付青梅,張永春,張永創(chuàng),卜英博,謝 淼,王 茜
亞硒酸鈉對海洛因吸食者T淋巴細(xì)胞增殖及其線粒體功能的影響
付青梅,張永春,張永創(chuàng),卜英博,謝 淼,王 茜
目的 探討亞硒酸鈉對海洛因吸食者T淋巴細(xì)胞的保護(hù)作用及其與線粒體解偶聯(lián)相關(guān)指標(biāo)的關(guān)系。方法 使用不同海洛因吸食年限人員外周血,提取T淋巴細(xì)胞;四甲基偶氮唑藍(lán)(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)法檢測細(xì)胞生長情況,熒光分光光度法檢測細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS)、細(xì)胞線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential,△Ψm),用紫外分光光度計(jì)測線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)。結(jié)果 隨著吸食海洛因的時間增加,T淋巴細(xì)胞的增殖活性下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);隨著海洛因吸食年限的增加,T淋巴細(xì)胞線粒體MPTP增加、△Ψm下降、ROS升高(P<0.05);亞硒酸鈉可逆轉(zhuǎn)上述改變,且存在量效關(guān)系(P<0.05)。結(jié)論 長時間吸食海洛因所造成的氧化應(yīng)激狀態(tài),通過線粒體途徑對T淋巴細(xì)胞的功能和增殖情況有不利影響;亞硒酸鈉可以通過其抗氧化作用,降低ROS水平來逆轉(zhuǎn)上述過程,對T淋巴細(xì)胞具有保護(hù)作用。
亞硒酸鈉;T淋巴細(xì)胞;線粒體;線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔;活性氧;細(xì)胞線粒體膜電位
目前,國內(nèi)外部分研究提示,海洛因?qū)C(jī)體的主要影響是吸食者的尿硒濃度明顯低于健康人群[1]。硒在細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)中占有重要位置,具有保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、維持生物功能、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、預(yù)防疾病等重要作用,硒能夠增強(qiáng)淋巴細(xì)胞的抗氧化性,使免疫細(xì)胞免受損害。還可提高機(jī)體合成IgG、IgM等抗體的能力,提高機(jī)體免疫功能,且維生素E和硒的化合物能夠降低海洛因成癮大鼠的氧自由基含量,增強(qiáng)其抗氧化功能[2]。線粒體作為細(xì)胞能量供應(yīng)的核心細(xì)胞器,在細(xì)胞發(fā)揮其功能和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用[3]。本研究選擇亞硒酸鈉作為干預(yù)因素,對海洛因吸食者外周血T淋巴細(xì)胞進(jìn)行浸染,觀察亞硒酸鈉對T淋巴細(xì)胞是否具有保護(hù)作用,且與線粒體解偶聯(lián)相關(guān)指標(biāo)是否具有相關(guān)性,為下一步系統(tǒng)研究積累一定技術(shù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1.1 材料 從戒毒中心隨機(jī)選擇100名男性青中年海洛因吸食者的外周血,亞硒酸鈉(Sigma-Aldrich公司,批號:NC586234759)、無鈣、鎂離子的平衡鹽溶液(D-Hank’s液,pH 7.2~7.4)、淋巴細(xì)胞分離液(天津市TBD生物技術(shù)發(fā)展中心)、RPMI1640培養(yǎng)基(GIBCO)、小牛血清(華西醫(yī)科大學(xué))、尼龍棉(上?;w九廠)、MTT(Sigma公司)、詹納斯綠B(索萊寶公司)、Rh123(索萊寶公司)、DCFH-DA活性氧檢測試劑盒(碧云天生物技術(shù)研究所)。
1.2 方法
