蕨麻多糖通過調控miR-421表達對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應及凋亡的影響

2023-03-04 04:33:10官慶華姜雪梅李新煥青島大學附屬青島市海慈醫院心內科青島266022

中國免疫學雜志 2023年1期

關鍵詞：劑量

官慶華姜雪梅李新煥（青島大學附屬青島市海慈醫院心內科，青島 266022）

膿毒癥是危及臨床危重病患者生命安全的一種疾病，主要是由機體對感染的反應失調而引起器官功能障礙，心肌損傷是其常見并發癥之一，當膿毒癥發生時機體產生大量炎癥因子，可通過多種途徑引起心肌損傷［1］。研究發現脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可激活細胞核因子κB（NF-κB）等多種途徑而增加炎癥因子的分泌量從而加重炎癥反應［2］。LPS誘導的心肌細胞炎癥反應及凋亡可加重膿毒癥所致的心肌損傷，因而尋找有效藥物減輕心肌細胞損傷成為研究重點［3］。研究表明多糖類化合物具有抗氧化、抗炎等作用，并可通過調控微小RNA（miRNA）表達而減輕LPS誘導的心肌細胞炎癥損傷［4］。蕨麻多糖是從鵝絨委陵菜干燥根中提取的主要活性成分，具有抗氧化、抗炎等多種生物學活性，研究表明蕨麻多糖可通過增強腦組織抗氧化能力及抑制炎癥反應而減輕大鼠腦缺血再灌注損傷［5］。miR-421在缺氧復氧誘導的心肌細胞損傷中表達上調，下調其表達可抑制缺氧復氧誘導的心肌細胞氧化應激及凋亡從而減輕細胞損傷［6］。因此，本研究采用LPS誘導大鼠心肌細胞H9C2建立細胞損傷模型，探討蕨麻多糖是否通過調控miR-421的表達影響LPS誘導的心肌細胞損傷，為預防和治療膿毒癥所致的心肌損傷提供新方向。

1 材料與方法

1.1 材料蕨麻購自青海脊峰本草醫藥；LPS購自北京百奧萊博；大鼠心肌細胞H9C2購自上海弘順生物；LipofectamineTM3000 Transfection Reagent購自美國Invitrogen；anti-miR-421、anti-miR-NC、miR-421 mimics、miR-NC購自廣州銳博生物；miRNA提取試劑盒購自上海研卉生物；反轉錄試劑與熒光定量PCR試劑購自美國Thermo Fisher；TNF-α、IL-6檢測試劑盒購自上海酶聯生物；凋亡檢測試劑盒購自北京索萊寶；兔抗鼠cleaved-caspase3、cleaved-caspase9抗體與二抗購自美國CST。

1.2 方法

1.2.1 蕨麻多糖的提取［7］稱取2 g蕨麻粉加入一定體積水后置于恒溫水浴鍋中浸提24 h，取出后室溫冷卻，裝入離心管中，5 000 r/min離心20 min后吸取上清液，向上清液中加入3倍體積的95%乙醇于4 ℃冰箱內沉淀12 h后離心，用丙酮、乙醚多次沖洗沉淀物，冷凍干燥后獲得蕨麻多糖，檢測其含量為60.2%，加入培養基制備成實驗所需濃度。

1.2.2 實驗處理及分組心肌細胞常規培養后按3 000個/孔接種于96孔板，分別加入含有10 mg/L LPS的培養基培養24 h［8］，記為LPS組。同時將正常培養的心肌細胞記為Con組。蕨麻多糖加入培養基稀釋濃度分別為0.05 mg/ml、0.1 mg/ml、0.2 mg/ml［9］，分別將含有不同濃度蕨麻多糖與10 mg/L LPS的培養基培養24 h，分別記為LPS+蕨麻多糖低劑量組、LPS+蕨麻多糖中劑量組、LPS+蕨麻多糖高劑量組。參照LipofectamineTM3000 Transfection Reagent轉染試劑分別將anti-miR-NC、anti-miR-421轉染至心肌細胞后加入含有10 mg/L LPS的培養基培養24 h，分別記為LPS+anti-miR-NC組、LPS+anti-miR-421組。miR-NC、miR-421 mimics分別轉染至心肌細胞后加入含有濃度為0.2 mg/ml蕨麻多糖與10 mg/L LPS的培養基培養24 h，分別記為LPS+蕨麻多糖+miR-NC組、LPS+蕨麻多糖+miR-421組。

