金愛花,常慧,張釗,葛乃嘉,全吉淑*,尹學(xué)哲*
1(延邊大學(xué)附屬醫(yī)院,吉林 延吉,133000)2(延邊大學(xué) 醫(yī)學(xué)院,吉林 延吉,133002)
肝損傷是指各種致病因素作用于肝組織而引起的肝細(xì)胞變性、壞死以及肝功能改變。活性氧(reactive oxygen species,ROS)自由基在不同形式的肝損傷過程中扮演了重要角色,而ROS引發(fā)的氧化應(yīng)激是肝細(xì)胞損傷的重要因素,是包括肝損傷在內(nèi)的多種肝臟疾病發(fā)生的病理基礎(chǔ)。當(dāng)肝細(xì)胞內(nèi)ROS過剩時,其引發(fā)的氧化應(yīng)激容易使細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)等生物分子發(fā)生改變,導(dǎo)致肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損傷,最終誘發(fā)肝細(xì)胞死亡[1-2]。H2O2是一類小分子活性氧,易溶于水和穿透細(xì)胞膜,是常見的細(xì)胞氧化損傷劑[3];其能夠誘導(dǎo)肝細(xì)胞DNA損傷,導(dǎo)致受損基因表達(dá)發(fā)生改變,同時還可誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)損傷[4]。當(dāng)肝細(xì)胞損傷較輕時不僅不會造成肝細(xì)胞死亡,在抗氧化劑作用下肝細(xì)胞的這些損傷還有可能被修復(fù)[4-5]。草蓯蓉多糖(Boschniakiarossicapolysaccharides,BRP)是草蓯蓉全草中最為豐富的重要活性成分,無毒,具有較強(qiáng)的抗氧化及免疫調(diào)節(jié)活性,在多種疾病的防治中發(fā)揮重要作用[6-8]。課題組研究發(fā)現(xiàn),BRP對HepG2細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷具有抑制作用,且抑制HepG2細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的激活[9]。HepG2細(xì)胞雖具有肝實質(zhì)細(xì)胞的部分特征,但畢竟是肝癌細(xì)胞,其生長規(guī)律和生物學(xué)功能與正常肝細(xì)胞可能有些差異[10-11]。因此,有可能不能完整體現(xiàn)正常肝實質(zhì)細(xì)胞受到損傷時的實際情況。HL-7702細(xì)胞,又稱L02細(xì)胞,是永生化的人正常肝細(xì)胞,可連續(xù)傳代,并在多次傳代中仍能保持正常肝實質(zhì)細(xì)胞原有生化和生理特征,是體外肝細(xì)胞研究的理想細(xì)胞系,常用于肝細(xì)胞毒性的細(xì)胞學(xué)研究中[12-13]。
本研究以H2O2為誘導(dǎo)劑,HL-7702人正常肝細(xì)胞株為研究對象,建立肝細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷模型,分別從增殖、凋亡以及相關(guān)信號通路等方面,探討B(tài)RP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞損傷的保護(hù)作用以及相關(guān)作用機(jī)制,為其在保肝方面的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
BRP,由延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室制備,多糖含量為97.4%,主要為分子質(zhì)量為4.9×104Da的中性多糖[6]。HL-7702細(xì)胞株,江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司;DMEM高糖培養(yǎng)基、胎牛血清,以色列BI公司;胰蛋白酶,美國西格瑪公司;CCK-8試劑盒,北京莊盟國際生物基因科技有限公司;乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)測試盒、丙二醛(malondialdelyde,MDA)測試盒,南京建成生物科技有限公司;Hoechst33342染色液、原位末端標(biāo)記(TdT-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)細(xì)胞凋亡測試盒,上海碧云天生物技術(shù)有限公司;小鼠p53、多聚ADP核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)抗體以及兔Bcl-2、Bax、Bak、細(xì)胞色素c(cytochrome c,Cyto c)、Caspase-3、c-Jun N末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、p-JNK、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,p38)、p-p38、p-ERK、NF-κB抗體,美國賽信通公司;兔β-actin抗體、兔抗小鼠二抗、山羊抗兔二抗,美國西格瑪公司。
CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱,美國Shellab公司;超聲波細(xì)胞粉碎機(jī),寧波新芝生物科技有限公司;酶標(biāo)分析儀,深圳雷杜公司;冷凍離心機(jī),德國艾本德公司;垂直板電泳儀、轉(zhuǎn)印槽,美國伯樂公司;全自動化學(xué)成像分析系統(tǒng),上海培清科技有限公司。
將BRP用無血清的DMEM培養(yǎng)基配成質(zhì)量濃度為400 mg/L的儲液,過濾除菌,貯于4 ℃?zhèn)溆谩?/p>
HL-7702細(xì)胞用DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清、100 μg/mL鏈霉素、100 U/mL青霉素)在體積分?jǐn)?shù)5% CO2、飽和濕度條件下常規(guī)培養(yǎng)[9,13]。待HL-7702細(xì)胞達(dá)到80%以上融合度時,用胰酶消化并傳代[9,13]。
取HL-7702細(xì)胞接種于96孔板中,每孔接種密度為2×105個/mL[9,13]。放置24 h待HL-7702細(xì)胞貼壁后,換成含BRP培養(yǎng)液,使BRP質(zhì)量濃度分別為0、25、50、100、200和400 mg/L,繼續(xù)培養(yǎng)12 h。用CCK-8測試盒測定HL-7702細(xì)胞存活率,以細(xì)胞存活率≥95%為BRP安全使用劑量[14]。每組設(shè)6個復(fù)孔,實驗重復(fù)3次。

(1)
取HL-7702細(xì)胞接種于96孔板中,每孔接種密度為2×105個/mL[9,13]。培養(yǎng)24 h待HL-7702細(xì)胞貼壁。換入含H2O2(摩爾濃度分別為75、150、300、600和1 200 μmol/L)的無血清培養(yǎng)液,繼續(xù)培養(yǎng)6 h[9,13]。按測試盒操作步驟和方法,用CCK-8法檢測HL-7702細(xì)胞存活率。每組設(shè)6個復(fù)孔,實驗重復(fù)3次。
取HL-7702細(xì)胞接種于96孔板中,每孔接種密度為2×105個/mL[9,13]。培養(yǎng)24 h待HL-7702細(xì)胞貼壁。隨機(jī)分為正常組、模型組、BRP低劑量組和高劑量組(分別為BRP50組和BRP100組)。模型組HL-7702細(xì)胞先常規(guī)培養(yǎng)24 h待細(xì)胞貼壁后,于無血清培養(yǎng)液中培養(yǎng)12 h,加H2O2使其終摩爾濃度為300 μmol/L,繼續(xù)培養(yǎng)6 h;BRP低劑量組和高劑量組HL-7702細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)24 h,分別用含50和100 mg/L BRP的無血清培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)12 h,再用終摩爾濃度為300 μmol/L的H2O2損傷6 h;正常組則常規(guī)培養(yǎng)24 h,用無血清培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)12 h,再換無血清培養(yǎng)液培養(yǎng)6 h[9,13]。按測試盒操作步驟和方法,用CCK-8法檢測HL-7702細(xì)胞存活率,用微板法檢測細(xì)胞及培養(yǎng)液中LDH活性并計算LDH釋放率[13]。每組設(shè)6個復(fù)孔,實驗重復(fù)3次。
(2)
取HL-7702細(xì)胞接種于6孔板中,分組和處理同2.5。按測試盒操作步驟和方法,用硫代巴比妥酸法檢測細(xì)胞中MDA生成量[13,15]。
細(xì)胞凋亡的觀察采用Hoechst33342染色法及TUNEL染色法。取HL-7702細(xì)胞接種于6孔板中,分組和處理同2.5。細(xì)胞固定,分別加Hoechst33342染色液及TUNEL工作液孵育,封片后在熒光顯微鏡下觀察染色結(jié)果[16]。
取HL-7702細(xì)胞接種于100 mm培養(yǎng)皿中,分組和處理同2.5。分別提取細(xì)胞總蛋白、胞漿及核蛋白,并在SDS-PAGE上進(jìn)行電泳、分離蛋白質(zhì),并轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,封閉,敷一抗、二抗,ECL顯色,采集圖像并進(jìn)行灰度分析[9,15]。

為了研究BRP劑量對HL-7702細(xì)胞生長的影響,并確定BRP的安全使用劑量,觀察了不同質(zhì)量濃度BRP處理HL-7702細(xì)胞時細(xì)胞存活率的變化,結(jié)果如圖1所示。當(dāng)BRP質(zhì)量濃度在25~100 mg/L時,HL-7702細(xì)胞存活率均高于95%,對細(xì)胞生長的影響不明顯,可視為無顯著細(xì)胞毒性;而當(dāng)BRP質(zhì)量濃度在200~400 mg/L時,HL-7702細(xì)胞存活率低于95%,具有細(xì)胞毒性作用。因此,本實驗選定50和100 mg/L為后續(xù)研究中BRP干預(yù)的安全劑量。