1.2.1 分組 100名海洛因吸食者根據(jù)入院前的綜合檢查情況,排除其他疾病,根據(jù)海洛因的吸食時間,將受試對象分為2、5、8年3個組別,實(shí)驗(yàn)前告知所有受試對象該研究的目的和意義,并選擇20名健康成年男性的外周血作為對照。
1.2.2 外周血單個核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMCs)的分離 采用密度梯度離心法[4]。取新鮮上述組別外周血,用D-Hank液稀釋2~3倍,充分混勻后用無菌毛細(xì)吸管吸取5~6 ml稀釋的白細(xì)胞懸液沿管壁小心緩慢地加入事先已裝有3 ml淋巴細(xì)胞分離液的10 ml離心管內(nèi),水平式轉(zhuǎn)頭,2000 r/min離心,20 min,絕大多數(shù)PBMCs懸浮于血漿與分層液的界面上,為灰白色狀,將此層移入另一試管。用5倍以上體積的D-Hank液充分洗滌,1600 r/min,離心8 min,棄上清;1000 r/min,離心10 min,棄上清液去除混雜的血小板,所得單個核細(xì)胞重懸于含100 ml/L胎牛血清蛋白(FCS)的RPMI1640培養(yǎng)基中。
1.2.3 PBMCs中淋巴細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞的分離 采用玻璃器黏附法[5]。將分離的PBMCs細(xì)胞數(shù)調(diào)至2×106/ml置于120 mm玻璃培養(yǎng)瓶內(nèi),充分搖晃,混勻,于50 ml/L CO2孵箱中37 ℃靜置60~90 min后,以毛細(xì)吸管小心輕吸未黏附之細(xì)胞懸液,即為去除單核細(xì)胞的淋巴細(xì)胞懸液。
1.2.4 T淋巴細(xì)胞的分離純化 采用尼龍棉柱濾過法[6]。尼龍棉以0.2 mol/L HCl浸泡6 h,再用大量蒸餾水反復(fù)沖洗,晾干。稱取尼龍棉50 mg將其仔細(xì)撕開裝填入10 ml注射器內(nèi),高壓滅菌。尼龍棉柱高度為6 cm,可有效地過濾(2~3)×107個細(xì)胞。用D-Hank液和含200 ml/L FCS的RPMI1640培養(yǎng)基洗柱各2次,以平衡pH、溫度、排除空氣,37 ℃放置1 h。上柱前,先將平衡液放出,加入細(xì)胞數(shù)為2×107/ml的淋巴細(xì)胞懸液0.5 ml,平放尼龍棉柱,以細(xì)長的毛細(xì)滴管伸入柱內(nèi)界面加入培養(yǎng)液0.5 ml封口,將柱于37 ℃靜置孵育1 h。用預(yù)溫的培養(yǎng)液淋洗柱2~3次,流速控制在1 ml/min,收集最初的10 ml流出液,1300 r/min,離心10 min,計(jì)數(shù)細(xì)胞并調(diào)整細(xì)胞數(shù),此即分離的純化T淋巴細(xì)胞。
1.2.5 T淋巴細(xì)胞的培養(yǎng) 將分離的T淋巴細(xì)胞培養(yǎng)于含200 ml/L FCS、2 mmol/L谷氨酰胺、20 mmol/L N-2-羥乙基哌嗪-N′-2-乙烷磺酸(HEPES)、100 U/ml 青霉素、100 U/ml鏈霉素的RPMI1640完全培養(yǎng)基中,調(diào)整細(xì)胞數(shù)為1×106/ml。
1.2.6 MTT法檢測細(xì)胞生長 將分離所得的T淋巴細(xì)胞按2×105個/ml接種于24孔細(xì)胞培養(yǎng)板中;加入上述培養(yǎng)基1.5 ml培養(yǎng)4 h后,部分轉(zhuǎn)入96孔板中,104個/孔,培養(yǎng)24 h后使用不同濃度的亞硒酸鈉(0.02、0.1、0.500 μmol/L)侵染,生理鹽水作為對照。干預(yù)48 h后小心吸取孔內(nèi)培養(yǎng)基,每孔加入80 μl無血清培養(yǎng)基和20 μl MTT溶液(5 μg/L),繼續(xù)培養(yǎng)4 h。小心吸取孔內(nèi)液體,每孔加入150 μl二甲基亞砜,低速震蕩10 min后,用酶標(biāo)儀檢測490 nm處的吸光度值。吸光度值反映細(xì)胞增殖活性,其高低與細(xì)胞增殖活性成正比。