1.2.3 ELISA法檢測炎癥因子TNF-α、IL-6的水平收集各組心肌細胞培養液，采用ELISA法檢測TNF-α、IL-6的水平，嚴格按照試劑盒說明書操作。

1.2.4 流式細胞術檢測細胞凋亡率收集各組心肌細胞加入預冷PBS洗滌后，3 000 r/min離心6 min后棄上清，向細胞沉淀中加入500 μl結合緩沖液重懸細胞，分別加入5 μl Annexin V-FITC與5 μl PI，室溫避光孵育10 min，于1 h內上機檢測。

1.2.5 qRT-PCR檢測細胞中miR-421的表達水平用miRNA提取試劑盒提取各組心肌細胞總RNA，按照反轉錄試劑盒說明書將總RNA反轉錄合成cDNA，以cDNA為模板進行qRT-PCR反應，反應條件：95 ℃預變性2 min，95℃變性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共40個循環。miR-421以U6為內參，采用2-ΔΔCt法計算miR-421相對表達量。

1.2.6 Western blot檢測cleaved-caspase3、cleavedcaspase9蛋白表達用蛋白裂解液提取各組心肌細胞總蛋白，采用BCA法對蛋白進行定量，蛋白高溫變性后經10%SDS-PAGE凝膠電泳分離，在90 V恒壓下將蛋白凝膠轉移至PVDF膜，PVDF膜置于含有5%脫脂奶粉的封閉液中封閉2 h，加入cleaved-caspase3（1∶1 000）、cleaved-caspase9（1∶1 000）、GAPDH抗體（1∶2 000）稀釋液4 ℃孵育過夜，TBST洗膜后加入二抗稀釋液（1∶3 000）室溫孵育1 h，ECL化學發光劑顯影后應用Image J軟件分析各條帶灰度值。

1.3 統計學分析采用SPSS21.0統計學軟件分析數據，計量資料以±s表示且均符合正態分布，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應的影響與Con組比較，LPS組TNF-α、IL-6的水平升高（P＜0.05）；與LPS組比較，LPS+蕨麻多糖低劑量組、LPS+蕨麻多糖中劑量組、LPS+蕨麻多糖高劑量組TNF-α、IL-6的水平降低（P＜0.05），且呈劑量依賴性，見表1。

表1 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應的影響（±s，n=9）Tab.1 Effect of potentilla anserina polysaccharide on inflammatory response of cardiomyocytes induced by LPS （±s，n=9）

Note：Compared with Con group， 1）P＜0.05； compared with LPS group， 2）P＜0.05； compared with LPS+PAP low-dose group， 3）P＜0.05； compared with LPS+PAP middle-dose group， 4）P＜0.05. PAP.Potentilla anserina polysaccharide.

2.2 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞凋亡的影響與Con組比較，LPS組細胞凋亡率和cleavedcaspase3、cleaved-caspase9蛋白水平升高（P＜0.05）；與LPS組比較，LPS+蕨麻多糖低劑量組、LPS+蕨麻多糖中劑量組、LPS+蕨麻多糖高劑量組細胞凋亡率和cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白水平降低（P＜0.05），且呈劑量依賴性，見圖1、表2。

表2 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞凋亡的影響（±s，n=9）Tab.2 Effect of potentilla anserina polysaccharide on LPS-induced cardiomyocyte apoptosis（±s，n=9）

圖1 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞凋亡的影響Fig.1 Effect of potentilla anserina polysaccharide on LPSinduced cardiomyocyte apoptosis

2.3 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞miR-421表達的影響與Con組比較，LPS組miR-421的表達量升高（P＜0.05）；與LPS組比較，LPS+蕨麻多糖低劑量組、LPS+蕨麻多糖中劑量組、LPS+蕨麻多糖高劑量組miR-421的表達量降低（P＜0.05），且呈劑量依賴性，見表3。

表3 蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞miR-421表達的影響（±s，n=9）Tab.3 Effect of potentilla anserina polysaccharide on expression of miR-421 in cardiomyocytes induced by LPS（±s，n=9）

2.4 干擾miR-421表達對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應和細胞凋亡的影響與LPS+anti-miR-NC組比較，LPS+anti-miR-421組TNF-α、IL-6的水平降低（P＜0.05），細胞凋亡率和cleaved-caspase3、cleavedcaspase9蛋白水平降低（P＜0.05），見圖2、表4。

表4 干擾miR-421表達對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應和細胞凋亡的影響（±s，n=9）Tab.4 Effect of interfering miR-421 expression on inflammatory response and apoptosis of cardiomyocytes induced by LPS（±s，n=9）

Note：Compared with LPS+anti-miR-NC group， 1）P＜0.05.

