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        丹紅注射液抗H9c2細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制研究*

        2019-08-27 02:05:00牛子長(zhǎng)覃小燕韓曉玲毛浩萍
        天津中醫(yī)藥 2019年8期
        關(guān)鍵詞:去極化膜電位丹紅

        牛子長(zhǎng),覃小燕 ,韓曉玲 ,李 潔 ,韋 秋 ,陳 璐 ,毛浩萍

        (1.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 301617;2.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,天津 300193)

        丹紅注射液是由丹參和紅花制成的常用中藥復(fù)方制劑,臨床上廣泛用于心腦血管系統(tǒng)疾病的治療[1]。中醫(yī)理論認(rèn)為丹參具有活血祛瘀,通經(jīng)止痛,清心除煩,涼血消癰之功效;紅花具有活血化瘀,散濕去腫的功效?,F(xiàn)代藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明丹紅注射液具有抑制心肌細(xì)胞肥大、抗炎、抗凝抑栓、抑制急性腦梗死神經(jīng)細(xì)胞凋亡等作用[2-7]。

        心肌缺血再灌注損傷中常見氧化應(yīng)激反應(yīng),氧化應(yīng)激引起的線粒體損傷是介導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的主要原因之一。氧化應(yīng)激導(dǎo)致活性氧簇(ROS)含量增加,從而導(dǎo)致線粒體受損,線粒體膜電位下降,去極化產(chǎn)生,從而啟動(dòng)心肌細(xì)胞凋亡程序[8]。有研究發(fā)現(xiàn)丹紅注射液具有上調(diào)凋亡抑制基因bcl-2的作用,提示丹紅注射液具有抗心肌細(xì)胞凋亡的作用[9]。線粒體途徑作為細(xì)胞凋亡的主要通路之一,其是否參與調(diào)控丹紅注射液抗心肌細(xì)胞凋亡過程還不得而知。為了進(jìn)一步清楚和完善丹紅注射液抗心肌細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制,研究采用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)了丹紅注射液抗異丙腎上腺素 (ISO)誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡作用,從線粒體損傷角度研究了丹紅注射液的抗心肌細(xì)胞凋亡作用。

        1 材料

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料 H9c2心肌細(xì)胞來自美國ATCC細(xì)胞率。

        1.2 實(shí)驗(yàn)受試藥物和試劑 丹紅注射液(批號(hào):13062020,菏澤步長(zhǎng)制藥有限公司);DMEM,(Hyclone);胎牛血清(FBS,Biological Industries);抗生素(青霉素,鏈霉素,Hyclone);二甲基亞砜(DMSO,Sigma公司);PBS(Neuronbc);0.25%胰蛋白酶(Biological Industries);異丙腎上腺素(ISO,Sigma公司);CellROX?Oxidative Stress Reagents、JC-1 Mitochodrial Potential Sensors Kit(Invitrogen);Annexin V-FITC/PI凋亡試劑盒(BD);fluo-3 AM(碧云天)。

        1.3 主要儀器 流式細(xì)胞儀FACSAria3(BD)、活細(xì)胞熒光成像儀IncuCyte Zoom(Essen BioSience公司)、激光共聚焦顯微鏡,德國Zeiss公司以及多功能讀板機(jī) Flexstation(MD)。

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 細(xì)胞培養(yǎng) H9c2細(xì)胞復(fù)蘇后轉(zhuǎn)移到含有5mL完全培養(yǎng)液(90%DMEM+10%FBS+1%雙抗)的25 cm2培養(yǎng)瓶中,在37℃、5%CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng),24 h后更換新的完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)。當(dāng)細(xì)胞融合90%左右時(shí),傳代。24 h后更換含1%胎牛血清的全培基,使其細(xì)胞生長(zhǎng)同步化24 h。加入不同濃度的實(shí)驗(yàn)藥物處理24 h。實(shí)驗(yàn)分組為:對(duì)照組、模型組 10μmol/L ISO、10μmol/L ISO+丹紅注射液(20、200μL/L)劑量組。

