二至丸改善自然衰老大鼠卵母細(xì)胞線粒體功能的機(jī)制研究*

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院 婦產(chǎn)科

益敏輝 王永峰 郝小白 唐 虹 李林霞(上海 200137)

提要 目的：研究二至丸對(duì)自然衰老大鼠卵母細(xì)胞線粒體改善的效應(yīng)與機(jī)制。方法：選用SPF級(jí)SD雌性大鼠，隨機(jī)分為8周齡青年對(duì)照組、20周齡老年對(duì)照組、20周齡二至丸用藥低劑量組和高劑量組。用藥30 d后，進(jìn)行腹腔注射孕馬血清促性腺激素(20 IU/只)，2 d后給予人絨毛膜促性腺激素(10 IU/只)，干預(yù)12 h后觀察卵母細(xì)胞腺苷三磷酸(ATP)、活性氧(ROS)含量及線粒體的數(shù)目、形態(tài)，檢測(cè)線粒體動(dòng)態(tài)調(diào)控蛋白過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α(PGC-1α)、視神經(jīng)萎縮蛋白1(OPA1)、PTEN誘導(dǎo)蛋白激酶1(PINK1)的蛋白表達(dá)水平。結(jié)果：和青年對(duì)照組相比，老年對(duì)照組卵巢卵母細(xì)胞ATP的含量減少(P<0.05)，細(xì)胞內(nèi)線粒體數(shù)量下降，結(jié)構(gòu)紊亂，部分呈空泡化，PGC-1α、OPA1及PINK1蛋白水平下降(P<0.05)；二至丸低、高劑量組可提高老年大鼠卵母細(xì)胞ATP的濃度(P<0.05)，增加細(xì)胞內(nèi)線粒體含量、改善結(jié)構(gòu)及減少ROS的生成(P<0.05)，促進(jìn)PGC-1α、OPA1和PINK1的表達(dá)(P<0.05)。結(jié)論：二至丸可以改善衰老卵巢內(nèi)的卵母細(xì)胞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，提高線粒體自我更新以達(dá)到修復(fù)自然衰老卵母細(xì)胞的作用。

衰老是機(jī)體的一種自然生理現(xiàn)象，任何生物都無(wú)法避免，是機(jī)體隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致器官的形態(tài)和功能出現(xiàn)不可逆的衰退。女生生殖系統(tǒng)的衰老會(huì)引起卵泡的數(shù)量降低、質(zhì)量下降以及雌激素分泌不足等一系列癥狀，影響著女性的身心健康。衰老的速度是否影響卵巢的儲(chǔ)備功能，是目前研究的重點(diǎn)。

中醫(yī)常用補(bǔ)腎類方藥來(lái)治療或延緩衰老相關(guān)疾病。由女貞子和旱墨蓮構(gòu)成的經(jīng)典名方二至丸，功效是補(bǔ)益肝腎、滋陰止血，臨床上用于治療腰膝酸痛、月經(jīng)量偏多及早年發(fā)白等肝腎陰虛癥狀[1]。研究證實(shí)對(duì)卵巢早衰性疾病的治療有良好的效果[2]；自然衰老的女性或雌性動(dòng)物中卵母細(xì)胞的線粒體含量降低或功能出現(xiàn)障礙[3]；有學(xué)者提出改善線粒體的功能結(jié)構(gòu)或增加線粒體數(shù)量能延緩卵巢的衰老和改善女性生育能力的理論[4]，由此推演線粒體是卵巢衰老的決定因素[5]。已有研究報(bào)道二至丸能提高雌激素分泌、卵泡增加及閉鎖卵泡減少等[6]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)二至丸可能與衰老相關(guān)的因子有關(guān)聯(lián)，對(duì)腫瘤壞死因子(TNF)、缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF1)、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)通路上多個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)，可以發(fā)揮延緩衰老的作用，調(diào)控老年大鼠炎癥反應(yīng)、緩解血液的黏度和改善免疫功能，共同發(fā)揮延緩衰老的作用[7]。