1.2.7 線粒體的提取及形態(tài)學(xué)鑒定 T淋巴細(xì)胞接種于25 cm2細(xì)胞培養(yǎng)瓶中,培養(yǎng)致細(xì)胞匯合度為90%。細(xì)胞分組干預(yù)完成后,消化離心收集細(xì)胞,使用含250 mmol/L蔗糖的細(xì)胞裂解液裂解細(xì)胞,4 000 r/min離心10 min,取上清,10 000 r/min離心15 min,棄上清,收集沉淀為線粒體(注:提取線粒體步驟均于冰上進(jìn)行)。將剛提取的線粒體均勻涂于載玻片上,再滴1滴0.02%詹納斯綠B染液。覆蓋玻片浸染10 min,用高倍鏡(10×40)觀察線粒體形態(tài)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
1.2.8 MPTP開放度檢測 細(xì)胞分組及刺激及線粒體的制備同上。使用測定介質(zhì)(230 mmol/L甘露醇,70 mmol/L蔗糖,3 mmol/L Hepes,pH7.4)調(diào)整線粒體蛋白含量約為1 mg/ml。使用752 N型紫外分光光度計(jì)測定540 nm波長處吸光度值。MPTP開放造成線粒體膨脹,線粒體吸光度值減少越多,說明MPTP的開放程度越大,相反,線粒體吸光度值減少越小,說明MPTP的開放程度越小。
1.2.9 △Ψm的檢測 細(xì)胞分組及刺激及線粒體的制備同上,向線粒體中加入測定介質(zhì)P(4.2787 g蔗糖,0.0034 g KH2PO4,0.0260 g HEPES,0.0567 g琥珀酸鈉溶于雙蒸餾水中,定容至50 ml,過濾除菌,4 ℃保存)。調(diào)整線粒體蛋白含量,使各組含量基本一致。加入Rh 123染色液(DMSO配制,濃度為1 mg/ml),使其終濃度為5 μg/ml,37 ℃避光孵育30 min,使用Cary Eclipse熒光分光光度計(jì)測激發(fā)光為480 nm,發(fā)射光為525 nm的熒光強(qiáng)度,△Ψm與熒光強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。
1.2.10 ROS的DCFH-DA熒光探針檢測 細(xì)胞分組處理后收集細(xì)胞,加入終濃度為10 μmol/L的DCFH-DA,于37 ℃培養(yǎng)箱中孵育30 min。孵育結(jié)束后,用無血清培養(yǎng)基洗細(xì)胞3次,以充分去除未進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的DCFH-DA,再次收集細(xì)胞后,PBS重懸,用熒光分光光度汁測定2′,7′-二氯熒光黃(DCF)的熒光強(qiáng)度。檢測條件:激發(fā)波長488 nm,發(fā)射波長525 nm,激發(fā)和發(fā)射波長的光柵寬度均設(shè)為5 nm。ROS含量與熒光強(qiáng)度呈正相關(guān)。
2.1 亞硒酸鈉對T淋巴細(xì)胞增殖活性的影響 與各自對照組相比,隨著亞硒酸鈉濃度的增加細(xì)胞光密度(optical density, OD)值逐漸增加,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);組間比較,相同劑量亞硒酸鈉作用于不同年限吸毒組后,較之對照組,細(xì)胞OD值均降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。說明亞硒酸鈉可以上調(diào)T淋巴細(xì)胞增殖活性;而長時間吸食海洛因可使T淋巴細(xì)胞增殖活性減低(表1)。
表1 亞硒酸鈉對T淋巴細(xì)胞增殖活性的影響 (μmmol/L;±s)
注:與空白對照組比較,①P<0.05;相同劑量亞硒酸鈉組與對照組比較,②P<0.05
2.2 線粒體形態(tài)學(xué)鑒定 詹納斯綠B是線粒體的專一性染色劑,其染色原理是線粒體中細(xì)胞色素氧化酶使染料保持氧化狀態(tài)呈藍(lán)綠色,而在周圍的細(xì)胞質(zhì)中染料被還原,成為無色狀態(tài)。經(jīng)詹納斯綠B染色后,提取的線粒體呈現(xiàn)圓形、橢圓形和桿狀的藍(lán)綠色物質(zhì)(圖1)。
圖1 線粒體的詹納斯綠B染色(10×40)