        2.2 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡的影響 PBS洗滌細(xì)胞3次后,每孔細(xì)胞分別加入200μL試劑盒自帶緩沖液,分別加入Annexin V和PI,避光孵育細(xì)胞30min。加入500mL緩沖液后經(jīng)180目尼龍網(wǎng)過濾后立即上機(jī)檢測(cè)。凋亡細(xì)胞百分比取第4象限細(xì)胞數(shù)值。

        2.3 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)H9c2細(xì)胞線粒體膜電位去極化的影響 細(xì)胞以3×104個(gè)/mL的密度接種到96孔培養(yǎng)板中,每孔接種100μL細(xì)胞懸液,24 h后更換含1%FBS的培基,使其細(xì)胞生長(zhǎng)同步化。24 h后棄去上清,加入JC-1(終濃度為10μmol/L)50μL/孔。37℃孵育20min。DMEM沖洗細(xì)胞3次,最后1次加入100μL DMEM,Incucyte Zoom中拍照,使之作為基準(zhǔn)值。棄去DMEM,加入藥物。實(shí)驗(yàn)分組為:對(duì)照組、模型組ISO10μmol/L、ISO10μmol/L+丹紅注射液(20、200μL/L)劑量組。Incucyte Zoom中拍照,觀察紅綠熒光的變化。

        2.4 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞內(nèi)活性氧的影響 細(xì)胞內(nèi)活性氧通過CellROX?Oxidative Stress Reagents試劑盒檢測(cè)。PBS沖洗細(xì)胞2次,3.7%甲醛溶液固定細(xì)胞10 min,0.1%曲拉通細(xì)胞打孔5min,加入終濃度為5μmol/L的活性氧檢測(cè)試劑,37℃孵育30min。然后加入DAPI(稀釋比例=1∶100)孵育15min。共聚焦拍照分析熒光強(qiáng)度。

        2.5 細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度檢測(cè) 使用Fluo-3,AM ester試劑檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度。細(xì)胞給藥24 h后PBS沖洗3次,使用含5μmol/L Fluo-3 AM ester試劑的細(xì)胞培養(yǎng)液37℃孵育30min。PBS沖洗細(xì)胞3次后使用多功能讀板機(jī),激發(fā)光波長(zhǎng)488 nm,發(fā)射光波長(zhǎng)526 nm讀取熒光光度值。

        2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD法。P<0.05表示差異具有顯著性。

        3 結(jié)果

        3.1 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡的影響 流式細(xì)胞檢測(cè)結(jié)果顯示與對(duì)照組細(xì)胞凋亡率(1.33%±0.42%)相比,用ISO處理細(xì)胞24 h后,細(xì)胞凋亡率(5.13%±0.15%)顯著上升,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,顯示ISO誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡成功。加入20、200μL/L丹紅注射液后,細(xì)胞凋亡率分別下降為4.23%±0.15%和2.37%±0.38%,提示丹紅注射液具有抑制ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡的作用,見圖1。

        圖1 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡的影響(n=3)Fig.1 Effect of Danhong injection on H 9c2 cells apoptosis induced by ISO(n=3)

        3.2 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)H9c2細(xì)胞線粒體膜電位去極化的影響 JC-1是一種檢測(cè)線粒體膜電位的熒光探針。當(dāng)線粒體膜電位去極化,JC-1熒光由紅變綠。線粒體膜電位發(fā)生去極化時(shí)顯示綠色熒光強(qiáng)度增加。因此本實(shí)驗(yàn)選擇JC-1作為檢測(cè)丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)線粒體膜電位改變的指標(biāo)。數(shù)據(jù)表明,給予ISO后,H9c2細(xì)胞的綠色熒光/紅色熒光比值顯著升高。然而,丹紅注射液顯著降低綠色熒光與紅色熒光強(qiáng)度比,見圖2。結(jié)果提示丹紅注射液可抑制ISO誘導(dǎo)的線粒體膜電位去極化。

        3.3 丹紅注射液對(duì)H9c2細(xì)胞內(nèi)活性氧含量的影響CellROX?氧化應(yīng)激試劑是一種檢測(cè)活性氧的熒光探針試劑。圖3顯示了典型的活性氧染色激光共聚焦顯微鏡圖片。ISO作用24 h后,心肌細(xì)胞中活性氧水平顯著增加。和ISO組相比,共同給藥丹紅注射液后可顯著降低活性氧含量,見圖3。