目前研究報(bào)道揭示二至丸通過(guò)刺激雌激素分泌改善卵巢的功能[8]，本研究將通過(guò)修復(fù)卵母細(xì)胞線粒體的功能驗(yàn)證卵母細(xì)胞的改善和衰老的延緩，為保護(hù)女性的生殖健康提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 動(dòng)物：選用雌性SD大鼠(3周齡)并具有正常動(dòng)情周期，訂購(gòu)于上海維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限責(zé)任公司，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK(滬)2017-0011。隨機(jī)分組后飼養(yǎng)于上海中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置室內(nèi)溫度20～25 ℃、自然光照、噪音80分貝以下，自由進(jìn)食飲水。該實(shí)驗(yàn)動(dòng)物經(jīng)上海中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物倫理委員會(huì)通過(guò)，倫理編號(hào)：2023-AR-004。

1.1.2 主要藥物：二至丸組方：墨旱蓮、女貞子各10 g，均訂購(gòu)于上海青山中藥飲片公司。常規(guī)水煎液煎制并濃縮成浸膏，最后計(jì)算藥液含總生藥量為1 g/mL。

1.1.3 主要試劑：透明質(zhì)酸酶(H3506)：美國(guó) Sigma-Aldrich公司；ROS檢測(cè)試劑盒(210812)：美國(guó)Thermo Fisher公司；ATP檢測(cè)試劑盒(0180125)：美國(guó) Life Technologies公司；hCG(20191226)：北京博士德生物；PMSG(20201316)：美國(guó)Sigma-Aldrich公司；過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α(PGC-1α)抗體、視神經(jīng)萎縮蛋白1(OPA1)抗體、PTEN誘導(dǎo)蛋白激酶1(PINK1)抗體、β-肌動(dòng)蛋白抗體和HPR標(biāo)記的山羊抗兔單抗(批號(hào)分別為GR142564、GR131331、GR121882、GR68023514、A20160112)：美國(guó)Santa Cruz公司；RIPA試劑(15687)：北京普利萊基因；BCA蛋白檢測(cè)試劑盒(R0016)：北京聯(lián)科生物；硝化纖維素膜(170-4156)：美國(guó)Bio-Rad公司；ECL顯影液(RPN418)：美國(guó)Amersham公司。

1.1.4 主要儀器：分析天平(美國(guó)賽多利斯)；Smartplus-N30VF純水儀；上海力康HF90型CO2培養(yǎng)箱；超凈工作臺(tái)(蘇凈安泰)；Mini Protean 3 Cell 型電泳槽；低溫超速離心機(jī)(美國(guó)EPPENDORF公司)；蛋白電泳儀(美國(guó)賽默飛)；凝膠成像分析系統(tǒng)(美國(guó)伯樂(lè)公司)；EM-30AX電鏡(美國(guó)庫(kù)塞姆公司)；熒光顯微鏡(德國(guó)LEICA公司SP5-DMI6000-DIC)。

1.2 方法

1.2.1 分組及給藥：根據(jù)周齡隨機(jī)分組為青年組對(duì)照組(8周齡)、老年組對(duì)照組(20周齡)、二至丸高劑量組(3 g·kg-1·d-1)和低劑量組(1 g·kg-1·d-1)[9]，每組20只。青年對(duì)照組自然生長(zhǎng)，不進(jìn)行干預(yù)；二至丸高劑量組和低劑量組每日7-8點(diǎn)間采用灌胃的方式給藥；老年對(duì)照組以同樣的方式給予生理鹽水，劑量30 mL·kg-1·d-1。每日1次，連續(xù)30 d。

1.2.2 收集大鼠卵母細(xì)胞：每組在灌胃干預(yù)結(jié)束后進(jìn)行腹腔注射孕馬血清促性腺激素(PMSG)10 IU，2 d后腹腔注射人絨毛膜促性腺激素(hCG)15 IU促進(jìn)排卵[10]，14～16 h后將SD大鼠以吸入乙醚的方式進(jìn)行麻醉，70%酒精腹部消毒后，在無(wú)菌條件下切開(kāi)腹部取SD大鼠卵巢組織，放置PBS液中，反復(fù)清洗3次，解剖顯微鏡下找到卵泡并用無(wú)菌注射針刺破，將卵母細(xì)胞游離出來(lái)，放置含有3 mg/mL透明質(zhì)酸酶的DMEM液中，將透明質(zhì)酸酶除去后獲取卵細(xì)胞，放至DMEM培養(yǎng)基中。

