安石榴苷對中波紫外線誘導HaCaT細胞光損傷的預防作用研究

楊明美 馬月紅 李鎖 王仕忠 郭盛華

安石榴苷對中波紫外線誘導HaCaT細胞光損傷的預防作用研究

楊明美 馬月紅 李鎖 王仕忠 郭盛華

目的探討安石榴苷對中波紫外線(UVB)誘導角質形成細胞損傷的保護機制。方法培養(yǎng)的HaCaT細胞分為空白對照組、安石榴苷組、UVB組、安石榴苷+UVB組。噻唑藍(MTT)法檢測細胞增殖能力,Hoechst/碘化丙錠(PI)染色和流式細胞儀檢測細胞凋亡,RT-PCR法測定金屬基質蛋白酶1(MMP1)及其組織抑制因子1(TIMP1)mRNA表達水平,Western印跡檢測絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路相關蛋白P38、JNK、ERK的磷酸化水平變化。結果MTT試驗示,10～40 μmol/L安石榴苷對UVB誘導的HaCaT細胞損傷有較佳的預保護作用。UVB組HaCaT細胞強Hoechst和強PI雙染細胞較空白對照組增多,安石榴苷+UVB組較UVB組減少。流式細胞儀分析,UVB組凋亡細胞百分率(9.82%±0.11%)高于空白對照(1.24%±0.91%,P＜0.01),而安石榴苷(10、20、40 μmol/L)+UVB組凋亡細胞百分率(分別為6.38%±0.14%、5.24%±0.17%、3.77%±0.11%)較UVB組低,差異有統(tǒng)計學意義(均P＜0.01)。UVB組MMP1 mRNA相對表達量(12.376±0.602)高于空白對照組(1.007±0.147,P＜0.01),而TIMP1 mRNA相對表達量(0.103±0.006)低于空白對照組(1.006±0.139,P＜0.01),安石榴苷組MMP1及TIMP1 mRNA與空白對照組比較,差異無統(tǒng)計學意義(均P＞0.05)。安石榴苷預處理的HaCaT細胞經(jīng)30 mJ/cm2UVB照射后MMP1 mRNA相對表達量較UVB組降低(均P＜0.01),而TIMP1 mRNA較UVB組升高(均P＜0.01)。Western印跡示,經(jīng)UVB照射后,HaCaT細胞p-ERK、p-JNK及p-p38表達升高(均P＜0.01)。安石榴苷組HaCaT細胞p-ERK、p-JNK及p-p38表達沒有明顯改變(P＞0.05),而安石榴苷+UVB組有不同程度下降(均P＜0.01)。結論安石榴苷對UVB引起HaCaT細胞損傷有一定的預防作用。

角蛋白細胞;紫外線;基質金屬蛋白酶1;細胞外信號調(diào)節(jié)MAP激酶類;安石榴苷;基質金屬蛋白酶抑制因子

石榴提取物中的活性成分有著廣泛的生物學效應,其對人體的藥理作用主要體現(xiàn)在抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒、抗紫外線損傷以及改善代謝綜合征等方面[1-3],這些作用主要與石榴中含有的安石榴苷、沒食子酸等酚類、鞣花單寧以及尿石素等成分有關[2,4],而安石榴苷是石榴提取物中主要活性成分。我們檢測了安石榴苷對中波紫外線(UVB)照射后HaCaT細胞凋亡的影響,觀察安石榴苷單獨或聯(lián)合UVB照射對金屬基質蛋白酶1(MMP1)、組織抑制因子1(TIMP1)以及絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路相關分子磷酸化的影響,探討安石榴苷預防UVB誘導的角質形成細胞凋亡的作用。