2.3 MPTP開放度檢測 與各自對照組相比,隨著亞硒酸鈉濃度的增加細(xì)胞OD值逐漸增加,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);組間比較,相同劑量亞硒酸鈉作用于不同年限海洛因吸食組后,較之對照組,細(xì)胞OD值均降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。說明亞硒酸鈉可以使細(xì)胞線粒體MPTP開放度減低,對細(xì)胞線粒體起到一定保護(hù)作用;而長時間吸食海洛因可使細(xì)胞線粒體MPTP開放度增加(表2)。
2.4 △Ψm的檢測 隨著亞硒酸鈉濃度的增加,較之各自對照組,細(xì)胞熒光強(qiáng)度降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。組間比較,相同劑量亞硒酸鈉組中,亞硒酸鈉作用于于不同年限吸毒組后,較之亞硒酸鈉所干預(yù)的正常組,細(xì)胞熒光強(qiáng)度增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。說明亞硒酸鈉可以使細(xì)胞線粒體膜電位升高,對細(xì)胞線粒體起到一定保護(hù)作用;而吸食海洛因可使細(xì)胞線粒體膜電位降低(表3)。
2.5 細(xì)胞內(nèi)ROS含量 與各自對照組相比,隨著亞硒酸鈉劑量的增加,細(xì)胞DCF熒光強(qiáng)度逐漸減低。相同劑量亞硒酸鈉干預(yù)的不同組間比較,隨著海洛因吸食時間的增加,細(xì)胞DCF熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)增高趨勢。說明亞硒酸鈉可以使細(xì)胞ROS含量降低;而吸食海洛因可使細(xì)胞內(nèi)ROS含量升高(表4)。
表2 亞硒酸鈉對各組細(xì)胞MPTP的影響 (μmmol/L;±s)
注:與空白對照組比較,①P<0.05;相同劑量亞硒酸鈉組與對照組比較,②P<0.05
表3 亞硒酸鈉對各組細(xì)胞線粒體膜電位的影響 (μmmol/L;±s)
注:與空白對照組比較,①P<0.05;相同劑量亞硒酸鈉組與對照組比較,②P<0.05
表4 亞硒酸鈉對各組細(xì)胞內(nèi)ROS的影響 (μmmol/L;±s)
注:與空白對照組比較,①P<0.05;相同劑量亞硒酸鈉組與對照組比較,②P<0.05
海洛因成癮者易發(fā)各種微生物的感染,且感染后不易治愈。其艾滋病發(fā)生率、腫瘤發(fā)生率和轉(zhuǎn)移率均明顯高于普通人群,提示海洛因依賴者免疫功能紊亂或遭到嚴(yán)重?fù)p傷。相關(guān)研究提示,海洛因可以導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞免疫功能出現(xiàn)異常[7]。Simonovska 等[8]在對海洛因致成癮者體液免疫的研究中指出,海洛因?qū)Τ砂a者體液免疫功能有損傷作用,早期的報告中亦指出藥物濫用能抑制外周血T細(xì)胞的E-花環(huán)形成,毒品依賴者外周血T細(xì)胞減少,絲裂原誘導(dǎo)的T細(xì)胞增殖能力下降[9]。線粒體是細(xì)胞的能量中心,細(xì)胞內(nèi)大約90%的氧在線粒體被消耗,正常情況下絕大部分的氧在線粒體內(nèi)被電子傳遞鏈傳來的電子還原為水,3%~4%的氧被電子傳遞鏈漏出的電子單價還原,形成超氧陰離子,成為細(xì)胞內(nèi)ROS的主要來源,生理?xiàng)l件下線粒體內(nèi)存在有效的抗氧化機(jī)制,自由基可被抗氧化酶和抗氧化物清除[10]。但線粒體是機(jī)體承受體外有害因素打擊的靶點(diǎn),當(dāng)其功能受到影響后,正常的氧化應(yīng)激平衡被打破,此時機(jī)體就會受到氧化應(yīng)激損傷[11],且線粒體功能的正常與否直接影響到細(xì)胞的增殖和凋亡[12],增殖和凋亡的總體表現(xiàn)為對細(xì)胞增殖活性的影響。然而,T淋巴細(xì)胞是細(xì)胞免疫的核心細(xì)胞,因而可影響細(xì)胞免疫功能。
