姜黄素激活自噬减轻血管内皮细胞氧化损伤的研究

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背景:姜黄素是传统中药姜黄的主要成分,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤以及心血管保护等多种生物学功能。尽管姜黄素的这些生物学作用的内在机制并未阐明,但其抗氧化作用显示为其最重要的核心作用。多项研究提示,在不同的心血管氧化损伤模型中,姜黄素可减少活性氧的生成以及减轻脂质过氧化。内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化、高血压、冠心病等疾病发生发展的关键步骤,同时研究发现,姜黄素可减轻血管内皮损伤,而对其内在机制,并未阐明。自噬是一种高度保守的细胞内过程,主要表现为分解长寿蛋白以及循环利用细胞器。自噬诱导的细胞保护是自噬在真核细胞中的基本功能,然而,氧化应激可引起过量的自噬从而导致疾病状态。激活状态的自噬可以是有益的,也可以是有害的。自噬在各种心脏疾病中起不同作用,激活有益的自噬是其用于心血管疾病治疗的关键。诱导自噬抑制凋亡很可能是姜黄素抗氧化应激的作用机制。PI3 K/Akt/mTOR途径是调节自噬在细胞存活、增殖和分化过程中的具有重要作用,mTOR是氨基酸、ATP和激素的受体,能够抑制自噬。营养不良或者直接使用雷帕霉素可以抑制mTOR,由此可以激活ATG1,促进自噬发生。通过调节mTOR通路,凋亡和自噬可以在多种细胞进行调整。  目的:以血管内皮细胞EA-hy926细胞系为研究对象,通过H2O2干预构建的细胞氧化损伤模型,观察姜黄素对血管内皮细胞氧化损伤的作用及凋亡、自噬的影响,探讨其中可能的相关机制,为其进一步应用于临床提供依据。  方法:以200μmol/l H2O2处理EA-hy926内皮细胞4h,构建心肌氧化损伤模型。并用姜黄素预处理4h,采用CCK-8检测细胞存活率,Hoechst33258,流式细胞术检测细胞凋亡,JC-1评价线粒体膜电位,利用FITC-LC3荧光显微镜检测自噬发生,同时应用免疫印迹(Western Blotting)检测凋亡、自噬相关蛋白以及通路蛋白的表达情况。  结果:⑴与正常对照组相比较,姜黄素(0,5,10,20,30,40μmol/l)孵育细胞4小时,对细胞的生存率无明显影响。而在此浓度范围内,姜黄素孵育4小时后,与200μmol/lH2O2共孵育4小时,可显著减轻H2O2对细胞生存率的影响,并且呈浓度依赖性,具有统计学意义(P<0.05)。⑵与正常对照组相比,200μmol/l H2O2显著增加细胞培养液中的LDH含量,而姜黄素可减少H2O2引起的LDH含量的增加,即减轻H2O2引起的细胞氧化应激性死亡,具有统计学意义(P<0.05)。⑶正常对照组显示一定比例的红色荧光以及绿色荧光;而CCCP作为线粒体电子传递链抑制剂,干预后作为线粒体膜电位下降的阳性对照,完全显示为绿色荧光;200μmol/l H2O2干预组显示有一定的红色荧光,而绿色荧光较正常对照组明显增强;10μmol/l姜黄素预处理后,绿色荧光较H2O2干预组减弱,具有统计学意义(P<0.05)。⑷正常对照组,细胞存在一定比例的凋亡现象,200μmol/l H2O2干预组,可明显增加凋亡细胞比例,具有统计学意义(P<0.05);姜黄素不同浓度的预处理,可不同程度减轻H2O2引起的细胞凋亡,具有一定的统计学意义(P<0.05)。⑸流式细胞仪以Annexin-Ⅴ(+)PI(-)标示早期凋亡细胞,Annexin-Ⅴ(+)PI(+)标示晚期凋亡和坏死细胞。正常对照组存在一定比例凋亡细胞,200μmol/lH2O2干预组,凋亡细胞比例明显增加,具有统计学意义(P<0.05);姜黄素预处理,5μmol/l姜黄素预处理组,凋亡细胞比例较H2O2干预组显著减低,具有统计学意义(P<0.05),而姜黄素浓度增加为20μmol/l,可进一步降低凋亡细胞的比例,具有一定的统计学意义(P<0.05)。⑹正常对照组存在一定的基础水平的自噬,而雷帕霉素作为自噬诱导剂,其干预处理作为阳性对照组,显示出强烈的绿色荧光;而H2O2干预,较之正常对照组,并没有改变绿色荧光(P>0.05),姜黄素10μmol/l的预处理,显著增加了绿色荧光强度,即增加自噬的发生,较之H2O2组,具有统计学意义(P<0.05)。⑺通过Western Blot凋亡相关蛋白caspase-3,cleaved-caspase-3,Bcl-2,Bax的表达。H2O2干预后cleaved-caspase-3,Bax表达显著增加,Bcl-2表达显著减少,较之正常对照组,具有统计学意义(P<0.05),姜黄素5μmol/l预处理可明显减轻cleaved-caspase-3、Bax、Bcl-2表达的改变,具有统计学意义(P<0.05),姜黄素20μmol/l预处理可进一步增强此作用。通过Western Blot检测LC3-Ⅱ/Ⅰ。姜黄素的预处理可以增加LC3-Ⅱ的蛋白表达,具有统计学意义(P<0.05),同时,姜黄素20μmol/l的预处理较5μmol/l的预处理组,其促进LC3-Ⅱ蛋白表达的作用进一步增强,具有统计学意义(P<0.05)。通过Western Blot检测P-Akt,P-mTOR蛋白的表达情况。H2O2的干预显著增加了P-Akt,P-mTOR的表达,具有统计学意义(P<0.05),而姜黄素预处理可明显减轻Akt,mTOR的磷酸化水平,具有统计学意义(P<0.05)。  结论:①姜黄素可减轻内皮细胞的氧化损伤,提高细胞生存率。②姜黄素通过激活细胞自噬抑制细胞凋亡从而减轻内皮氧化损伤。③姜黄素是通过调节Akt/mTOR途径发挥抗氧化作用的。
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