材料與方法

一、材料

UVB輻照儀為德國Waldmann Medizintechnik公司產(chǎn)品,波長280～320 nm,照射強度1.35 mW/cm2。安石榴苷為美國Sigma公司產(chǎn)品,純度≥98%。HaCaT細胞株購于中國科學院細胞庫。噻唑藍(MTT)、RPMI 1640培養(yǎng)基、0.25%胰酶、胎牛血清均為美國Gibco公司產(chǎn)品。細胞凋亡壞死試劑盒(Hoechst和PI染色)為上海碧云天生物技術有限公司產(chǎn)品。Annexin V/PI凋亡檢測試劑盒為美國BD公司產(chǎn)品。Trizol為美國Invitrogen公司產(chǎn)品。cDNA第一鏈合成試劑盒、Taq酶為美國Thermo Fisher公司產(chǎn)品。SYBR Green試劑盒為日本Toyobo公司產(chǎn)品。p-JNK(T183/Y185)、p-P38(T180/Y182)、p-ERK(T202/Y204)、Akt、JNK、P38MAPK 抗 體 均 為 美 國CST公司產(chǎn)品。β肌動蛋白、羊抗兔二抗、全蛋白抽提試劑盒,ECL檢測試劑盒為南京凱基生物科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

二、方法

1.實驗分組及設置:安石榴苷溶于二甲基亞砜溶液(DMSO)中制成1 000 mmol/L儲存液,-20℃保存,臨用時用新鮮培養(yǎng)基調(diào)至終濃度為5、10、20、40、80 μmol/L,DMSO終濃度0.1%(v/v),不加安石榴苷組加入含同等濃度DMSO的培養(yǎng)基,實驗分為空白對照組(不加入安石榴苷,不照射UVB)、安石榴苷組、UVB組、安石榴苷 +UVB組。加藥組細胞經(jīng)安石榴苷處理24 h后行UVB照射。

2.細胞培養(yǎng)及UVB照射:HaCaT細胞用含10%小牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h后,吸去培養(yǎng)皿內(nèi)的培養(yǎng)液,磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌1次,加入0.5 ml或2 ml PBS,置于UVB輻照儀下,照射劑量為30 mJ/cm2,照射結束后吸去PBS,加入無血清培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)。

3.MTT法檢測HaCaT細胞活性:將傳代細胞調(diào)整至1×104～2×104/ml后接種入96孔培養(yǎng)板,每孔150 μl,每一處理因素設立3個復孔。長至60%細胞融合后對各組細胞進行處理,再置37℃5%CO2條件下繼續(xù)培養(yǎng)24 h。每孔加入10 μl MTT溶液(5 g/L),在37℃、5%CO2下孵育2 h后棄上清液,加入DMSO 100 μl/孔溶解,置酶標儀于490 nm波長測吸光度(A值)。

4.Hoechst和PI染色:經(jīng)過步驟2處理,將細胞繼續(xù)培養(yǎng)12 h后,吸盡培養(yǎng)液,PBS漂洗3次,加1 ml細胞染色緩沖液,依次加入5 μl Hoechst染液和5 μl PI染液,混勻,4℃孵育30 min,置熒光顯微鏡下觀察。正常細胞呈現(xiàn)弱藍色熒光或伴有弱紅色熒光,凋亡或壞死細胞呈現(xiàn)強藍色和強紅色熒光。

5.Annexin V-FITC和PI標記細胞后流式細胞儀檢測:經(jīng)過步驟2處理后,細胞繼續(xù)培養(yǎng)12 h,用0.25%胰酶消化液(不含EDTA)消化后收集細胞懸液,離心,棄上清,預冷PBS漂洗3次,加100 μl緩沖液混勻后吸入流式細胞儀上樣管,依次加入5 μl Annexin和5 μl PI,搖勻,室溫避光孵育15 min,每管加入400 μl緩沖液,上機。單標記Annexin VFITC細胞亞群處于早期凋亡,雙標記Annexin VFITC和PI為中晚期凋亡,單標記PI為壞死。

6.實時PCR檢測:步驟2處理后,將細胞在培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)6 h,使用Trizol法提取細胞總RNA,逆轉錄試劑盒合成第一鏈cDNA。按SYBR Green熒光定量檢測試劑盒說明書進行定量檢測,終體系為20 μl,引物序列及產(chǎn)物大小見表1。反應條件為95℃5 min,95℃15 s,60℃30 s,72℃30 s,40個循環(huán)。所有樣品的目的基因和GAPDH進行熒光定量 PCR 反應,分別取得 Ct值,采用 2-ΔΔCt方法分析樣品各基因的相對表達差異。

