張景泉,桑旭星,姜艷艷,楊依,方芳
(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,北京 100029)
開心散含藥血清對β-淀粉樣蛋白致SH-SY5Y細(xì)胞損傷的影響
張景泉,桑旭星,姜艷艷,楊依,方芳*
(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,北京 100029)
目的:研究開心散含藥血清對β-淀粉樣蛋白所致人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y損傷的影響及其機(jī)制。方法:SD大鼠灌胃給予開心散(0.58 g/Kg,1.16 g/Kg,2.32 g/Kg),連續(xù)7天,每天2次,第8天末次給藥后1 h腹主動(dòng)脈取血,制備開心散含藥血清,將不同濃度的開心散含藥血清加入SH-SY5Y細(xì)胞孵育2 h后,加入Aβ25-35(10 μmol/L),共同培養(yǎng)24 h。采用MTT法檢測細(xì)胞活力,流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡,活性氧表達(dá)及線粒體膜電位。結(jié)果:與正常對照組細(xì)胞比較,Aβ25-35(10 μmol/L)可以明顯降低SH-SY5Y細(xì)胞的細(xì)胞存活率,增加細(xì)胞凋亡率,升高細(xì)胞內(nèi)活性氧的含量,降低線粒體膜電位;開心散含藥血清可以明顯抑制細(xì)胞凋亡,提高細(xì)胞存活率,降低活性氧表達(dá)及提高線粒體膜電位(P<0.01)。 結(jié)論:開心散含藥血清能減輕Aβ25-35所致的細(xì)胞損傷,可能與保護(hù)線粒體,減少細(xì)胞凋亡有關(guān)。
開心散;含藥血清;Aβ25-35;SH-SY5Y
阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性病變,且隨時(shí)間病情不斷惡化,60%~70%患者出現(xiàn)癡呆癥狀,最終機(jī)體功能喪失,直至死亡[1]。其發(fā)病原因尚不明確,主要的病理變化為神經(jīng)元細(xì)胞外淀粉樣斑塊、神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)Τau蛋白高度磷酸化的神經(jīng)纖維纏結(jié)以及神經(jīng)細(xì)胞和突觸數(shù)量減少[2]。眾多的研究發(fā)現(xiàn),腦內(nèi)淀粉樣斑塊的的主要成分β-淀粉樣蛋白(Aβ)水平增高時(shí),可引起突觸及神經(jīng)元的損傷,神經(jīng)元離子平衡改變、氧化損傷及細(xì)胞凋亡等一系列后果的產(chǎn)生[3],減少Aβ神經(jīng)毒性是抗阿爾茨海默病治療藥物研究的一個(gè)方向。
中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,阿爾茨海默病的病因病機(jī)為“腎虛髓虧為本,痰瘀阻滯為標(biāo)”,五臟失調(diào),腦髓失用是AD的關(guān)鍵。由人參、遠(yuǎn)志、石菖蒲和茯苓組成的傳統(tǒng)中藥復(fù)方開心散,源自孫思邈的《備急千金藥方》,具有養(yǎng)心安神益智之功效,主要用于心氣不足、神志不寧、健忘失眠等癥。臨床應(yīng)用于神經(jīng)衰弱、神經(jīng)官能癥、抑郁癥、老年癡呆等確有療效。現(xiàn)代藥理研究表明,開心散具有抗抑郁[4]、抗氧化損傷[5]、延緩衰老[6]及改善多種認(rèn)知障礙動(dòng)物模型的學(xué)習(xí)記憶能力[7-9]等作用。本課題組前期研究已證實(shí)開心散具有改善AD模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,為進(jìn)一步探討開心散改善AD的認(rèn)知功能的作用,本研究采用中藥血清藥理學(xué)的原理,研究開心散含藥血清對Aβ25-35引起人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞損傷的作用及相關(guān)機(jī)制。
1.1 試驗(yàn)藥物
開心散組成藥物人參、遠(yuǎn)志、石菖蒲、茯苓均購自北京同仁堂藥店,并經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定與資源系張媛副教授鑒定為正品并符合《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)。按開心散處方比例(茯苓∶人參∶石菖蒲∶遠(yuǎn)志=2∶1∶1∶1)將藥材混合,10倍量水浸泡1 h后煎煮1.5 h,過濾,濾渣繼續(xù)用10倍量水煎煮2次,每次1.5 h,過濾,合并濾液,濃縮成干粉。計(jì)算產(chǎn)率為19.92%,備用。
1.2 動(dòng)物