線粒體作為細(xì)胞能量供應(yīng)的核心,對不同細(xì)胞發(fā)揮其功能密切相關(guān),其功能的紊亂也將對各細(xì)胞發(fā)揮其功能造成影響。有人對海洛因的損傷機(jī)制研究時發(fā)現(xiàn),海洛因進(jìn)入人體內(nèi)后與體內(nèi)的某些酶、受體蛋白結(jié)合產(chǎn)生性質(zhì)活潑的氮自由基和其他類型自由基引發(fā)氧自由基反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)而造成病理性損傷[13,14];硒能夠增強(qiáng)淋巴細(xì)胞的抗氧化性,使免疫細(xì)胞免受損害[15]。因此,本研究以線粒體作為研究目標(biāo)點(diǎn),以亞硒酸鈉作為實(shí)驗(yàn)干擾條件,選擇與線粒體解偶聯(lián)功能密切相關(guān)的Δψm、MPTP、ROS作為研究對象,以期從線粒體解偶聯(lián)功能層面研究海洛因?qū)γ庖吖δ艿挠绊憽?/p>
本研究發(fā)現(xiàn),隨著亞硒酸鈉劑量的增加,T淋巴細(xì)胞增殖活性逐漸增加。而相同劑量的亞硒酸鈉干預(yù)組中,T淋巴細(xì)胞的增殖活性隨著吸食海洛因的時間增加而下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。進(jìn)一步提取T淋巴細(xì)胞線粒體后檢測細(xì)胞內(nèi)線粒體相關(guān)指標(biāo)發(fā)現(xiàn):隨著毒品吸食年限的增加,T淋巴細(xì)胞線粒體MPTP增加、△Ψm下降、ROS升高。而用不同濃度的亞硒酸鈉干預(yù)4組T淋巴細(xì)胞后發(fā)現(xiàn),隨著亞硒酸鈉濃度的增加,細(xì)胞增殖活性增加,T淋巴細(xì)胞線粒體MPTP下降、△Ψm升高、ROS下降。綜合分析出現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,其原因可能是長期吸食毒品,其通過影響細(xì)胞內(nèi)線粒體的相關(guān)功能,對機(jī)體免疫系統(tǒng)造成損害,使以T淋巴細(xì)胞為主的免疫細(xì)胞能量供應(yīng)受損,甚至釋放細(xì)胞色素C,啟動線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑,使T淋巴細(xì)胞功能和數(shù)量下降,進(jìn)而使機(jī)體免疫功能受損。具體過程可能為長期吸食毒品所造成的機(jī)體氧化應(yīng)激,該應(yīng)激狀態(tài)可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧含量增加,活性氧在正常情況下是一種外源性刺激的生理調(diào)節(jié)劑。然而,活性氧的過度增加可引起細(xì)胞的氧化損傷[16],當(dāng)細(xì)胞內(nèi)活性氧水平明顯增加到一定程度時,可誘導(dǎo)線粒體膜滲透性轉(zhuǎn)換孔開放,進(jìn)而線粒體膜電位下降,線粒體膜電位的下降又發(fā)生于經(jīng)線粒體誘導(dǎo)的凋亡途徑中[17],使細(xì)胞增殖活性下降。下降的線粒體膜電位還可引起線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C釋放,細(xì)胞色素C與胱天蛋白酶原9及胱天蛋白酶原9協(xié)同因子結(jié)合,形成凋亡小體,從而活化胱天蛋白酶3,活化的胱天蛋白酶3可清除細(xì)胞內(nèi)許多與凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì),最終引起細(xì)胞凋亡[18],并使T淋巴細(xì)胞增殖活性降低。
硒是谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)的重要組分,每個酶分子含有4個硒原子。GSH-Px是抗過氧化物的重要組成部分,其主要功能是阻止過氧化物和自由基的形成[19]??梢?,硒最主要的生物學(xué)功能是構(gòu)成谷胱甘肽過氧化物酶的重要成分,催化還原型谷胱甘肽變成氧化型谷胱甘肽,使有毒的過氧化物變成無毒的羥基化物。正是由于含硒的GSH-Px能催化H2O2還原,使活性氧減少。從而逆轉(zhuǎn)上述過程,最終使細(xì)胞增殖活性上升。
本研究結(jié)果表明,長時間吸食海洛因所造成的氧化應(yīng)激狀態(tài),通過細(xì)胞線粒體途徑對T淋巴細(xì)胞的增殖有不利影響。而亞硒酸鈉可以通過其抗氧化作用,降低ROS水平來逆轉(zhuǎn)上述過程,對T淋巴細(xì)胞具有保護(hù)作用。本研究由于科研經(jīng)費(fèi)限制,未能檢測與線粒體功能密切相關(guān)的細(xì)胞凋亡水平,使得結(jié)果有一定局限性。在今后的研究中將進(jìn)一步做凋亡方面的檢測,且本研究還處于細(xì)胞研究階段,對細(xì)胞免疫功能的影響還有待于動物實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步研究。
