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馬錢苷、莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞損傷的保護(hù)機制研究

2016-04-05 06:59:14趙文望皮文霞蔡寶昌封曉鵬
中成藥 2016年1期
關(guān)鍵詞:保護(hù)機制心肌細(xì)胞

趙文望, 皮文霞, 蔡寶昌, 封曉鵬

(南京中醫(yī)藥大學(xué),江蘇南京210023)

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馬錢苷、莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞損傷的保護(hù)機制研究

趙文望, 皮文霞*, 蔡寶昌, 封曉鵬

(南京中醫(yī)藥大學(xué),江蘇南京210023)

摘要:目的 觀察馬錢苷、莫諾苷對高糖誘導(dǎo)損傷的心肌細(xì)胞增殖、凋亡以及心肌細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響來研究其對心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。方法 體外培養(yǎng)乳大鼠原代心肌細(xì)胞,建立模型組(葡萄糖終濃度為30 mmo1/L),空白組(不加藥及葡萄糖),馬錢苷和莫諾苷低、中、高劑量組(培養(yǎng)基中加入終質(zhì)量濃度25、50、100 μg/mL),依次用四唑鹽比色法(MTT法)、DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法(TUNEL法)觀察心肌細(xì)胞增殖和凋亡情況、蛋白質(zhì)印跡法(Western b1ot法)觀察心肌細(xì)胞的B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(Bc1-2)、Bc1-2相關(guān)X蛋白(Bax)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 (Caspase-3)蛋白表達(dá)水平。結(jié)果 MTT法顯示,與模型組比較,不同劑量馬錢苷組和莫諾苷組,對糖尿病心肌細(xì)胞的增殖有不同程度的促進(jìn)作用。TUNEL法表明馬錢苷、莫諾苷均顯著抑制心肌細(xì)胞凋亡,與模型組比較有顯著差異。Western b1ot法中,馬錢苷、莫諾苷能促進(jìn)Bc1-2蛋白表達(dá),抑制Bax蛋白表達(dá)和Caspase-3酶活性,來抑制心肌細(xì)胞的凋亡。結(jié)論 馬錢苷和莫諾苷均具有促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖、抑制其凋亡的現(xiàn)象,具有保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。

關(guān)鍵詞:馬錢苷;莫諾苷;心肌細(xì)胞;糖尿病心肌??;保護(hù)機制

近年來,糖尿病的病發(fā)率逐年升高,繼發(fā)于糖尿病的糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy,DCM)也逐漸成為糖尿病患者死亡的主要原因之一,其發(fā)病率高,危害性大,特發(fā)于糖尿病患者、除外冠心病、高血壓等疾病,以心室舒張或收縮功能障礙及心臟結(jié)構(gòu)改變?yōu)橹饕憩F(xiàn),最終進(jìn)展為心力衰竭的一種疾病[1]。

山茱萸是山茱萸科植物山茱萸(Cornus officinalis Sieb.et Zucc.)干燥成熟果肉[2],主治腰膝酸痛、崩漏帶下、內(nèi)熱消渴等,屬中醫(yī)常用的治消渴良藥之一[3]。其主要成分為馬錢苷、莫諾苷、熊果酸等?,F(xiàn)代研究中,Yamabe[4]等表明,山茱萸中環(huán)烯醚萜總苷能促進(jìn)糖尿病并發(fā)的腎臟損傷有關(guān)物質(zhì)的代謝。劉洪[5]等表示山茱萸環(huán)烯醚萜總苷對II型糖尿病并發(fā)心臟病變有一定的保護(hù)作用。故本實驗主要研究環(huán)烯醚萜總苷中主要活性成分馬錢苷和莫諾苷對高糖致心肌細(xì)損傷的保護(hù)作用。通過高糖刺激乳大鼠原代心肌細(xì)胞,培養(yǎng)模擬人體糖尿病誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷模型,通過MTT法、TUNEL法和Western b1ot法觀察不同濃度的馬錢苷、莫諾苷對糖尿病心肌細(xì)胞的增值和凋亡的影響,初步闡明馬錢苷、莫諾苷治療糖尿病心肌病的作用機制。

1 材料與儀器

1.1 動物 新生1~2 d齡SD大鼠,雌雄不限,由南京醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心提供,許可證號SCXK(蘇)2008-0004。

