3,3'-二吲哚甲烷對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激和增殖的影響

胡哲夫,唐其柱,吳青青,馮一洲,周晨亮

心肌肥厚及纖維化常伴有成纖維細(xì)胞的過度增殖和膠原分子的合成、分泌。炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激等一直是心肌纖維化的元兇之一,其機(jī)制復(fù)雜且涉及多種炎性分子。既往研究表明,脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)具有促炎、促氧化應(yīng)激等多重作用[1-2]。崔勤濤等[3]應(yīng)用LPS刺激引起H9c2細(xì)胞內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)并使活性氧(ROS)顯著升高。3,3'-二吲哚甲烷(Diindolylmethane,DIM)屬于十字花科植物的天然成分提取物[4-6],其廣泛存在于多種常見的十字花科蔬菜中,如卷心菜、雪里紅、諸葛菜等。已有研究表明,DIM具有抗腫瘤、抗炎、抗增生等多種生理作用[4-7]。另有研究證實(shí),DIM可弱化壓力負(fù)荷及其他機(jī)制誘導(dǎo)的心肌肥厚和纖維化反應(yīng)[8]。因此本研究擬用LPS刺激H9c2細(xì)胞的增殖,并以DIM干預(yù),來觀察DIM是否對(duì)LPS誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞增殖能力及氧化應(yīng)激產(chǎn)生影響,報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 材料 (1)H9c2細(xì)胞(典君生物科技發(fā)展有限公司提供);(2)藥品及試劑:3,3'-二吲哚甲烷(上海融禾醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司,100 mg,純度>98%)、脂多糖(PEPROTECH公司),胰蛋白酶消化液(Gibco公司)、新生胎牛血清(Gibco公司)、DMEM/F12培養(yǎng)基(上海立菲公司)、雙抗(Hyclone公司), CCK-8試劑盒(日本同仁化學(xué)研究所);(3)儀器設(shè)備:細(xì)胞計(jì)數(shù)儀(Invitrogen公司,型號(hào) C10227),流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD FACScalibur公司, 型號(hào) BD FACSCalibur 1),熒光酶標(biāo)儀(Synergy HT公司,型號(hào) Synergy H1),恒溫培養(yǎng)箱(賽默飛公司,型號(hào)Thermo 311)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 2020年10—12月于代謝與相關(guān)慢病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。H9c2細(xì)胞培養(yǎng)于37℃、CO2體積分?jǐn)?shù)為5%的恒溫培養(yǎng)箱中,采用含有20%NCS和1% 雙抗(青霉素+鏈霉素)的DMEM/F12培養(yǎng)基中培養(yǎng),使用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞。當(dāng)H9c2細(xì)胞的生長(zhǎng)密度達(dá)到約80%后,使用0.125%胰酶消化1 min左右并以1∶2的比例傳代,每次傳代時(shí)細(xì)胞密度控制在1×105/ml。

1.3 觀察指標(biāo)與方法

1.3.1 H9c2細(xì)胞增殖能力:將H9c2細(xì)胞均勻接種至96孔板,每孔100 μl,置于溫箱培養(yǎng)24 h后,將培養(yǎng)基更換為無血清培養(yǎng)基饑餓24 h,采用不同濃度DIM(10、20、30 μmol/L)處理干預(yù)后,將培養(yǎng)基換為含有10 μl 的CCK-8無血清培養(yǎng)基100 μl,繼續(xù)在溫箱中孵育2 h后置于酶標(biāo)儀下檢測(cè)(波長(zhǎng)450 nm)。實(shí)驗(yàn)分為8組:空白對(duì)照組(Control),DIM 10 μmol/L(DIMⅠ組),DIM 20 μmol/L(DIMⅡ組),DIM 30 μmol/L(DIMⅢ組),LPS 10 mg/ml(LPS組),LPS 10 mg/ml+DIM 10 μmol/L(LPS+DIMⅠ組), LPS 10 mg/ml+DIM 20 μmol/L(LPS+DIMⅡ組),LPS 10 mg/ml+DIM 30 μmol/L(LPS+DIMⅢ組)。