SD大鼠,雄性,體質(zhì)量200~230 g,清潔級,購自北京斯貝福生物技術(shù)有限公司,許可證號SCXK(京)2011-0004。
1.3 試劑
Aβ25-35(A4559)(美國Sigma公司,規(guī)格1 mg);磷酸鹽緩沖液(PBS)(21-040-CVR)、RPMI 1640培養(yǎng)基(10-040-CVR)和胎牛血清(430639)(Corning公司);含0.25%EDTA的胰酶(25200-072)(Gibco公司); MTT試劑(298-97-1)(拜爾迪公司);Annexin V-PI細(xì)胞凋亡試劑盒(CA1020)(索萊寶公司);活性氧試劑盒(S0033)和線粒體膜電位試劑盒(C2006)(碧云天公司)。
1.4 儀器
超凈工作臺(tái)(BJ-2CD,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司);CO2恒溫培養(yǎng)箱(RCO-3000T-5V型,美國G.S.公司);酶標(biāo)儀(ThermoLabsystems Multiskan Mk3,美國Thermo公司);離心機(jī)(LD5-2A,北京京立離心機(jī)有限公司);流式細(xì)胞儀(Canpo-2,美國BD公司)。
1.5 實(shí)驗(yàn)方法
1.5.1 開心散含藥血清的制備
健康成年雄性SD大鼠,適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為4組,每組4只,空白對照組及開心散藥粉三個(gè)劑量組(0.58 g/kg,1.16 g/kg,2.32 g/kg),開心散組大鼠連續(xù)7天灌胃給予不同劑量的開心散,10 mL/kg,每天2次,空白對照組大鼠給予相應(yīng)容積的蒸餾水。于第8日給藥后1 h經(jīng)腹主動(dòng)脈取血,全血靜置3 h,于離心機(jī)4℃,3 500 r/min 離心10 min,取上清血清,置于56℃水浴鍋滅活30 min,0.22 μm微孔濾膜過濾2次,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.5.2 SH-SY5Y細(xì)胞培養(yǎng)
SH-SY5Y細(xì)胞由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所張丹研究員惠贈(zèng),用含10%胎牛血清+1%青鏈霉素混合液的RPMI 1640完全培養(yǎng)基,于37℃,5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱培養(yǎng)。細(xì)胞融合度至80%左右,按照1∶3進(jìn)行傳代,去對數(shù)生長期的細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1.5.3 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
實(shí)驗(yàn)時(shí)將細(xì)胞分成空白對照組、Aβ25-35模型組和開心散組。空白對照組、Aβ25-35模型組細(xì)胞換用含10%空白鼠血清的RPIM 1640培養(yǎng)基,開心散組換用含10%不同劑量開心散含藥血清的RPIM 1640培養(yǎng)基,培養(yǎng)2 h后,除空白對照組外,其余各組加入終濃度為10 μmol/L的Aβ25-35,培養(yǎng)24 h后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。
1.5.4 細(xì)胞活力測定
SH-SY5Y細(xì)胞每孔接種1×104個(gè)細(xì)胞于96孔板,融合度至80%時(shí),按上述分組給藥處理后,吸除96孔培養(yǎng)板中培養(yǎng)基,PBS洗滌2次,每孔加入配制好的MTT溶液(1 mg/mL)200 μL,于37℃ CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱孵育4 h,孵育后吸除孔中液體,每孔加入150 μL DMSO,搖床上振搖10 min,待紫色結(jié)晶充分溶解,酶標(biāo)儀于490 nm處測定器吸光度值。
1.5.5 細(xì)胞凋亡檢測
SH-SY5Y細(xì)胞每孔接種1×106個(gè)細(xì)胞于6孔板,融合度至80%時(shí),按上述分組給藥處理后,參照Annexin V-PI細(xì)胞凋亡試劑盒說明書,吸除6孔培養(yǎng)板中培養(yǎng)基,BS洗滌2次,胰酶消化1 min,收集細(xì)胞至離心管,1 000 r/min離心5 min,用稀釋好的Binding Buffer溶液重懸細(xì)胞2次,棄上清后用100 μL Binding Buffer將每孔收集的細(xì)胞混懸至1.5 ml Eppendorf管中,避光加入Annexin-V試劑5 μL,輕輕混勻后加入PI試劑5 μL,每管補(bǔ)加Binding Buffer 200 μL,置于冰浴反應(yīng)30 min,流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡。