圖1 BRP對HL-7702細(xì)胞存活率的影響Fig.1 Effect of BRP on viabilities of HL-7702 cells
H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激是肝細(xì)胞損傷的主要機(jī)制之一,可使肝細(xì)胞生成過量ROS,造成肝細(xì)胞損傷甚至死亡[13,15]。為了研究H2O2抑制HL-7702細(xì)胞生長的作用規(guī)律,找出誘導(dǎo)HL-7702細(xì)胞損傷的最佳使用劑量,觀察了不同質(zhì)量濃度H2O2處理HL-7702細(xì)胞時該細(xì)胞存活率的變化,結(jié)果如圖2所示。H2O2可顯著降低HL-7702細(xì)胞存活率,當(dāng)H2O2質(zhì)量濃度為300 μmol/L時,HL-7702細(xì)胞存活率約為42%,接近半數(shù)抑制率。因此,在后續(xù)的研究中,模型制備條件選定為300 μmol/L H2O2處理HL-7702細(xì)胞6 h。

圖2 H2O2對HL-7702細(xì)胞存活率的影響Fig.2 Effect of H2O2 concentration on viabilities of HL-7702 cells
BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞存活率的影響如圖3所示。BRP能夠提高H2O2損傷的HL-7702細(xì)胞存活率(P<0.05),當(dāng)BRP質(zhì)量濃度分別為50和100 mg/L時,HL-7702細(xì)胞存活率為80.3%和84.9%(P<0.05),比模型組增高26.2%和30.8%。但BRP低劑量組和高劑量組間差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖3 BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞存活率的影響Fig.3 Effect of BRP on cell viabilities of H2O2-induced HL-7702 cells注:與正常組比較,#P<0.05;與模型組比較,*P<0.05(下同)
細(xì)胞損傷或死亡過程中,肝細(xì)胞內(nèi)的重要胞內(nèi)酶如LDH,可釋放到細(xì)胞培養(yǎng)液中,造成培養(yǎng)液中LDH活性增高,因此可以由培養(yǎng)液中的LDH釋放率評價細(xì)胞受損或死亡程度[17]。BRP對HL-7702細(xì)胞培養(yǎng)液中LDH釋放率的影響如圖4所示。BRP能夠降低H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞培養(yǎng)液中LDH的釋放(P<0.05),當(dāng)BRP質(zhì)量濃度為50和100 mg/L時,培養(yǎng)液中LDH釋放率比模型組分別降低26.9%和32.8%,表明BRP能夠有效保護(hù)HL-7702細(xì)胞膜完整性。但BRP不同劑量組間的差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖4 BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞LDH 釋放的影響Fig.4 Effect of BRP on LDH release of H2O2-induced HL-7702 cells
用H2O2損傷肝細(xì)胞可使肝細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量ROS,并引發(fā)細(xì)胞膜脂質(zhì)的過氧化反應(yīng),細(xì)胞內(nèi)生成的MDA增多[18]。BRP對H2O2損傷的HL-7702細(xì)胞MDA水平的影響如圖5所示。BRP能夠降低H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞MDA的生成(P<0.05),當(dāng)BRP質(zhì)量濃度為50和100 mg/L時,MDA生成量與模型組比較分別降低0.32和0.43 μmol/μg,提示BRP預(yù)處理可降低HL-7702細(xì)胞氧化應(yīng)激水平。但BRP不同劑量組間的差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖5 BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞MDA水平的影響Fig.5 Effect of BRP on MDA levels in H2O2-induced HL-7702 cells