1.2 儀器 YXQ-LS-50立式壓力鍋(上海博訊實業(yè)有限公司);SW-CJ-1F超凈工作臺(江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司);3111 CO2恒溫培養(yǎng)箱(美國FORMA公司);TGL-16M離心機(長沙湘儀離心機有限公司);THZ-312臺式恒溫振蕩器(上海精宏實驗設(shè)備有限公司);HY-4脫色搖床(江蘇正基儀器有限公司);IX51生物倒置顯微鏡(OLYMPUS,日本);XW-80A渦旋振蕩器(江蘇海門其林貝爾儀器制造有限公司);BL310分析天平(德國Sartorius公司);UV-2450紫外光度儀(日本SHIMADZU公司)。

1.3 藥品與試劑 青、鏈霉素混合液(批號KGY002)、SDS-PAGE凝膠電泳試劑盒(批號KGP113)購自南京凱基生物科技發(fā)展有限公司;胰蛋白酶-EDTA消化液(批號KGY001)、Western b1ot檢測試劑盒(批號KGP1201)、ECL檢測試劑盒(批號KGP1123)、Braford蛋白含量檢測試劑盒(批號KGA801)均購自南京凱基生物科技發(fā)展有限公司;二甲基亞砜(上海久億化學(xué)試劑有限公司);DMEM培養(yǎng)基和胎牛血清(美國Gibco公司);四甲基偶氮唑鹽(北京索來寶科技公司);PBS(無Ca2 +、Mg2 +,pH 7.2):NaC1 8.0 g,Na2HPO4.12H2O 2.9 g,KC1 0.2 g,KH2PO40.2 g,加超純水至1 000 mL,攪拌使完全溶解,調(diào)整pH至7.2,0.22 μm濾膜過濾,4℃保存。馬錢苷、莫諾苷由本實驗室從山茱萸中分離、純化得到,經(jīng)HPLC檢測,純度>99%。

2 方法

2.1 馬錢苷和莫諾苷的提取分離 取山茱萸生品500 g,6~8倍75%乙醇水浴回流提取2次,每次1 h,過濾,合并2次濾液,減壓回收溶劑至無醇味,得山茱萸提取液。稱取2倍生藥量的大孔樹脂,用95%乙醇浸泡過夜,樹脂處理干凈后,裝柱,用水洗脫至無醇味。取山茱萸提取液過徑高比為1∶12的HPD400的大孔樹脂柱,收集8倍量30%乙醇洗脫劑,減壓濃縮至500 mL。用等體積正丁醇萃取5次,60℃減壓濃縮正丁醇萃取液至適量,轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿蒸干,得浸膏。用5%甲醇水溶液溶解浸膏,通過YMC反相硅膠柱層析,使用甲醇-水溶劑系統(tǒng)按5%、10%、20%甲醇-水梯度洗脫,收集餾分。根據(jù)TLC法檢驗,合并斑點相同的餾分。將10%和20%部位洗脫的相同斑點的收集液冷凍干燥,經(jīng)重結(jié)晶后得馬錢苷和莫諾苷單體,經(jīng)HPLC檢測,純度>99%。

2.2 實驗分組 取原代乳鼠培養(yǎng)的心肌細(xì)胞隨機分為(1)空白組,不加藥及葡萄糖;(2)模型組,葡萄糖終濃度為30 mmo1/L;(3)給藥組,葡萄糖終濃度為30 mmo1/L,馬錢苷、莫諾苷以不同濃度給藥(培養(yǎng)基中加入終質(zhì)量濃度25、50、100 μg/mL),分為低、中、高劑量組。

2.3 新生大鼠心肌細(xì)胞培養(yǎng) 新生1~2 d齡SD大鼠,在75%酒精中浸泡5 min。左手抓握乳鼠,右手持眼科剪,在無菌條件下剪開胸骨劍突下稍左側(cè)的皮膚。換眼科剪,在胸骨劍突下稍左側(cè)打開胸腔,左手輕輕用力,心臟躍出,用眼科彎鑷取心臟心尖部,置于預(yù)溫的PBS中,漂洗3次。將漂洗后的心尖在少量PBS中用眼科剪剪成約1 mm3的小塊,靜止2 min棄上清,向剩余的心肌組織中加入0.125%胰酶溶液10~15 mL,消化10 min,重復(fù)消化,待組織塊基本消失時,將消化后的細(xì)胞懸液以1 000 r/min離心5 min,加入適量DMEM+10% FBS重懸細(xì)胞,細(xì)胞懸液用無菌200目過濾器過濾至培養(yǎng)皿中,置37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