7.Western印跡:步驟2處理后,將細胞在培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)1 h,收集細胞前徹底吸除培養(yǎng)液,冷PBS洗1次后,加入150 μl含有蛋白酶抑制劑的細胞裂解液,在冰上操作收獲細胞,Bradford法測定蛋白濃度后進行12%聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDSPAGE)和轉膜(PVDF)。PVDF膜常溫下5%牛血清白蛋白(BSA)封閉1 h后,加入一抗(1∶1 000),4℃搖床過夜,磷酸鹽吐溫緩沖液(PBST)洗滌3次,每次5 min。然后加入二抗(1∶2 000),常溫下作用1 h,PBST洗滌3次,每次5 min。然后ECL發(fā)光、壓片。應用生物圖像分析軟件Gel-Pro32分析各樣本的蛋白水平,以β肌動蛋白作為內(nèi)參照。

表1 定量PCR檢測的引物序列及產(chǎn)物大小

結 果

一、安石榴苷對HaCaT細胞活性的影響以及對UVB的預防作用

MTT法檢測各組細胞活性,空白對照組A值為0.824±0.014,UVB 組為 0.410±0.023,5、10、20、40、80 μmol/L 安石榴苷組分別為 0.824±0.008、0.827±0.016、0.824±0.009、0.825±0.010、0.820±0.008。 5、10、20、40、80 μmol/L 安石榴苷 +UVB 組分別為0.449±0.007、0.497±0.012、0.591±0.020、0.720±0.046、0.457±0.015。與空白對照組比較,UVB組細胞活性顯著降低(P＜0.01),而安石榴苷組與空白對照組細胞活性差異無統(tǒng)計學意義;與UVB組比較,5～80 μmol/L安石榴苷 +UVB組的細胞活力有不同程度上升(均P＜0.05),其中10～40 μmol/L安石榴苷有較佳的預保護作用(均P＜0.01),故后續(xù)試驗采用了 10、20、40 μmol/L 作為預處理濃度。

二、凋亡相關檢測

1.Hoechst和PI染色:UVB組HaCaT細胞凋亡水平較空白對照組增加。安石榴苷+UVB組凋亡細胞較UVB組減少。見圖1。

圖1 Hoechst和PI染色觀察HaCaT細胞凋亡 空白對照組(1a)和安石榴苷組(1b～1d)細胞呈淡藍色伴有淡紅色熒光,UVB組(1e)出現(xiàn)部分強藍色強紅色雙染細胞,安石榴苷+UVB組(1f～1h)強藍色強紅色細胞減少,凋亡水平減低。1a:空白對照;1b:10 μmol/L安石榴苷;1c:20 μmol/L 安石榴苷;1d:40 μmol/L 安石榴苷;1e:UVB;1f:10 μmol/L 安石榴苷 +UVB;1g:20 μmol/L 安石榴苷 +UVB;1h:40 μmol/L 安石榴苷+UVB

2.Annexin V-FITC和PI標記細胞后流式細胞儀分析:凋亡細胞百分率為早期凋亡+晚期凋亡細胞群比例(即Q2+Q4群細胞百分比)。安石榴苷(10、20、40 μmol/L)組與空白對照組比較,差異無統(tǒng)計學意義(均P＞0.05),UVB組凋亡細胞百分率明顯高于空白對照組(P＜0.01),而安石榴苷(10、20、40 μmol/L)+UVB組凋亡細胞百分率與UVB組比較有不同程度降低,差異有統(tǒng)計學意義(均P＜0.01),見表 2。

三、RT-PCR測定 MMP1 mRNA及 TIMP1 mRNA的表達

UVB組MMP1 mRNA相對表達量明顯高于空白對照組(P＜ 0.01), 空白對照組與 10、20、40 μmol/L安石榴苷組比較差異無統(tǒng)計學意義(F=0.42,P＞0.05)。UVB 組與 10、20、40 μmol/L安石榴苷 +UVB組MMP1 mRNA相對表達量組間比較差異有統(tǒng)計學意義(F=270.71,P＜0.01),分別與UVB組比較(Dunnett-t檢驗),均P＜0.01,見表2。