1.2.3 測(cè)定ATP含量：采用生物發(fā)光檢測(cè)試劑盒測(cè)定卵母細(xì)胞ATP含量，根據(jù)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。每組10個(gè)，單個(gè)置于96孔板不同孔中，用裂解液進(jìn)行裂解，用微量測(cè)光儀迅速測(cè)定其產(chǎn)生的光量，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后計(jì)算出卵母細(xì)胞的ATP含量。

1.3 電鏡觀察線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)及數(shù)目 卵母細(xì)胞用3%戊二醛固定后置于4 ℃固定24 h，用預(yù)冷的PBS浸洗3 min×3次，再次加入3%戊二醛固定2 h，乙醇脫水，EMBed 812包埋固定。置電鏡下觀測(cè)并拍照，根據(jù)文獻(xiàn)[10]計(jì)算得出細(xì)胞內(nèi)線粒體數(shù)量。

1.4 活性氧(ROS)的測(cè)定 測(cè)定卵母細(xì)胞的ROS，把2’，7’-二氯二氫熒光素二乙酸酯(DCHFDA)溶解于二甲基亞砜中制備的儲(chǔ)備液中，置于-20 ℃的暗盒中保存。使用前1 h稀釋至0.01 mmol·L-1，染色卵母細(xì)胞15 min。PBS充分浸洗5 min×3次，離心重懸后充分覆蓋載玻片上，徠卡激光共聚焦顯微鏡下488 nm激發(fā)獲得熒光，進(jìn)行觀察并拍照。

1.5 Western Blot測(cè)定PGC-1α、OPA1及PINK1蛋白的表達(dá) 將100個(gè)卵母細(xì)胞與300 μLRIPA裂解液混合，離心12 000×15 min，取上清，在95 ℃下變性10 min。然后蛋白進(jìn)行電泳分離，將分離的多肽進(jìn)行轉(zhuǎn)膜，用2%BSA封閉1 h。TBS-T浸洗3 min×3次，分別加入一抗PGC-1α(1∶350)、OPA1(1∶350)、PINK1(1∶400)以及內(nèi)參β-actin(1∶3 000)，4 ℃孵育過(guò)夜。過(guò)夜后TBS-T洗滌5 min×3次，加抗兔二抗(1∶5 000)室溫下孵育1 h，TBS-T洗滌3 min×3次，用顯影液對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，灰度掃描，利用軟件ImageJ計(jì)算OD值，分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果

2.1 二至丸對(duì)各組細(xì)胞內(nèi)ATP含量的影響 結(jié)果顯示老年對(duì)照組ATP含量降低，與青年對(duì)照組對(duì)比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。證實(shí)隨著年齡增加，卵巢內(nèi)卵母細(xì)胞的能量合成是減少的。老年對(duì)照組經(jīng)過(guò)二至丸的治療，不論高劑量還是低劑量均提高了衰老細(xì)胞內(nèi)的ATP含量(P<0.05)，證實(shí)二至丸可以提高卵母細(xì)胞合成ATP的能力。詳見(jiàn)表1。

表1 二至丸對(duì)各組卵母細(xì)胞ATP含量的影響

2.2 二至丸對(duì)各組卵母細(xì)胞線粒體形態(tài)、數(shù)量的影響 從結(jié)果得知，老年對(duì)照組的線粒體：形態(tài)模糊辨認(rèn)不清，特別是線粒體嵴，數(shù)目也減少(詳見(jiàn)圖1)，與青年對(duì)照組對(duì)比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，說(shuō)明衰老的過(guò)程中線粒體的數(shù)目和質(zhì)量都在隨著下降。和老年對(duì)照組比較，二至丸高、低劑量治療組線粒體數(shù)目均增高，形態(tài)結(jié)構(gòu)改善。表明二至丸可以改善衰老卵母細(xì)胞線粒體的形態(tài)，使線粒體的數(shù)量增加。詳見(jiàn)表2、圖1。

