柴胡皂苷-d對H2O2誘導的HL-7702細胞ROS產生及NLRP3炎癥體的影響①

周蒙恩 張 娜 闕任燁 林柳兵 李 勇 （上海中醫藥大學附屬市中醫醫院脾胃病科，上海200071）

肝臟是人體重要的消化器官，肝細胞是控制系統代謝需求、電解質穩態和肝臟解毒過程的中央調節器［1-2］。急性肝損傷（acute liver injury，ALI）是一種多因素復雜的炎癥性疾病，報告表明病毒感染、藥物濫用、酒精中毒、食物中毒和輻射損害等均可導致ALI［3］。由于細胞、組織和功能破壞的增加，廣泛或持續的肝損傷可能導致肝衰竭或肝硬化，并與高死亡率相關［4］。肝損傷的治療仍然是當代醫學最具挑戰性的問題之一，需要開發治療ALI 的新療法［5］。柴胡已在治療肝臟疾病中應用，柴胡皂苷-d（saiko‐saponin d，SSd）是柴胡的主要活性成分之一，具有抗炎、保肝、抗腫瘤、抗氧化應激、抗纖維化的作用［6］。前期實驗研究表明SSd 可以抑制細胞氧化應激和NLRP3 炎癥小體活化減輕ALI，但是ROS 的來源及NLRP3活化的機制尚不清楚［7］。本文通過H2O2誘導HL-7702 細胞氧化應激，探討 SSd 對線粒體 ROS 的產生及NLRP3炎癥體表達的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 人肝細胞系HL-7702 由上海中醫藥大學中藥研究所惠贈；SSd 購自上海源葉生物科技有限公司；MitoTEMPOL 購自翌圣生物科技（上海）有限公司；H2O2、DMEM 培養基購自上海億凡生物科技有限公司；胎牛血清購自美國Gibco 公司；NLRP3抗體購自美國Cell Signaling Technology 公司；ASC抗體、Caspase1 抗體購自美國Novus Biologicals 公司；β-actin 抗體、BCA 蛋白濃度測定試劑盒購自上海碧云天生物技術有限公司；RT-PCR 引物購自上海生工生物工程有限公司；線粒體膜電位（JC-1）、ATP、ROS 檢測試劑盒購自碧云天生物技術公司；多功能酶標儀Varioscan Flash 購自上海百基生物科技有限公司；天能電泳儀EPS300購自上海天能科技有限公司；光學顯微鏡（AE41）購自麥克奧迪實業集團有限公司；Nanodrop2000 購自美國賽默飛世爾科技公司；S1000 PCR儀購自美國Bio-Rad公司。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養 HL-7702細胞培養于含10%FBS的DMEM 培養基，恒溫37℃，體積分數為5%CO2，每48 h 更換培養基。細胞生長鋪滿培養瓶底約80%后，用0.25%的胰蛋白酶（含EDTA）消化傳代。將細胞懸液（2×105個/孔）接種于6 孔板。分組為H2O2模型組：200 μmo/lL H2O2作用 HL-7702 細胞 4 h 誘導細胞增殖活化；MitoTEMPOL+H2O2組：50 μmo/lL MitoTEMPOL 作 用 HL-7702 細 胞 24 h 后 ，加 入200 μmo/lL H2O2作用4 h；SSd+H2O2組：SSd作用HL-7702細胞24 h后，加入200 μmo/lL H2O2作用4 h。

1.2.2 JC-1檢測 藥物干預HL-7702細胞后，除去培養液，使用PBS 緩沖液洗滌細胞1 次，加入1 ml細胞培養液及JC-1 染色工作液（陽性對照組加入CCCP 溶液），37℃ 孵育20 min 后，吸除上清，用JC-1染色緩沖液洗滌2 次，再加入細胞培養液2 m/l孔，熒光顯微鏡下觀察。