UVB組TIMP1 mRNA相對表達量明顯低于空白對照組(P＜ 0.01),空白對照組與 10、20、40 μmol/L安石榴苷組組間比較差異無統(tǒng)計學意義(F=1.35,P＞ 0.05)。UVB組與10、20、40 μmol/L安石榴苷 +UVB組間比較差異有統(tǒng)計學意義(F=1053.21,P＜0.01),各組間經(jīng)Dunnett-t檢驗,均P＜0.01,見表2。

四、HaCaT細胞MAPK信號通路在安石榴苷保護下經(jīng)UVB的激活和變化

UVB組與空白對照組比較,HaCaT細胞總ERK、JNK及p38未見明顯改變,磷酸化ERK、JNK及p38表達均升高。 10、20、40 μmol/L 安石榴苷組HaCaT 細胞磷酸化ERK、JNK及p38表達無明顯改變,而10、20、40 μmol/L安石榴苷+UVB組細胞磷酸化ERK、JNK及p38表達均有不同程度下降,見圖2。

圖2 HaCaT細胞MAPK信號家族在安石榴苷和UVB作用下表達的變化

表2 安石榴苷及UVB照射對HaCaT細胞凋亡率、MMP1和TIMP1 mRNA表達的影響(±s)

表2 安石榴苷及UVB照射對HaCaT細胞凋亡率、MMP1和TIMP1 mRNA表達的影響(±s)

注:n=3;a:與空白對照組比較,P＞0.05;b:與空白對照組比較,P＜0.01;c:與UVB組比較,P＜0.01

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討 論

石榴提取物具有明確的光保護作用[5],安石榴苷是石榴提取物中的主要有效單體成分[6]。

本實驗結果顯示,5～80 μmol/L安石榴苷單獨處理對細胞活性無影響,而同等濃度的安石榴苷在一定程度上可減輕UVB照射對HaCaT細胞的損傷,其中10～40 μmol/L安石榴苷有較佳的預防UVB光損傷的能力,5～40 μmol/L安石榴苷的防光能力隨濃度增高而增強,而80 μmol/L安石榴苷防光能力較弱,推測可能安石榴苷濃度過高,影響了細胞增殖。30 mJ/cm2UVB照射可誘使HaCaT細胞發(fā)生凋亡,安石榴苷預處理可明顯降低UVB照射所致的HaCaT細胞凋亡,表明安石榴苷可減輕UVB照射對HaCaT細胞的刺激損傷,但對細胞增殖作用的影響不明顯。

TIMP與MMP的平衡在細胞外基質的合成和降解中發(fā)揮作用,MMP1及TIMP1的表達失去平衡,可致膠原降解增加,引起光損傷的發(fā)生[7]。目前認為,UVB可誘導三個MAPK亞族激活,包括ERK、JNK和P38,誘導角質形成細胞凋亡[8]。本實驗中我們發(fā)現(xiàn),30 mJ/cm2UVB照射可以顯著增加MMP1 mRNA的水平,抑制TIMP1 mRNA的產(chǎn)生,導致了二者間動態(tài)平衡的改變,與Zaid等[9]的研究結果一致。30 mJ/cm2UVB組HaCaT細胞對MAPK信號家族有著不同程度的激活作用,與Rattan等[8]研究相符。安石榴苷預處理再照UVB的HaCaT細胞 MMP1、TIMP1表達量變化以及MAPK信號通路標記物較UVB組明顯有差異,而安石榴苷組對這些指標沒有影響。Kaur和Saraf[10]研究發(fā)現(xiàn),許多草本提取物具有很強的紫外線吸收能力;Kapoor和Saraf[11]研究證實,石榴皮提取物是強效遮光劑,因此我們推測,安石榴苷可能是通過對紫外線的吸收作用減少紫外線對細胞的損害,但是UVB致細胞凋亡的信號傳導通路是一個復雜的過程,TIMP、MMP和MAPK雖然起著重要作用,但并不代表全部,安石榴苷是否還有其他的途徑影響細胞的凋亡進程還有待進一步探討。