2.4 MTT顯色法 分別取對數(shù)生長期的細(xì)胞,消化、計數(shù)、配置成5×104/mL的細(xì)胞懸液,按100 μL每孔接種于96孔板中(每孔5×103個細(xì)胞),設(shè)3個復(fù)孔,置于37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后棄去培養(yǎng)液,PBS清洗2次,用完全培養(yǎng)基稀釋藥物至所需濃度,加入含有不同質(zhì)量濃度藥物的培養(yǎng)基200 μL,模型組加入含有0.2% DMSO的培養(yǎng)基200 μL,空白組只加200 μL DMEM培養(yǎng)基,置于37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后,每孔加入5 g/LMTT溶液20 μL,繼續(xù)培養(yǎng)4 h后,棄去培養(yǎng)液,加入150 μL DMSO/孔終止反應(yīng),振蕩10 min,使活細(xì)胞中被MTT還原的甲瓚結(jié)晶完全溶解。在酶聯(lián)儀讀取光密度值(D值),檢測波長490 nm。

2.5 TUNEL染色法 將對數(shù)生長期的細(xì)胞消化接種到6孔板中,次日,待細(xì)胞貼壁后,根據(jù)“2.2”項設(shè)置組別與劑量加入相應(yīng)的含藥培養(yǎng)基,同時設(shè)立空白組。待藥物作用72 h后,用0.25%胰酶(不含EDTA)消化收集細(xì)胞。用PBS洗滌細(xì)胞2次(2 000 r/min離心5 min),收集不多于1×106的細(xì)胞。將細(xì)胞涂于載玻片上,自然晾干細(xì)胞涂片;再將細(xì)胞涂片浸入固定液,室溫(15~25℃)固定1 h,然后PBS漂洗2次。細(xì)胞涂片浸入封閉液中,室溫(15~25℃)封閉10 min,PBS漂洗2次。細(xì)胞涂片浸入通透液中,冰上(2~8℃)促滲2 min,每個樣本滴加100 μL末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶(TdT)反應(yīng)液,避光濕潤37℃反應(yīng)1 h,在PBS浸泡5 min,清洗3次。加酶標(biāo)親和素,用DAB法顯色,終止顯色,再經(jīng)復(fù)染和封片,最后在光學(xué)顯微鏡觀察。

2.6 Western b1ot法檢測蛋白表達(dá) 將體外培養(yǎng)的心肌細(xì)胞,吸去培養(yǎng)基后,冷PBS洗2次,在加入適量胰蛋白酶消化液,37℃消化,離心。處理之后按照試劑盒的要求將細(xì)胞裂解液、蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑按比例混合好之后,分別加至各培養(yǎng)皿中,置于4℃搖床平臺上,溫和振蕩15 min,14 000 r/min,4℃離心15 min,取上清為全蛋白提取物,分裝保存于-70℃。Bradford法通過繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線,測得蛋白濃度。將樣品蛋白上清與1oading buffer按比例混合好之后,SDS-PAGE膠進(jìn)行電泳,轉(zhuǎn)膜結(jié)束后,將硝酸纖維素(NC)膜放入培養(yǎng)皿中,加入含5%脫脂奶粉的封閉液,搖床振蕩1.5~2 h進(jìn)行封閉,之后洗膜,然后先后加入二抗,ECL化學(xué)發(fā)光檢測蛋白條帶,使用Ge1-Pro32軟件對結(jié)果進(jìn)行灰度分析。

2.7 統(tǒng)計分析 實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件分析完成,計量數(shù)據(jù)資料先進(jìn)行正態(tài)分布檢驗,符合正態(tài)分布者,兩組間比較采用獨立t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析;不符合正態(tài)分布者進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化使其符合正態(tài)分布或采用非參數(shù)檢驗。以P<0.05、P<0.01作為顯著性和極顯著性差異的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果

3.1 MTT法檢測馬錢苷、莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞的增殖的影響 實驗結(jié)果如表1所示,30 mmo1/L的葡萄糖作用心肌細(xì)胞24 h后,其凋亡率增加(P<0.05)。與模型組比較,馬錢苷和莫諾苷可以明顯促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞的增殖,隨著培養(yǎng)時間的延長,糖尿病心肌細(xì)胞的增殖情況不同。作用24 h后,馬錢苷和莫諾苷低、中、高劑量組促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞的增殖不顯著(P>0.05);作用48 h后,馬錢苷高、中組促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞增殖顯著(P<0.05),莫諾苷高劑量組促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞增殖顯著(P<0.05);作用72 h后,馬錢苷和莫諾苷低、中、高劑量組促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞的增殖非常顯著(P<0.01)。