1.2.3 ATP 檢測 藥物干預HL-7702細胞后，除去培養液，加入裂解液，離心取上清，用ATP 檢測試劑稀釋液稀釋ATP 檢測試劑，4℃保存。用ATP 檢測裂解液將 ATP 標準溶液按照 0.01、0.03、0.1、0.3、1、3和10 μmo/lL的濃度梯度依次稀釋，制作標準曲線。加100 μl ATP 檢測工作液到檢測孔內，室溫放置5 min，消耗本底性的ATP。在檢測孔內加上20 μl樣品或標準品，迅速混勻，用化學發光儀進行測定。

1.2.4 細胞內ROS 檢測 將藥物干預后的HL-7702 細胞，使用PBS 緩沖液充分洗滌后，收集于稀釋好的DCFH-DA 中，37℃孵育20 min，期間每隔3~5 min混勻，使探針和細胞充分接觸。用無血清細胞培養液洗滌細胞3 次，分別用活性氧陽性對照刺激細胞30 min、H2O2刺激細胞4 h 同步完成，熒光酶標儀檢測。

1.2.5 Western blot 檢測 NLRP3、ASC、Caspase1 炎癥體表達 使用RIPA 裂解液提取各組細胞蛋白，BCA 蛋白試劑盒檢測蛋白含量。細胞蛋白經變性后，以SDS-PAGE 凝膠進行電泳分離膠分離蛋白，并轉移至PVDF 膜，經5%的脫脂奶粉搖床上慢搖2 h封閉后，除去封閉液，用TBST 漂洗，加入NLRP3 抗體、ASC 抗體、Caspase1 抗體 4℃ 過夜孵育，回收一抗，用 TBST 漂洗，室溫孵育二抗 2 h，用 TBST 漂洗后，進行ECL 光化學顯色。最后應用Image J 分析軟件對掃描條帶進行定量分析，計算各蛋白相對表達量。

1.2.6 RT-PCR 檢測 NLRP3、ASC、Caspase1 炎癥體表達 采用TRIzol 試劑提取總RNA，Nanodrop2000檢測 RNA 的純度和濃度，各組取 2 μl 總 RNA，按20 μl 總反應體積，反轉錄為cDNA，然后以cDNA 為模板分別進行PCR 擴增，NLRP3 上游引物5'-TT‐GACTTCCGCAAGGACCTCGG-3'，下游引物 5'-GC‐GCCCGGGTTATGCTGCTGGT-3'，ASC 上游引物 5'-GGCTGCTGGATGCTCTGTA-3'，下游引物 5'-AGGCTGGTGTGAAACTGAAGA-3'，Caspase1 上游引物 5'-CAGACAAGGGTGCTGAACAA-3'，下游引物 5'-TC‐GGAATAACGGAGTCAATCA-3'，β-actin 上游引物5'-CTCCATCCTGGCCTCGCTGT-3'，下游引物5'-GCTGTCACCTTCACCGTTCC-3'，采用三步法進行PCR擴增，反應結束后，得到各樣本Ct值，然后利用2-ΔΔCt計算各組基因的相對表達量。

1.3 統計學處理 采用SPSS22.0 軟件、Image J、GraphPad5.0軟件進行統計分析、作圖，數據采用表示，組間比較采用單因素方差分析（one-way ANO‐VA），均采用雙側檢驗，P<0.05 表示差異有統計意義。

2 結果

2.1 SSd 對H2O2誘導的HL-7702 細胞線粒體功能的影響

2.1.1 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞 JC-1 的影響 與對照組相比，H2O2作用于HL-7702細胞，線粒體膜電位明顯降低，差異有統計學意義（P<0.01）；MitoTEMPOL、SSd 干預后，與 H2O2組相比，線粒體膜電位明顯上升，差異有統計學意義（P<0.01）。H2O2對HL-7702的氧化應激損傷使線粒體膜電位有下降趨勢，MitoTEMPOL、SSd 干預后抑制了 H2O2對 HL-7702細胞線粒體膜電位的下調。見圖1。