圖2 干擾miR-421表達對LPS誘導的心肌細胞凋亡的影響Fig.2 Effect of interfering miR-421 expression on LPS-induced cardiomyocyte apoptosis

2.5 miR-421過表達逆轉了蕨麻多糖（0.2 mg/ml）對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應和細胞凋亡的作用與LPS+蕨麻多糖+miR-NC組比較，LPS+蕨麻多糖+miR-421組TNF-α、IL-6的水平升高（P＜0.05），細胞凋亡率和cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白水平升高（P＜0.05），見圖3、表5。

表5 miR-421過表達逆轉了蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應和細胞凋亡的作用（±s，n=9）Tab.5 Overexpression of miR-421 reversed effect of potentilla anserina polysaccharide on inflammatory response and apoptosis of cardiomyocytes induced by LPS （±s，n=9）

Note：Compared with LPS+PAP+miR-NC group， 1）P＜0.05.PAP.Potentilla anserina polysaccharide.

圖3 miR-421過表達逆轉了蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞凋亡的作用Fig.3 Overexpression of miR-421 reversed effect of PAP on LPS-induced cardiomyocyte apoptosis

3 討論

膿毒癥可發展為膿毒性休克、多器官功能障礙綜合征等，研究顯示40%～50%的膿毒癥患者會出現心臟功能障礙，膿毒癥誘發心肌損傷的致病機制較為復雜，炎癥因子生成過量可引起心肌細胞過度凋亡從而加重心肌細胞損傷，研究表明從植物中提取的活性成分在減輕心肌損傷方面具有重要作用，其可能以miRNA為靶點從而達到治療目的［10-12］。

蕨麻多糖對缺氧誘導的心肌細胞損傷、神經細胞損傷等均具有保護作用，研究表明蕨麻多糖可通過增強缺氧誘導的臍靜脈內皮細胞抗氧化能力而減輕細胞損傷［13］。蕨麻多糖可通過清除氧自由基而抑制氧化應激反應從而減輕四氯化碳誘導的肝損傷［14］。蕨麻多糖可通過抑制氧化應激及細胞凋亡從而改善低壓缺氧誘導的腦損傷［15］。本研究結果顯示，LPS誘導的心肌細胞中TNF-α、IL-6的水平升高，與既往研究報道結果相似，提示細胞損傷模型建立成功［16］。進一步研究發現，蕨麻多糖能夠以劑量依賴性的方式降低LPS誘導的心肌細胞中TNF-α、IL-6的水平，提示蕨麻多糖可減輕LPS誘導的心肌細胞炎癥損傷。炎癥反應、氧化應激反應加劇可促使心肌細胞凋亡過度，細胞凋亡執行因子主要為caspase3，當線粒體損傷時可激活caspase級聯反應，caspase9活化后可促進caspase3活化進而誘導細胞凋亡［17］。本研究結果顯示，LPS誘導的心肌細胞凋亡率和cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白水平升高，而隨著蕨麻多糖濃度的增加，LPS誘導的心肌細胞凋亡率和cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白水平降低，提示蕨麻多糖可抑制LPS誘導的心肌細胞凋亡進而減輕細胞損傷。

本研究發現，LPS誘導的心肌細胞中miR-421的表達量升高，而蕨麻多糖可降低LPS誘導的心肌細胞中miR-421的表達量，且呈劑量依賴性。研究表明miR-421在腦缺血再灌注損傷中高表達，干擾其表達可通過抑制神經細胞凋亡從而減輕腦缺血再灌注損傷［18］。circPAN3通過靶向抑制miR-421而減輕心肌缺血/再灌注損傷［19］。本研究結果顯示，干擾miR-421表達后LPS誘導的心肌細胞中TNF-α、IL-6的水平和細胞凋亡率降低，而上調其表達可拮抗蕨麻多糖對LPS誘導的心肌細胞炎癥反應及凋亡的抑制作用，提示蕨麻多糖可通過調控miR-421表達而減輕LPS誘導的心肌細胞損傷。

綜上所述，蕨麻多糖可抑制LPS誘導的心肌細胞炎癥反應及細胞凋亡進而減輕細胞損傷，其作用機制與降低LPS誘導的心肌細胞中miR-421的表達量有關，miR-421可能作為蕨麻多糖治療膿毒癥所致心肌損傷的潛在靶點，蕨麻多糖對膿毒癥所致心肌損傷具有保護作用，并可為蕨麻多糖在心肌損傷的預防與治療中奠定實驗基礎。