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(2014-08-11收稿 2014-12-23修回)
(責(zé)任編輯 岳建華)
Effects of sodium selenite on T lymphocyte proliferation and mitochondrial functioninvitro
FU Qingmei, ZHANG Yongchun, ZHANG Yongchuang,BU Yingbo,XIE Miao,and WANG Qian.
Guizhou Province Hospital of Chinese People’s Armed Police Forces, Guiyang 550005, China
Objective To study whether or not there is protective effect of sodium selenite on T lymphocytes of heroin addicts, and if it correlates with mitochondrial uncoupling related indicators. Methods T lymphocytes extracted from peripheral blood of people who abuse heroin in different periods. Cell proliferation was detected by MTT, the levels of ROS,△Ψm were detected by fluorescence spectrophotometer, MPTP was measured by ultraviolet spectrophotometer. Results With the increased duration of heroin-abuse, T lymphocyte proliferation activity decreased significantly(P<0.05); T lymphocyte mitochondrial MPTP increased, △Ψm decreased, ROS increased(P<0.05). Sodium selenite can reverse these changes,and there is a dose-effect relationship(P<0.05). Conclusions Oxidative stress caused by prolonged heroin abuse has an adverse effect on the function and proliferation of T lymphocytesviathe mitochondrial pathway. Sodium selenite has a protective effect on T lymphocytes by its antioxidant effect, which reduces the level of ROS to reverse the above process.
sodium selenite; T lymphocytes; mitochondria; mitochondrial permeability transition pore; reactive oxygen species; mitochondrial membrane potential
貴州省科技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合J字[2012]2322號)
付青梅,本科學(xué)歷,主任醫(yī)師,E-mail:fqmdyx@163.com
550005貴陽,武警貴州總隊(duì)醫(yī)院
張永春,E-mail: anshunzyc@hotmail.com
R392.12