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2013-10-11)

(本文編輯:吳曉初)

Preventive effects of punicalagin against ultraviolet B-induced damage to human HaCaT keratinocytes

Yang Mingmei*,Ma Yuehong,Li Suo,Wang Shizhong,Guo Shenghua.*Department of Dermatology,Changzhou No.2 People's Hospital Affiliated to Nanjing Medical University,Changzhou 213003,China

Guo Shenghua,Email:czeygsh@163.com

ObjectiveTo investigate the mechanisms underlying the protection by punicalagin against ultraviolet B(UVB)-induced damage to keratinocytes.MethodsCultured human HaCaT keratinocytes were divided into several groups:blank control group receiving no treatment,punicalagin groups treated with various concentrations of punicalagin,UVB group irradiated with UVB at 30 mJ/cm2,combination groups pretreated with different concentrations of punicalagin followed by UVB radiation at 30 mJ/cm2.The concentrations of punicalagin were 5,10,20,40 and 80 μmol/L in the cell proliferation assay,10,20 and 40 μmol/L in the other assays.After additional culture for different durations,methyl thiazolyl tetrazolium(MTT)assay was performed to evaluate the proliferation of HaCaT cells,Hoechst and propidium iodide(PI)staining as well as flow cytometry to detect the apoptosis in cells,reverse transcription-PCR to quantify the mRNA expressions of matrix metalloproteinase-1(MMP1)and tissue inhibitor of metalloproteinase-1(TIMP1)in HaCaT cells,Western blot to determine the phosphorylation levels of the mitogen-activated protein kinase(MAPK)pathway-related proteins including P38,JNK and ERK.Statistical analysis was carried out byttest,one-way analysis of variance,and Dunnett'st-test.ResultsAs the MTT assay showed,punicalagin at 10-40 μmol/L showed stronger pre-protective effects against UVB-induced damage to HaCaT cells compared with punicalagin at the other concentrations.The number of cells highly positive for both Hoechst and PI staining was larger in the UVB group than that in the blank control group,but smaller in the combination groups than in the UVB group.The percentage of apoptotic cells increased significantly in the UVB group compared with the blank control group(9.82%±0.11%vs.1.24%±0.91%,P＜0.01),but decreased significantly in the three combination groups(punicalagin(10,20 and 40 μmol/L)+UVB)compared with the UVB group(6.38%±0.14%,5.24%±0.17%and 3.77%±0.11%vs.9.82%±0.11%,allP＜0.01).The expression of MMP1 mRNA was significantly higher,but that of TIMP1 mRNA was significantly lower in the UVB group than in the blank control group(bothP＜0.01),whereas no statistically significant difference was observed in the expression of MMP1 or TIMP1 mRNA between the punicalagin groups and blank control group(allP＞0.05).The pretreatment with punicalagin significantly reduced the expression level of MMP1 mRNA(P＜0.01),but elevated that of TIMP1 mRNA(P＜0.01)in the combination groups compared with the UVB group.As Western blot showed,the phosphorylation levels of P38,JNK and ERK were markedly increased in the UVB group(allP＜0.01),but experienced no significant changes in the punicalagin groups(allP＞0.05)compared with the blank control group,and decreased to different degrees in the combination groups compared with the UVB group(allP＜0.01).ConclusionPunicalagin has a pre-protective effect on UVB-induced damage to HaCaT cells.

Keratinocytes;Ultraviolet rays;Matrix metalloproteinase 1;Extracellular signal-regulated MAP kinases;Punicalagin;Matrix metalloproteinase inhibitory factor

10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2014.07.008

213003江蘇常州,南京醫(yī)科大學附屬常州第二人民醫(yī)院皮膚科(楊明美、馬月紅、李鎖、郭盛華),中心實驗室(王仕忠)

郭盛華,Email:czeygsh@163.com