1.3.2 活性氧(ROS)檢測(cè)

1.3.2.1 ROS水平:將H9c2細(xì)胞均勻地接種至96孔板中,每孔100 μl ,置于溫箱繼續(xù)培養(yǎng)24 h,細(xì)胞密度達(dá)到80%后將培養(yǎng)基更換為無血清的培養(yǎng)基饑餓24 h,采用不同濃度DIM(10、20、30 μmol/L)處理干預(yù)24 h后,將96孔板中的培養(yǎng)基換為含有10 μmol/L的DCFH/DA 的培養(yǎng)基繼續(xù)孵育20 min,之后將培養(yǎng)基吸出,用PBS清洗3次,以排除未進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的DCFH/DA干擾。最后再次加入PBS 100 μl ,置于酶標(biāo)儀下檢測(cè),激發(fā)光波長(zhǎng)為485 nm,發(fā)射光波長(zhǎng)為525 nm。ROS 水平(%) =干預(yù)組熒光值/對(duì)照組熒光值×100%,本實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。實(shí)驗(yàn)分為5組:空白對(duì)照組(Control),LPS組 10 mg/ml(LPS組),LPS 10 mg/ml+DIM 10 μmol/L(LPS+DIMⅠ組),LPS 10 mg/ml+DIM 20 μmol/L(LPS+DIMⅡ組),LPS 10 mg/ml+DIM 30 μmol/L(LPS+DIMⅢ組)。

1.3.2.2 ROS時(shí)間點(diǎn)檢測(cè):方法同上,以空白對(duì)照組為參照,分別檢測(cè)各組在30、60、120 min后H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS含量變化。實(shí)驗(yàn)分為3組:空白對(duì)照組(Control),LPS組(10 mg/ml),LPS+DIM組(LPS 10 mg/ml+DIM 30 μmol/L)。

1.3.3 炎性指標(biāo)檢測(cè): 采用RT-PCR檢測(cè)白介素(IL)-1β、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-6、血紅素加氧酶-1(HO-1),以不同濃度DIM(10、20、30 μmol/L)處理12 h后,棄去培養(yǎng)基,以TRIzol 1 ml提取細(xì)胞內(nèi)總RNA,采用紫外分光光度法測(cè)定其含量與純度。取約5 μl總RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,以GAPDH 為內(nèi)參進(jìn)行PCR 擴(kuò)增。細(xì)胞內(nèi)mRNA表達(dá)cDNA第一鏈的合成參照 PCR試劑盒進(jìn)行。GAPDH的擴(kuò)增引物均由上海生物工程公司合成。PCR反應(yīng)條件為:Cycle 94℃ 2 min, 35 Cycles 94℃ 40 s、65℃ 40 s、 72℃ 1 min,Cycle 72℃ 5 min。實(shí)驗(yàn)分為4組:空白對(duì)照組(Control),LPS組(10 mg/ml),LPS+DIM組(LPS 10 mg/ml+DIM 30 μmol/L),DIM組(DIM 30μmol/L)。各引物序列見表1。

表1 RT-PCR引物序列

1.3.4 蛋白印跡檢測(cè):使用細(xì)胞裂解液冰上裂解細(xì)胞10 min,收集并提取蛋白。首先校正GAPDH后,每組10 μl進(jìn)行10%SDS-PAGE 凝膠電泳,后將蛋白以100 V,90 min轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,用一抗封閉液進(jìn)行封閉,后用TBST洗膜,一抗孵育過夜后加入羊抗兔二抗進(jìn)行顯色反應(yīng)。使用Odyssey圖像分析軟件檢測(cè)各組蛋白的相對(duì)密度值作為蛋白水平,均以GAPDH作為內(nèi)參。實(shí)驗(yàn)分為6組:空白對(duì)照組(Control),單加LPS組(10 mg/ml),低劑量組(LPS 10 mg/ml+DIM 10 μmol/L),中劑量組(LPS 10 mg/ml+DIM 20 μmol/L),高劑量組(LPS 10 mg/ml+DIM 30 μmol/L),單DIM組(10 μmol/L)。

