā)揮抗CIRI藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。