3.2 TUNEL法檢測馬錢苷、莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞凋亡的影響 如表2和圖1所示,模型組中糖尿病心肌細(xì)胞凋亡率增加,與空白組比較,有顯著性差異(P<0.01)。與模型組比較,馬錢苷低、中、高劑量組能降低糖尿病心肌細(xì)胞的凋亡率,與模型組比較有顯著差異(P<0.05);莫諾苷低、中、高劑量組能降低糖尿病心肌細(xì)胞的凋亡率,與模型組比較有顯著差異(P<0.05)。

表1 馬錢苷和莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞增殖的影響(x± s,n=6)

表2 Tunel法檢測莫諾苷和馬錢苷對高糖致心肌細(xì)胞凋亡的影響(±s,n=3)

表2 Tunel法檢測莫諾苷和馬錢苷對高糖致心肌細(xì)胞凋亡的影響(±s,n=3)

注:與模型組比較,*P<0.05,**P<0.01

組別  細(xì)胞凋亡率/%莫諾苷  馬錢苷空白組 0.000±0.000** 0.000±0.000**模型組 100.000±0.000  100.000±0.000低劑量組 57.667±3.512* 59.667±5.508*中劑量組 45.000±3.606* 51.000±4.583*高劑量組 32.000±2.000* 37.000±2.646*

圖1 TUNEL染色法檢測糖尿病心肌細(xì)胞凋亡的影響

3.3 Western b1ot法檢測莫諾苷和馬錢苷對高糖致心肌細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響 為了各組數(shù)據(jù)方便平行比較,實驗中將空白組中Caspase-3/β-ACTIN與Bc1-2/Bax的比值設(shè)定為1,其他高糖組與高中低劑量組數(shù)據(jù)按等比例轉(zhuǎn)換處理而得。由表3可知,心肌細(xì)胞經(jīng)高糖造模后,與空白組比較Caspase-3/β-ACTIN值增加,有顯著性差異(P<0.01)。馬錢苷與模型組比較,低劑量組Caspase-3/β-ACTIN減少,但不顯著(P>0.05),中、高劑量組Caspase-3/β-ACTIN顯著減少(P<0.05,P<0.01);馬錢苷低劑量組Bc1-2/ Bax增加,但增加不顯著(P>0.05),中、高劑量組Bc1-2/Bax顯著增加(P<0.01)。

莫諾苷與模型組比較,低劑量組Caspase-3/β-ACTIN減少,但不顯著(P>0.05),中、高劑量組Caspase-3/β-ACTIN顯著減少(P<0.05,P<0.01);莫諾苷低、中劑量組Bc1-2/Bax增加,但增加不顯著(P>0.05),高劑量組Bc1-2/Bax顯著增加(P<0.05)。

表3 W estern blot法檢測馬錢苷和莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響(±s,n=3)

表3 W estern blot法檢測馬錢苷和莫諾苷對高糖致心肌細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響(±s,n=3)

注:與模型組比較,*P<0.05,**P<0.01

組別 Caspase-3/β-ACTIN Bc1-2/Bax空白組 1.000±0.000** 1.000±0.000**模型組 3.092±1.322 0.105±0.067馬錢苷低劑量組 3.012±1.311 0.163±0.005馬錢苷中劑量組 2.405±0.903* 0.425±0.018**馬錢苷高劑量組 1.936±0.539** 0.516±0.061**莫諾苷低劑量組 2.920±1.273 0.134±0.046莫諾苷中劑量組 2.440±1.136* 0.218±0.056莫諾苷高劑量組 2.260±1.307** 0.343±0.020*