圖1 MitoTEMPOL、SSd 對 H2O2 誘導 HL-7702 細胞 JC-1的影響Fig.1 Effect of MitoTEMPOL and SSd on JC-1 of HL-7702 cells induced by H2O2

2.1.2 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞 ATP 的影響 與對照組相比，H2O2作用于HL-7702 細胞，ATP明顯降低，差異有統計學意義（P<0.01）；MitoTEM‐POL、SSd 干預后，與H2O2組相比，ATP 明顯上升，差異有統計學意義（P<0.01）。H2O2對 HL-7702 的氧化應激損傷使 ATP 生成減少，MitoTEMPOL、SSd 干預后則使ATP生成增多。見圖2。

圖2 MitoTEMPOL、SSd 對 H2O2 誘導 HL-7702 細胞 ATP變化Fig.2 Effect of MitoTEMPOL and SSd on ATP changes in HL-7702 cells induced by H2O2

2.1.3 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞 ROS 的影響 與對照組相比，H2O2作用于HL-7702細胞，Mito‐SOX Red熒光強度增強，即ROS升高，差異有統計學意義（P<0.01）；MitoTEMPOL、SSd干預后，與H2O2組相比，MitoSOX Red 熒光強度下降，即ROS 生成降低，差異有統計學意義（P<0.01）。與2.1.1 線粒體功能狀態結合來看，H2O2作用于HL-7702細胞，細胞線粒體功能下降，ROS 升高，MitoTEMPOL、SSd 干預后能抑制H2O2誘導的HL-7702 細胞ROS 的升高。見圖3。

圖3 MitoTEMPOL、SSd 對 H2O2 誘 導 的 HL-7702 細 胞ROS的影響Fig.3 Effect of MitoTEMPOL and SSd on ROS of HL-7702 cells induced by H2O2

2.2 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞 NLRP3 炎癥體表達的影響

2.2.1 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞 NLRP3 炎癥體蛋白表達 與對照組相比，H2O2作用于HL-7702 細胞，NLRP3、ASC、Caspase1 蛋白表達明顯上調，差異有統計學意義（P<0.05、P<0.01）；MitoTEM‐POL、SSd 干預后，與H2O2組相比，NLRP3、ASC、Cas‐pase1 蛋白表達明顯下調，差異有統計學意義（P<0.01）。見圖4。

圖4 MitoTEMPOL、SSd 對 HL-7702 細胞 NLRP3 炎癥體蛋白表達的影響Fig.4 Effect of MitoTEMPOL and SSd on expression of NLRP3 inflammatory body protein in HL-7702 cells

2.2.2 SSd 對 H2O2誘導的 HL-7702 細胞模型 NL‐RP3 炎癥體mRNA 表達的影響 與對照組相比，H2O2作用于HL-7702細胞，NLRP3、ASC、Caspase1基因表達明顯上調，差異有統計學意義（P<0.01）；Mito-TEMPOL、SSd 干預后，與H2O2組相比，NLRP3、ASC、Caspase1 基因表達明顯下調，差異有統計學意義（P<0.01）。見圖5。

圖5 MitoTEMPOL、SSd 對 HL-7702 細胞 NLRP3 炎癥體基因表達的影響Fig.5 Effect of MitoTEMPOL and SSd on expression of NLRP3 inflammatory body gene in HL-7702 cells

3 討論

肝臟具有物質合成分解代謝、生物轉化和內外分泌等功能，易受到各種致病因素和刺激因子的侵襲，引起肝臟的炎癥反應，進而產生損傷［8］。研究表明氧化應激在肝臟疾病中發揮著重要的生物學效應［9］。氧化應激是指細胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生超過了細胞自身所能清除的能力而引起的應激損傷［10］。正常情況下，低濃度的ROS 是細胞生長、存活和信號傳遞所必需的，然而過量的ROS 會導致氧化應激，并導致隨后的蛋白質、脂質和DNA 的氧化損傷，促使炎癥因子的產生，從而導致肝細胞損傷，也是引起肝硬化、肝纖維化的重要機制［11-12］。