注：A.青年對(duì)照組；B.老年對(duì)照組；C.二至丸低劑量組；D.二至丸高劑量組

表2 二至丸對(duì)各組細(xì)胞內(nèi)線粒體數(shù)量的影響

2.3 二至丸對(duì)各組細(xì)胞內(nèi)ROS的影響 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，老年對(duì)照組與青年對(duì)照組比較起來(lái)，細(xì)胞ROS增高(P<0.05)，這表明隨著衰老線粒體產(chǎn)生ROS增多。二至丸用藥組和老年對(duì)照組比較，高、低劑量組均可降低衰老卵母細(xì)胞的ROS產(chǎn)生(P<0.05)。這表明，二至丸可以減低老年大鼠線粒體內(nèi)ROS的產(chǎn)生，改善線粒體的有氧氧化。詳見(jiàn)圖2、表3。

注：A.青年對(duì)照組；B.老年對(duì)照組；C.二至丸低劑量組；D.二至丸高劑量組

表3 二至丸對(duì)各組大鼠卵母細(xì)胞ROS的影響

2.4 二至丸對(duì)各組PGC-1α、OPA1和PINK1蛋白表達(dá)的影響 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，老年對(duì)照組和青年對(duì)照組相比，線粒體蛋白PGC-1α、OPA1及PINK1的表達(dá)量下降(P<0.05)，而這些蛋白都和線粒體的動(dòng)力過(guò)程有關(guān)，說(shuō)明線粒體的動(dòng)力過(guò)程隨著年齡的衰老而下降。與老年對(duì)照組比，二至丸低、高劑量組都提高了衰老細(xì)胞內(nèi)的PGC-1α、OPA1和PINK1的蛋白表達(dá)(P<0.05)，說(shuō)明二至丸可以改善衰老卵母細(xì)胞線粒體的動(dòng)力過(guò)程。詳見(jiàn)表4、圖3。

注：A.青年對(duì)照組；B.老年對(duì)照組；C.二至丸低劑量組；D.二至丸高劑量組

表4 二至丸對(duì)各組細(xì)胞內(nèi)PGC-1α、OPA1及PINK1蛋白表達(dá)的影響

3 討論

從生理發(fā)育的角度證實(shí)卵泡的生長(zhǎng)發(fā)育需要大量的能量，卵母細(xì)胞的發(fā)育需要經(jīng)過(guò)形態(tài)和功能的改變，不斷合成細(xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)，分泌激素等，都需要能量的供給，但能量的來(lái)源幾乎全部來(lái)自于線粒體的有氧氧化。相比其他細(xì)胞，卵母細(xì)胞需要更多的能量以維持生理功能，導(dǎo)致能量代謝強(qiáng)度增大，線粒體易受損。一旦線粒體的功能出現(xiàn)障礙，細(xì)胞內(nèi)能量就會(huì)減少，導(dǎo)致生理功能障礙，同時(shí)闡釋了為什么女性生殖系統(tǒng)是最早表現(xiàn)出衰老的系統(tǒng)[11]。若改善線粒體的功能，如使用藥物或通過(guò)微注射更換線粒體，可以逆轉(zhuǎn)衰老的卵母細(xì)胞，延緩整個(gè)機(jī)體的衰老[12]，說(shuō)明線粒體在衰老過(guò)程中是不可缺少的。

線粒體是一個(gè)細(xì)胞器，是動(dòng)態(tài)的，是通過(guò)自我分裂不斷生成新的線粒體，經(jīng)過(guò)融合形成大的線粒體，再重新分裂成兩個(gè)新的，將嚴(yán)重受損的線粒體進(jìn)行自我吞噬、清除，整個(gè)過(guò)程可使線粒體的結(jié)構(gòu)和功能得以保持完整，控制線粒體的質(zhì)和量。但受PGC-1α調(diào)控，調(diào)控線粒體增生；OPA1位于線粒體內(nèi)膜上，調(diào)控線粒體的融合；PINK1調(diào)控線粒體的自我吞噬，當(dāng)線粒體受到損害時(shí)被激活，與E3泛素連接酶結(jié)合，激活自我吞噬，清除喪失功能的線粒體。上述三個(gè)蛋白的變化代表著線粒體動(dòng)力功能的狀態(tài)[13-14]。