1.5.6 活性氧檢測
SH-SY5Y細(xì)胞每孔接種1×106個(gè)細(xì)胞于6孔板,融合度至80%時(shí),按上述分組給藥處理后,去除培養(yǎng)液,PBS洗滌2次,胰酶消化1 min,1 000 r/min離心5 min。棄置上清,重懸細(xì)胞后加入1 mL稀釋好的DCFH-DA,37℃細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)孵育20 min。用無血清細(xì)胞培養(yǎng)液洗滌3次,收集細(xì)胞,流式細(xì)胞儀檢測熒光強(qiáng)度。
1.5.7 線粒體膜電位檢測
SH-SY5Y細(xì)胞每孔接種1×106個(gè)細(xì)胞于6孔板,融合度至80%時(shí),按上述分組給藥處理后,吸除6孔板內(nèi)培養(yǎng)基,PBS洗滌2次。胰酶消化1 min,收集細(xì)胞入離心管內(nèi),1 000 r/min離心5 min。棄上清,重懸細(xì)胞于0.5 ml細(xì)胞培養(yǎng)液,加入0.5 mL JC-1染色工作液,顛倒數(shù)次混勻。細(xì)胞培養(yǎng)箱中37℃孵育20 min。孵育結(jié)束后,1 000 r/min離心5 min,收集細(xì)胞。JC-1染色緩沖液(1×)洗滌2次,300 μL PBS重懸細(xì)胞,流式細(xì)胞儀檢測熒光強(qiáng)度。
1.5.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用SAS 9.3軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,多組之間比較用單因素方差分析,兩組之間比較采用t檢驗(yàn)。P<0.05為有顯著性差異。
2.1 開心散含藥血清對Aβ25-35損傷SH-SY5Y細(xì)胞活力影響
與空白對照組比較,10 μmol/L Aβ25-35處理后的SH-SY5Y細(xì)胞活力明顯下降(68.3%),而給予不同劑量開心散含藥血清能顯著對抗Aβ25-35造成的細(xì)胞損傷(P<0.01),其中以中劑量效果最佳。結(jié)果見表1。
表1 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞活力的影響
注:與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
2.2 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞凋亡的影響
經(jīng)流式細(xì)胞儀檢測結(jié)果顯示,Q3區(qū)域表示正常細(xì)胞百分?jǐn)?shù),Q4區(qū)域?yàn)樵缙诘蛲黾?xì)胞百分?jǐn)?shù),Q2區(qū)域?yàn)橥砥诘蛲黾?xì)胞百分?jǐn)?shù),將早期凋亡細(xì)胞百分?jǐn)?shù)和晚期凋亡細(xì)胞百分?jǐn)?shù)之和作為總凋亡率。與正常對照組比較,Aβ25-35處理后的細(xì)胞凋亡率達(dá)37%左右,而預(yù)先給予不同劑量的開心散含藥血2 h后,再給予Aβ25-35,可顯著抑制細(xì)胞凋亡(P<0.01),以中劑量效果最佳。結(jié)果見表2,圖1。
表2 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞凋亡的影響
注:與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
圖1 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞凋亡的影響 注:與空白對照組比較,##P<0.01;與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
2.3 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞內(nèi)活性氧生成的影響
應(yīng)用熒光探針DCFH-DA來檢測活性氧水平。細(xì)胞內(nèi)活性氧可以氧化水解生成的DCFH產(chǎn)生有熒光的DCF。以染色的陰性細(xì)胞為基線,與正常染色細(xì)胞比較,經(jīng)Aβ25-35損傷后的細(xì)胞活性氧生成明顯增加(P<0.01),而預(yù)先使用開心散含藥血清處理2 h后,可顯著降低Aβ25-35引起的活性氧的生成(P<0.01)。結(jié)果見表3,圖2。
表3 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞活性氧生成的影響
注:與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