2 結(jié) 果

2.1 各組H9c2細(xì)胞增殖能力比較 與未加任何處理因素的空白對(duì)照組比較, 3組(DIM Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組)單加不同濃度梯度(10～30 μmol/L)的DIM培養(yǎng)H9c2細(xì)胞24 h后,其增殖活性比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),但LPS (10 mg/ml)可使細(xì)胞增殖活性明顯增加(P<0.01),而DIM在10～30 μmol/L濃度范圍內(nèi)可顯著弱化上述現(xiàn)象(P<0.01),且呈現(xiàn)濃度依賴性,見表2。

表2 不同濃度梯度DIM對(duì)H9c2細(xì)胞增殖能力的影響

2.2 H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS水平比較 與空白對(duì)照組比較,LPS刺激H9c2細(xì)胞2 h后,H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS含量明顯上升 (P<0．05);與LPS組比較,加入10～30 μmol/L的DIM后H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS含量下降,隨著藥物濃度的增加下降趨勢(shì)更明顯 (P<0.01),見表3。

表3 不同濃度DIM刺激對(duì)H9c2細(xì)胞ROS水平的影響

2.3 不同時(shí)間DIM干預(yù)H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS水平的比較 與空白對(duì)照組比較,加入LPS 30 min后H9c2細(xì)胞內(nèi)ROS含量開始上升,120 min后更明顯(P<0．05);加入DIM(30 μmol/L)后,ROS均有不同程度的降低,隨DIM作用時(shí)間增加細(xì)胞增殖活性減低,且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0．05),見表4。

表4 LPS與DIM刺激H9c2細(xì)胞不同時(shí)間點(diǎn)的ROS水平比較

2.4 DIM對(duì)H9c2胞內(nèi)相關(guān)炎性因子水平的影響 與空白對(duì)照組比較,加入LPS 刺激后,H9c2細(xì)胞內(nèi)IL-1β、IL-6、MCP-1、TNF-α、HO-1含量顯著上升(t/P=73.960/<0.001、31.480/<0.001、17.140/0.001、6.487/0.001、14.270/0.001),加入DIM(30 μmol/L)后,上述指標(biāo)均有不同程度的降低(t/P=9.783/<0.001、3.541/<0.008、4.609/0.002、7.620/<0.001、3.705/0.006),而單加DIM則無顯著改變(P>0.05),見表5。

表5 不同濃度DIM刺激對(duì)細(xì)胞各炎性因子水平的影響

2.5 DIM抑制H9c2發(fā)生炎性反應(yīng)的機(jī)制 LPS可顯著上調(diào)H9c2細(xì)胞內(nèi)p-ERK、p-JNK、p-P38的表達(dá)量,與空白對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001);而當(dāng)DIM(10、20、30 μmol/L)和LPS共同刺激HUVEC 24 h之后,p-ERK、p-JNK、p-P38表現(xiàn)為下調(diào)趨勢(shì),且趨勢(shì)隨著DIM的濃度升高,蛋白密度下調(diào)越明顯,與LPS組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)。而單加DIM(30 μmol/L)則對(duì)p-ERK、p-JNK、p-P38的表達(dá)無顯著影響(P均>0.05),見圖1。