        3.4 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高的影響 10μmol/L ISO顯著升高細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度(與對(duì)照組相比,P<0.01)。200μL/L丹紅注射液顯著抑制ISO誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高(與ISO 組相比,P<0.01)。

        圖2 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H 9c2細(xì)胞線粒體膜電位的影響(n=3)Fig.2 Effect of Danhong injection on m itochondrial transmembrane potential in H 9c2 cells induced by ISO(n=3)

        圖3 激光共聚焦法檢測(cè)丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H 9c2細(xì)胞內(nèi)ROS含量的影響(n=3)Fig.3 Effectof Danhong injection on ROS induced by ISO in H 9c2 cellsby confocalm icroscopy(n=3)

        4 討論

        圖4 丹紅注射液對(duì)ISO誘導(dǎo)的H 9c2細(xì)胞鈣離子含量的影響(n=3)Fig.4 Effectof Danhong injection on Ca2+levelH 9c2 cells induced by ISO(n=3)

        丹紅注射液是一種臨床應(yīng)用廣泛的中藥制劑,其較好的心腦血管系統(tǒng)保護(hù)療效得到了許多學(xué)者的肯定并已應(yīng)用于缺血性腦卒中、冠心病心絞痛、心肌缺血等的臨床治療[10-12]。經(jīng)過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)丹紅注射液丹的研究更多的是集中在其臨床療效觀察。丹紅注射液對(duì)心腦血管系統(tǒng)保護(hù)作用的具體機(jī)制研究主要集中在抗炎作用、抗氧化作用、降血脂以及神經(jīng)保護(hù)和心肌保護(hù)等幾個(gè)方面[13-17]。在抗細(xì)胞凋亡方面,雖然丹紅注射液抗腦神經(jīng)元凋亡和抗心肌細(xì)胞凋亡作用均有見報(bào)道,但是以抗腦神經(jīng)凋亡機(jī)制研究較多。丹紅注射液抗心肌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制相關(guān)研究相對(duì)較少,認(rèn)為其抗心肌細(xì)胞凋亡與其抑制凋亡相關(guān)蛋白bax、caspase3的表達(dá),上調(diào)抗凋亡蛋白bcl-2的表達(dá)有關(guān)[18-19],其抗心肌細(xì)胞凋亡作用與線粒體損傷的相關(guān)性仍不明確。因此,本研究采用ISO為誘導(dǎo)因素,從線粒體損傷及細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載角度進(jìn)一步研究了其抗心肌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制。

        交感神經(jīng)系統(tǒng),尤其是β腎上腺素受體[20-22],在心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生與發(fā)展過程中扮演了極其重要的角色。心血管系統(tǒng)疾病過程中常伴隨發(fā)生心室重構(gòu),心臟為維持有效循環(huán)量、保持血壓穩(wěn)定,在心輸出量減少時(shí)激活交感神經(jīng)系統(tǒng)(SNS)分泌腎上腺素和去甲腎上腺素,從而激活β腎上腺素受體直接或間接誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大或凋亡,反過來加重心室重構(gòu)的發(fā)生。因此,抗β腎上腺素受體激活藥物的發(fā)現(xiàn)對(duì)心血管系統(tǒng)疾病的有效防治具有重要意義。有報(bào)道稱β-AR在心臟中表達(dá)三種亞型:β1-,β2-AR和近期發(fā)現(xiàn)的β3-AR。其中β1-,β2-AR研究最為廣泛。它們和激動(dòng)性G蛋白Gs或抑制性G蛋白Gi結(jié)合,在心肌功能變化的進(jìn)程中發(fā)揮著不同的作用[23]。有研究表明β1-AR和Gs結(jié)合,激活A(yù)C-cAMP-PKA-Ca2+信號(hào)通路。相比之下,β2-AR和Gs,Gi都能結(jié)合。β2-AR和Gs結(jié)合,作用類似于β1-AR,激活A(yù)C-cAMP-PKA-Ca2+信號(hào)通路。然而,β2-AR和Gi結(jié)合,通過PI3K-AKt信號(hào)通路發(fā)出心肌細(xì)胞生存信號(hào)[24-26]。異丙腎上腺素ISO,作為一種β受體激動(dòng)劑,廣泛用于心肌肥大、凋亡的誘導(dǎo)劑[27]。ISO可通過直接或間接激動(dòng)腎上腺素受體產(chǎn)生與交感神經(jīng)興奮相似的效應(yīng)。ISO對(duì)β受體具有較強(qiáng)的激活作用,表現(xiàn)為正性肌力和正性頻率作用,可使心肌收縮力增強(qiáng),心率加快,導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大以及心肌細(xì)胞凋亡。本研究采用流式細(xì)胞術(shù)發(fā)現(xiàn)經(jīng)10μmol/L ISO作用后,細(xì)胞凋亡率顯著上升,說明模型制備成功。丹紅注射液顯著降低ISO誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡率,提示丹紅注射液具有抗心肌細(xì)胞凋亡的作用。