4 討論

糖尿病心肌病是糖尿病重要的并發(fā)癥之一,目前已明確刺激和促進(jìn)糖尿病心肌病各種并發(fā)癥發(fā)作的重要因素是高血糖。糖尿病大鼠模型在大于16.6 mmo1/L的高血糖狀態(tài)下5~7 d即可出現(xiàn)特異性心肌病變[6]。故實驗體外培養(yǎng)乳大鼠原代心肌細(xì)胞建立高血糖模型,模擬人體糖尿病環(huán)境構(gòu)建糖尿病性心肌細(xì)胞損傷模型,旨在觀察馬錢苷和莫諾苷對高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。本實驗中30 mmo1/L的葡萄糖作用心肌細(xì)胞24 h后,其凋亡率均增加,與空白組比較,差異顯著,說明本次實驗?zāi)P头€(wěn)定可靠。糖尿病心肌病確切的發(fā)病機制尚不完全清楚,但導(dǎo)致其發(fā)病的根本原因大致為心肌細(xì)胞糖脂代謝異常、心肌細(xì)胞異常凋亡、胰島素抵抗和鈣穩(wěn)態(tài)失衡,心肌纖維化以及心臟自主神經(jīng)調(diào)節(jié)異常等。而其中心肌細(xì)胞的增殖和凋亡對糖尿病心肌病的病變發(fā)展起著重要的作用。在高血糖環(huán)境下,氧化應(yīng)激增加導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑改變,引起異?;虮磉_(dá),能激活細(xì)胞的程序化死亡[7],其機制可能為血糖濃度的升高導(dǎo)致胰島B細(xì)胞表面凋亡基因Bad、Bik、Bax、Bid的過度表達(dá)而抑制凋亡抑制基因Bc1-2的表達(dá),從而誘導(dǎo)胰島B細(xì)胞的凋亡[8]。因此,能否促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖與抑制其凋亡成為治療糖尿病心肌病的關(guān)鍵。于是本實驗采用MTT法、TUNEL法和Western b1ot法對山茱萸的有效成分馬錢苷和莫諾苷對高糖致?lián)p傷的心肌細(xì)胞的增殖與凋亡的影響進(jìn)行研究。

MTT法中馬錢苷和莫諾苷作用于糖尿病心肌細(xì)胞48 h 和72 h內(nèi),隨時間加長,促進(jìn)心肌細(xì)胞增值越明顯,且心肌細(xì)胞也隨著馬錢苷、莫諾苷劑量增加,效果更明顯。TUNEL法染色之后,與模型組相比,馬錢苷和莫諾苷給藥組低、中、高劑量組均能降低心肌細(xì)胞的凋亡率,且與模型組比較有顯著差異,與MTT法結(jié)果一致,說明馬錢苷和莫諾苷具有抑制心肌細(xì)胞凋亡,具有保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。本實驗Western b1ot法主要觀察高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的Bc1-2、Bax和Caspase-3蛋白表達(dá)水平。其中,Bc1-2主要功能是促進(jìn)細(xì)胞的生存,抑制細(xì)胞的凋亡[9],Bax的增高則促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在正常細(xì)胞中Bc1-2與Bax-2二者相互協(xié)調(diào)以維持細(xì)胞的生存,故通過檢測二者的比值可推斷細(xì)胞凋亡的變化情況[10]。另外,Caspase-3是凋亡的核心,活化的Caspase-3能特異性地切割不同底物導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。本實驗中馬錢苷、莫諾苷給藥組中,Bc1-2蛋白的表達(dá)明顯增加,Bax蛋白的表達(dá)降低,Caspase-3酶活性降低,使得Bc1-2/ Bax值增加,Caspase-3/β-ACTIN值降低,進(jìn)而減少細(xì)胞的凋亡。日本學(xué)者Park C H[11]等研究馬錢苷對II型糖尿病db/db類小鼠肝中高血糖激活的信號通路的抵抗作用中,發(fā)現(xiàn)馬錢苷能通過增加蛋白Bc1-2的表達(dá)對抗II型糖尿病相關(guān)肝病的氧化應(yīng)激反應(yīng),這與本實驗結(jié)果相似,說明馬錢苷、莫諾苷具有抑制細(xì)胞的凋亡,延長細(xì)胞壽命作用,改善其心功能。

3個實驗結(jié)果均一致表明山茱萸的有效成分馬錢苷和莫諾苷起到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用,作用機制可能表現(xiàn)為啟動心肌細(xì)胞的增殖活性,改變氧化應(yīng)激,調(diào)節(jié)Bc1-2、Bax 和Caspase-3蛋白的表達(dá)而抑制心肌細(xì)胞凋亡。因此,可以推測馬錢苷和莫諾苷在增強心臟功能,治療糖尿病心肌病上有巨大的潛力,有待作進(jìn)一步開發(fā)研究。

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*通信作者:皮文霞(1968—),女,副教授,研究方向為中藥學(xué)。Te1:(025)85811512,E-mai1:piwenxia@163.com

作者簡介:趙文望(1990—),女,碩士生,研究方向為中藥學(xué)。Te1:18351895679,E-mai1:zhaowenwang100@sina.cn

基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(81274056);江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(DE63063683)

收稿日期:2015-01-22

doi:10.3969/j.issn.1001-1528.2016.01.036

中圖分類號:R966

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號:1001-1528(2016)01-0160-04

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