圖1 各組H9c2細(xì)胞內(nèi)p-ERK、p-JNK、p-P38的表達(dá)比較

3 討 論

本結(jié)果表明,H9c2細(xì)胞在經(jīng)典促炎介質(zhì)LPS的作用下可顯著增殖并發(fā)生細(xì)胞活性的變化，而DIM與LPS同時(shí)作用于H9c2細(xì)胞時(shí),可有效抑制LPS誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞增殖、氧化反應(yīng)及炎性反應(yīng),且呈現(xiàn)明顯的濃度依賴性。另一方面,RT-PCR結(jié)果也證實(shí)DIM可以減少相關(guān)炎性因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等表達(dá)水平,蛋白印跡試驗(yàn)也表明DIM可對(duì)抗LPS的促炎作用并降低p-ERK、p-JNK、p-P38的蛋白表達(dá)水平。通過該試驗(yàn),證實(shí)了DIM在LPS誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激和增殖中發(fā)揮了重要的改善作用。

既往研究表明[15],LPS可在心肌細(xì)胞中激活TLRs從而激活NF-κB信號(hào)通路從而引起炎性反應(yīng)爆發(fā),而被激活的NF-κB因子可進(jìn)一步促進(jìn)下游的IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性因子的分泌從而形成惡性循環(huán)。IL-6一直被視為膿毒癥和炎性反應(yīng)的經(jīng)典標(biāo)志物,其升高具有典型的代表性意義,可作為細(xì)胞內(nèi)炎性反應(yīng)程度的重要標(biāo)志分子。Zhou等[16]研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)成果表明,DIM亦通過調(diào)節(jié)NF-κB/TGF-β/Smad信號(hào)通路減輕放射性肺損傷中的炎性反應(yīng)和纖維化,而該信號(hào)通路也是心臟組織發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的典型通路之一,表明DIM在抑制心肌纖維化等領(lǐng)域可能具有一定的潛在研究?jī)r(jià)值。而DIM在早期已被證實(shí)具有良好的抗炎作用,其可弱化LPS的促炎效果進(jìn)而降低上述炎性因子的表達(dá)水平。氧化應(yīng)激是炎性損傷的基本病理過程,伴隨大量的炎性因子釋放和活性氧產(chǎn)生。本研究顯示,DIM對(duì)LPS誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞具有保護(hù)作用,可抵抗氧化應(yīng)激。但已有相關(guān)研究證明[17-18],MAPK信號(hào)通路在各種原因?qū)е碌难趸瘧?yīng)激及炎性損傷中發(fā)揮重要調(diào)控作用。本研究結(jié)果顯示,與空白對(duì)照組比較, LPS干預(yù)后,P38、JNK、ERK蛋白磷酸化水平增加, 而DIM可顯著降低P38、ERK、JNK蛋白的磷酸化水平,表明DIM可能通過抑制MAPK信號(hào)通路關(guān)鍵蛋白的活化而起到對(duì)H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激及炎性損傷的保護(hù)效應(yīng),而且呈現(xiàn)出濃度依賴性。

綜上所述,DIM對(duì)LPS誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞增殖和氧化反應(yīng)具有一定程度的抑制作用,有力地說明了DIM對(duì)心肌組織的潛在保護(hù)作用,另一方面,DIM可通過抑制相關(guān)炎性因子的產(chǎn)生從而發(fā)揮抗炎作用,為DIM將來的臨床應(yīng)用提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固了DIM治療炎性反應(yīng)和膿毒癥相關(guān)疾病的治療地位,但本次實(shí)驗(yàn)屬于細(xì)胞水平,未進(jìn)行在體研究,心肌纖維化的其他標(biāo)志物也尚未檢測(cè),因此存在一定的局限性,DIM其他的多重機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究,今后需進(jìn)一步完善深入的機(jī)制研究,為DIM防治心血管及其他相關(guān)疾病提供更廣闊的前景。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明

胡哲夫:課題設(shè)計(jì),論文撰寫;唐其柱:設(shè)計(jì)研究方案,實(shí)施研究過程,論文撰寫;吳青青:提出研究思路,分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),論文審核;周晨亮:實(shí)施研究過程,資料搜集整理,論文修改;馮一洲:進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析