        細(xì)胞凋亡,也叫細(xì)胞程序性死亡,是指細(xì)胞在正常生理?xiàng)l件下為了維持自我穩(wěn)態(tài),在特定基因嚴(yán)格控制下發(fā)生的一種主動(dòng)死亡現(xiàn)象。心肌細(xì)胞凋亡發(fā)生于多種心血管系統(tǒng)疾病中,研究發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞凋亡參與了心力衰竭、心肌梗死和心律不齊等多種心臟相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展過程[28-30]。細(xì)胞凋亡的主要機(jī)制有經(jīng)典線粒體損傷(內(nèi)源性途徑)和死亡受體活化(外源性途徑)介導(dǎo)的傳導(dǎo)通路細(xì)胞凋亡以及近來發(fā)現(xiàn)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激啟動(dòng)的細(xì)胞凋亡[31]。其中,線粒體損傷是最主要的細(xì)胞凋亡誘因[8]。細(xì)胞在受到應(yīng)激或胞外凋亡誘導(dǎo)信號(hào)刺激時(shí),線粒體損傷凋亡途徑被激活,導(dǎo)致促凋亡蛋白Bax/抗凋亡蛋白Bcl-2比值升高,引起細(xì)胞線粒體膜去極化,激活caspase-3從而引起細(xì)胞凋亡的發(fā)生。采用線粒體膜電位試劑JC-1,發(fā)現(xiàn)10μmol/L ISO顯著引起H9c2細(xì)胞線粒體膜電位去極化,而丹紅注射液能顯著抑制ISO誘導(dǎo)的細(xì)胞線粒體膜電位下降(P<0.05),提示丹紅注射液的抗H9c2細(xì)胞凋亡與其抑制細(xì)胞線粒體損傷有關(guān)。

        此外,有研究報(bào)道細(xì)胞內(nèi)源性凋亡途徑可能由細(xì)胞氧化應(yīng)激、鈣超載等因素誘發(fā)從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位下降,線粒體損傷導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生。氧化應(yīng)激是導(dǎo)致包括動(dòng)脈粥樣硬化、急性心肌梗死和心力衰竭等多種心血管疾病發(fā)生的重要途徑之一。氧化應(yīng)激不僅可以通過增加脂質(zhì)過氧化水平、降低抗氧化防御機(jī)制導(dǎo)致心肌細(xì)胞膜通透性增加,導(dǎo)致心肌細(xì)胞膜通透性增加,還可以通過直接損傷線粒體促使凋亡誘導(dǎo)因子釋放到細(xì)胞質(zhì),從而引發(fā)細(xì)胞凋亡[32]。線粒體在有氧代謝過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物活性氧簇過量會(huì)引起線粒體損傷,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Ca2+是一種細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,鈣離子濃度升高也是引起線粒體膜去極化的因素之一[33]。因此,研究進(jìn)一步研究了丹紅注射液對(duì)ISO引起的細(xì)胞內(nèi)活性氧及鈣超載的影響。研究發(fā)現(xiàn)丹紅注射液能顯著抑制細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生,同時(shí)抑制細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的升高。

        綜上所述,研究發(fā)現(xiàn)丹紅注射液對(duì)ISO引起的H9c2細(xì)胞凋亡具有顯著抑制作用,這與其抑制線粒體膜電位下降、抑制細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生及降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高有關(guān)。

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