本研究發(fā)現(xiàn)，老年大鼠卵母細(xì)胞線粒體數(shù)目少，形態(tài)發(fā)生改變，ATP含量減少，而ROS生成增多，線粒體動(dòng)力過(guò)程相關(guān)蛋白下降，隨著年齡的增長(zhǎng)，機(jī)體能量代謝呈下降趨勢(shì)，線粒體功能也隨之下降。本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致[15-16]，進(jìn)一步印證線粒體功能下降是導(dǎo)致機(jī)體衰老的主要機(jī)制之一。通過(guò)PGC-1α、OPA1和PINK1的蛋白表達(dá)均明顯下調(diào)[16-17]，分析在老年對(duì)照組中的卵母細(xì)胞有不同程度的下降，推測(cè)線粒體的動(dòng)力過(guò)程出現(xiàn)某種程度的損害，導(dǎo)致新線粒體生成、融合、老化及受損的線粒體的清除都出現(xiàn)了障礙，一旦衰老的卵母細(xì)胞內(nèi)線粒體的含量減少，形態(tài)也隨之發(fā)生變化[17]。

二至丸來(lái)源于明代吳旻輯的《扶壽精方》，在《醫(yī)便》中的二至丸即是女貞丹。根據(jù)冬至之時(shí)采取女貞子和夏至之日收割墨旱蓮由來(lái)，制成丸藥，故稱為二至丸。女貞子性平，味甘苦，偏涼，入肝腎之經(jīng)，有補(bǔ)益肝腎、滋陰補(bǔ)血和清肝明目作用；墨旱蓮性涼且甘酸，具備涼血止血、養(yǎng)陰烏發(fā)和祛濕止癢的功效。女貞子與墨旱蓮性平和，兩者配伍，相須為用，補(bǔ)肝腎之經(jīng)，治肝腎陰虛所致耳鳴、頭暈、目昏和崩漏等[18]。二至丸經(jīng)過(guò)藥理分析得知其藥理成分，研究得知其成份槲皮素、木犀草素、刺槐素和山奈酚有抗氧化、抗炎、抗血小板聚集及保護(hù)神經(jīng)等多種作用[19]；證實(shí)槲皮素又是一種黃酮類化衍生物，在卵巢早衰小鼠的卵泡生長(zhǎng)至成熟的過(guò)程中有增加免疫的功效，抵抗由免疫低下引起的卵巢炎癥，同時(shí)促進(jìn)卵泡的生長(zhǎng)發(fā)育至成熟并排卵[20-21]，研究證實(shí)減少卵巢顆粒細(xì)胞的凋亡是因木犀草素抑制TNF-α和IL-6的作用[22-23]。促進(jìn)卵巢顆粒細(xì)胞分泌雌二醇是由于女貞子中的β-谷甾醇在發(fā)揮作用，屬于植物性甾醇[24]。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二至丸高低劑量均能夠改善衰老卵母細(xì)胞的線粒體數(shù)量和質(zhì)量，增強(qiáng)ATP合成能力，減少ROS的產(chǎn)生，從而提高線粒體的功能。二至丸改善卵母細(xì)胞線粒體功能是通過(guò)上調(diào)PGC-1α、OPA1和PINK1蛋白的表達(dá)，證實(shí)二至丸調(diào)控線粒體的動(dòng)力過(guò)程，加速其新陳代謝。

綜上所述，二至丸可以促進(jìn)衰老卵母細(xì)胞內(nèi)線粒體的有氧氧化，促進(jìn)ATP的產(chǎn)生，促進(jìn)線粒體調(diào)控蛋白的表達(dá)，改善線粒體的新陳代謝，為二至丸治療和改善女性卵巢早衰和卵巢老化提供新的治療思路及分子生物的機(jī)制。