Hoechst染料是一種可穿過細(xì)胞膜的細(xì)胞核復(fù)染劑,與DNA結(jié)合后發(fā)出藍(lán)色熒光,常用于細(xì)胞凋亡檢測,以分辨凋亡細(xì)胞中固縮的細(xì)胞核[19]。Hoechst33342可使正常細(xì)胞核染上較淺的藍(lán)色熒光,而細(xì)胞發(fā)生凋亡時,其熒光強(qiáng)度會變強(qiáng)[20]。BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞Hoechst33342染色的影響如圖6所示。正常組HL-7702細(xì)胞核染色均勻且較淺;與正常組比較,模型組HL-7702細(xì)胞核熒光染色增強(qiáng),部分細(xì)胞核出現(xiàn)核固縮,這與前人報道一致[21];與模型組比較,BRP組HL-7702細(xì)胞核熒光染色減弱,凋亡細(xì)胞減少。

圖6 BRP對HL-7702細(xì)胞Hoechst33342染色的 影響(×100)Fig.6 Effect of BRP on Hoechst33342 staining of HL-7702 cells (×100)
TUNEL法為細(xì)胞凋亡檢測的“金標(biāo)準(zhǔn)”,可使凋亡細(xì)胞中斷裂DNA 3′-OH末端的被熒光素標(biāo)記的脫氧尿苷酸發(fā)出綠色熒光[22]。BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞凋亡的影響如圖7所示。與正常組比較,模型組發(fā)出綠色熒光的凋亡細(xì)胞明顯增多;與模型組比較,BRP組凋亡的HL-7702細(xì)胞明顯減少,提示BRP預(yù)處理可抑制H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞的凋亡。

圖7 BRP對H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞凋亡的 影響(×100)Fig.7 Effect of BRP on apoptosis of H2O2-induced HL-7702 cells (×100)
不同劑量BRP對損傷HL-7702細(xì)胞的保護(hù)作用,從細(xì)胞毒性、氧化應(yīng)激以及細(xì)胞凋亡等多個指標(biāo)上均不顯示顯著性差異,但在趨勢上高劑量組比低劑量組有優(yōu)勢,因此在后續(xù)的機(jī)制研究中,選100 mg/L為BRP干預(yù)劑量。BRP對H2O2誘導(dǎo)HL-7702細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響如圖8所示。與正常組比較,模型組HL-7702細(xì)胞漿Cyto c水平升高,細(xì)胞p53、Bak、Bax等促凋亡蛋白的表達(dá)上調(diào)(P<0.05),抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)下調(diào)(P<0.05),C-casp3及C-PARP水平升高(P<0.05);與模型組比較,BRP組HL-7702細(xì)胞漿Cyto c水平降低(P<0.05),促凋亡蛋白p53、Bak、Bax表達(dá)下調(diào)(P<0.05),抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)上調(diào)(P<0.05),C-casp3和C-PARP水平下降(P<0.05)。提示,BRP可能通過降低促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的比值而抑制H2O2誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡。

a-蛋白印跡結(jié)果;b-灰度比值結(jié)果圖8 BRP對HL-7702細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響Fig.8 Effect of BRP on expression of apoptosis-related proteins in HL-7702 cells
ROS能夠引起MAPK、NF-κB通路的激活[20]。BRP對H2O2誘導(dǎo)HL-7702細(xì)胞MAPK、NF-κB活化的影響如圖9所示。H2O2對HL-7702細(xì)胞ERK、JNK、p38、NF-κB總蛋白表達(dá)以及p38磷酸化無顯著影響(P>0.05),但上調(diào)HL-7702細(xì)胞ERK、JNK磷酸化以及NF-κB p65核轉(zhuǎn)移(P<0.05);而BRP顯著降低ERK、JNK磷酸化水平以及NF-κB p65核轉(zhuǎn)移水平(P<0.05)。提示,BRP可能是通過ERK、JNK及NF-κB通路來調(diào)控凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá),從而抑制H2O2致肝細(xì)胞凋亡的。

a-蛋白印跡結(jié)果;b-灰度比值結(jié)果圖9 BRP對HL-7702細(xì)胞MAPK、NF-κB激活的影響Fig.9 Effect of BRP on activation of MAPK and NF-κB in HL-7702 cells