圖2 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞活性氧生成的影響注:與空白對照組比較,##P<0.01;與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
2.4 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞線粒體膜電位的影響
流式細(xì)胞儀對細(xì)胞線粒體膜電位進(jìn)行檢測,線粒體膜電位的檢測應(yīng)用JC-1探針,JC-1積累于線粒體內(nèi),當(dāng)線粒體膜電位較低時(shí),JC-1以單體形式存在而不可聚集于線粒體基質(zhì)中。P2區(qū)域內(nèi)細(xì)胞為正常細(xì)胞,即此區(qū)域內(nèi)細(xì)胞線粒體膜電位處于正常水平,而啟動(dòng)凋亡的細(xì)胞處于P2區(qū)域外,其線粒體膜電位較低。與正常對照組比較,10 μmol/L Aβ25-35可以明顯導(dǎo)致SH-SY5Y細(xì)胞線粒體膜電位降低(P<0.01);而開心散含藥血清處理2 h后給予Aβ25-35,10 μmol/L細(xì)胞線粒體膜電位顯著升高(P<0.01)。結(jié)果見表4,圖3。
表4 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞線粒體膜電位的影響
注:與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
圖3 開心散含藥血清對Aβ25-35致SH-SY5Y細(xì)胞線粒體膜電位的影響 注:與空白對照組比較,##P<0.01;與Aβ25-35模型組比較,**P<0.01。
在中藥及中藥復(fù)方的體外藥理研究中,直接給藥法難以確定發(fā)揮藥效的主要成分,因離體反應(yīng)系統(tǒng)難以模擬真實(shí)的體內(nèi)環(huán)境,其次,多數(shù)中藥經(jīng)復(fù)雜體內(nèi)的過程,一些原藥可能會(huì)發(fā)生理化變化[10]。故本實(shí)驗(yàn)采用血清藥理方法來模擬藥物體內(nèi)過程。
APP經(jīng)Aβ肽途徑切割形成Aβ1-40與Aβ1-42[11]。以Aβ1-42疏水性強(qiáng),易聚集,且更具細(xì)胞毒性[12]。本實(shí)驗(yàn)采用Aβ25-35片段,Aβ25-35片段為Aβ1-42有效片段,且具備細(xì)胞毒性[13]。Aβ假說一直是公認(rèn)的阿爾茨海默癥病理學(xué)理論依據(jù),即Aβ胞外聚集,可引起神經(jīng)細(xì)胞突觸損傷,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生[14]。細(xì)胞凋亡是一種高度調(diào)節(jié)與控制的過程,當(dāng)細(xì)胞受到到外界刺激或損傷時(shí),啟動(dòng)凋亡[15]。本實(shí)驗(yàn)采用MTT法檢測細(xì)胞活力及Annexin V-PI雙染試劑盒對細(xì)胞凋亡進(jìn)行檢測,Annexin V為鈣離子依賴性磷脂結(jié)合蛋白,可檢測到細(xì)胞凋亡過程中的磷脂酰絲氨酸并與之特異性結(jié)合,從而區(qū)分正常細(xì)胞與凋亡細(xì)胞。結(jié)果顯示,Aβ25-35可降低細(xì)胞存活率,引起細(xì)胞凋亡的發(fā)生,而當(dāng)給予開心散含藥血清進(jìn)行保護(hù)后,細(xì)胞存活率顯著提高,凋亡的細(xì)胞明顯減少。
在阿爾茨海默癥病因的研究中,有兩大因素一直被認(rèn)為與阿爾茨海默癥存在直接聯(lián)系,即氧化應(yīng)激與線粒體功能障礙[16]。當(dāng)活性氧生成增加,細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失衡,傾向氧化,造成DNA鏈斷裂,破壞細(xì)胞信號傳導(dǎo),直至細(xì)胞凋亡[17]。另一主要因素線粒體功能障礙的主要表現(xiàn)為線粒體膜電位的破壞,即受損傷細(xì)胞線粒體膜電位顯著降低,而Aβ的胞外聚集又與線粒體功能障礙有很大的關(guān)聯(lián)[18]。線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔的開放可導(dǎo)致線粒體膜電位降低,而活性氧既可促使線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔的開放,又是線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔開放后的產(chǎn)物,由此可見,線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激也存在密切聯(lián)系。