NLRP3 炎癥體是機體固有免疫系統的重要組成部分，能夠識別各種應激、外源微生物和內源性危險信號，刺激細胞因子釋放，使炎癥細胞活化，從而在多種炎癥疾病的發生發展過程中發揮重要作用［13］。NLRP3 炎癥體主要是由 NLRP3、ASC、Cas‐pase1 三者相互作用，形成的一個同心的組織，其中ASC 層包圍著 NLRP3 蛋白，而 Caspase1 則附著在外面的 ASC 層上［14］。NLRP3 的炎癥體已被報道與急性肝損傷的發病機制有關，在丙型肝炎、非酒精性脂肪性肝炎、酒精性肝炎、肝纖維化、肝臟缺血/再灌注損傷等急慢性肝臟疾病發生發展過程中都存在著NLRP3炎癥體的活化［15-20］。NLRP3炎癥體活化后，產生有活性的Caspase1，導致IL-1β和IL-18的釋放，從而介導炎癥反應［21］。

為深入探究SSd抑制細胞氧化應激和NLRP3炎癥小體活化減輕ALI 的機理，本研究采用H2O2誘導氧化應激損傷模型，使用線粒體靶向抗氧化劑Mito‐TEMPOL 清除線粒體來源的ROS，尋找ROS 與NL‐RP3 炎癥體的關系，并使用SSd 干預探究其作用機制［22-23］。結果提示 H2O2對 HL-7702 的氧化應激損傷使線粒體膜電位有下降趨勢，ATP 生成減少，Mito‐SOX Red 熒光強度增強，ROS 生成增多，NLRP3、ASC、Caspase1蛋白及基因表達明顯上調；使用Mito‐TEMPOL 干預后，抑制了 H2O2對 HL-7702 細胞線粒體膜電位的下降、ATP 生成的減少、MitoSOX Red 熒光強度的增強、ROS 的生成，同時伴隨著NLRP3、ASC、Caspase1 蛋白及基因表達的下調。提示使用MitoTEMPOL清除線粒體來源ROS后，NLRP3、ASC、Caspase1蛋白及基因表達明顯下調。說明了NLRP3炎癥體表達與線粒體來源ROS 相關性，線粒體來源的ROS 是NLRP3 炎癥體活化的上游調節信號。同時，SSd 也能達到同樣的作用，提示SSd 可以保護H2O2誘導HL-7702 細胞線粒體的功能損傷，清除線粒體來源的ROS，同時發現SSd 能通過下調線粒體ROS-NLRP3信號通路，發揮抗氧化、抗炎的作用。

ROS 作為細胞內第二信使參與了NLRP3 的活化，ROS 是一個重要的上游信號調節炎癥體NLRP3的活化，但ROS 的來源和調控仍不清楚［24-26］。ROS可由細胞質、細胞膜、內質網、過氧化物酶體和線粒體以及NADPH 氧化酶等產生，其中線粒體ROS 來源占細胞內ROS 的大部分，且線粒體來源的ROS 對NLRP3 炎癥體的激活在動物模型及細胞模型中所證實，與本研究結果一致［27-31］。

前期研究發現SSd 可以抑制細胞氧化應激和NLRP3 炎癥體活化從而減輕ALI，然而作用途徑未知。本研究發現H2O2誘導的HL-7702細胞中線粒體來源的ROS是NLRP3炎癥體活化的上游調節信號，SSd 可以減少線粒體ROS 的產生，抑制NLRP3 炎癥體蛋白及基因的表達，發揮抗氧化、抗炎的作用。本研究為SSd 治療ALI 的潛在療效提供了新的證據，為進一步研發應用提供了更多的基礎研究支持。