肝細(xì)胞損傷是多種肝病的共同病理基礎(chǔ),而ROS引發(fā)的氧化應(yīng)激是造成肝細(xì)胞損傷的重要機(jī)制[4]。H2O2是實驗室常見的氧化應(yīng)激損傷劑,極易透過細(xì)胞膜對肝細(xì)胞造成損傷、甚至死亡[3-4]。本研究H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞損傷入手,運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)與分子藥理學(xué)方法,探討B(tài)RP對肝細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷的保護(hù)作用。結(jié)果表明,H2O2能夠降低HL-7702細(xì)胞存活率、升高LDH釋放率、升高細(xì)胞MDA水平,提示HL-7702細(xì)胞氧化損傷模型構(gòu)建成功。而安全劑量的BRP預(yù)處理HL-7702細(xì)胞后,BRP組HL-7702細(xì)胞存活率與模型組比較顯著增高,LDH釋放率和細(xì)胞MDA生成量顯著下降,細(xì)胞凋亡程度顯著減少,表明BRP能夠保護(hù)H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞損傷,抑制細(xì)胞凋亡。
線粒體是細(xì)胞內(nèi)最易受ROS攻擊的目標(biāo)之一,因此在H2O2誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡中處于重要地位[23]。而Bcl-2家族在線粒體途徑細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起著核心作用[24]。目前,Bcl-2家族蛋白中研究最多的主要有2種,一種是促凋亡蛋白,如Bak、Bax等,另外就是抗凋亡蛋白,如Bcl-2、Bcl-xL等,二者之間比例決定著損傷細(xì)胞走向生存或者死亡[24]。促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的比值增高則造成線粒體膜電位降低,促進(jìn)Cyto c從線粒體釋放入胞質(zhì),繼而激活下游的Caspase家族,形成Caspase 3活化片段#C-casp3,導(dǎo)致一系列凋亡特征性形態(tài)變化和生化改變,并切割其特異性底物PARP形成C-PARP,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[24-25]。而p53能介導(dǎo)DNA損傷后的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng),若損傷DNA修復(fù)失敗可與其他凋亡蛋白協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[26]。研究表明,BRP預(yù)處理能夠降低HL-7702細(xì)胞漿Cyto c水平,下調(diào)促凋亡蛋白p53、Bak、Bax表達(dá),上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá),降低C-casp3和C-PARP水平。提示,BRP可能是通過調(diào)控p53以及Bcl-2家族蛋白來抑制H2O2致HL-7702細(xì)胞凋亡的。MAPK是肝細(xì)胞內(nèi)促細(xì)胞增殖和傳遞應(yīng)激信號的關(guān)鍵激酶,主要包括ERK、JNK、p38等3條途徑,分別調(diào)控細(xì)胞生存、凋亡以及炎癥等,且協(xié)同和拮抗共存,三者與肝細(xì)胞凋亡的發(fā)生均有著密切相關(guān)性,在上游活化子以及下游靶點(diǎn)之間存在著交叉和重疊[27]。NF-κB是近期研究較多的轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)控多種與炎癥相關(guān)細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄,在肝損傷的發(fā)生發(fā)展中也起重要作用[28]。因此,MAPK、NF-κB通路與肝細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷的關(guān)系一直是肝疾的研究熱點(diǎn)[27-29]。本研究表明,BRP預(yù)處理能夠降低ERK、JNK磷酸化以及NF-κB p65核轉(zhuǎn)移水平。提示,BRP可能是通過ERK、JNK以及NF-κB通路調(diào)控凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)從而抑制H2O2致HL-7702細(xì)胞凋亡的。綜上所述,BRP能夠有效保護(hù)H2O2誘導(dǎo)的HL-7702細(xì)胞損傷,并抑制細(xì)胞凋亡,此作用可能與BRP對ERK、JNK、NF-κB通路的調(diào)控有關(guān)。此外,NF-κB通路又是與炎癥密切相關(guān)的重要信號通路。BRP能否通過NF-κB通路影響肝細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)仍需進(jìn)一步研究。