而在細(xì)胞凋亡過程中,線粒體又起到了關(guān)鍵的作用,例如釋放Caspase的激活因子細(xì)胞色素C,從而啟動(dòng)凋亡[19]。本實(shí)驗(yàn)通過流式細(xì)胞儀檢測線粒體膜電位變化及活性氧的表達(dá)。結(jié)果顯示,Aβ25-35可提高活性氧表達(dá),降低細(xì)胞線粒體膜電位,而開心散含藥血清可通過提高線粒體膜電位及降低活性氧生成來對細(xì)胞進(jìn)行保護(hù),提示其保護(hù)途徑可通過線粒體途徑。綜上所述,開心散含藥血清可通過線粒體途徑,抑制細(xì)胞凋亡,從而減輕Aβ25-35誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷,為開心散改善AD認(rèn)知功能的研究提供了支持依據(jù)。
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ProtectiveEffectofKXS-medicatedSerumagainsttheInjuryofSH-SY5YCellInducedbyβ-amyloidProtein
ZHANG Jing-quan,SANG Xu-xing, JIANG Yan-yan, YANG Yi, FANG Fang*
(SchoolofChineseMateriaMedica,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100029,China)
Objective: To investigate the protective effect of medicated serum of Kaixin san(KXS) on neuroblastoma SH-SY5Y induced by Aβ25-35and its possible mechanism. Methods: Healthy SD rats were orally given KXS twice a day for seven days, blood was taken from abdominal aorta and KXS-medicated serum was prepared 1h after KXS administration on 8th day. SH-SY5Y cells were cultured with Aβ25-35(10 μmol/L) for 24 h in the presence and absence of KXS-medicated serum. Cell viability was measured by MTT method. Cell apoptosis, ROS level and mitochondrial membrane potential were detected by flow cytometry. Results: Compared to the blank serum control group, Aβ25-35significantly inhibited cell viability, increased the cell apoptosis and ROS level, and decreased the mitochondrial membrane potential. The addition of KXS-medicated serum prior to the intervention of Aβ25-35could significantly enhance the cell survival rate, attenuate the production of ROS, reduce the cell apoptosis, and increase the mitochondrial membrane potential. Conclusion: Medicated serum of KXS has a protective effect against the Aβ25-35-induced injury in SH-SY5Y cells, which may be associated with the inhibition of apoptosis and the protection of mitochondria.
Kaixin san; Medicated serum; Aβ25-35; SH-SY5Y
R285.5
A
1002-2406(2017)06-0027-05
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81373995)
張景泉(1991-),男,北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥藥理學(xué)專業(yè)碩士研究生。
方芳*(1972-),女,博士,副教授,主要研究方向:中藥防治神經(jīng)退行性疾病。
2017-02-26
修回日期:2017-03-10