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        磷酯酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號通路介導(dǎo)葛根素改善缺氧復(fù)氧損傷的作用及機制

        2021-09-03 13:10:26楊學(xué)攀朱明明余曦賀穩(wěn)陳晗施洪飛
        中國循環(huán)雜志 2021年8期
        關(guān)鍵詞:復(fù)氧葛根素培養(yǎng)液

        楊學(xué)攀,朱明明,余曦,賀穩(wěn),陳晗,施洪飛

        急性心肌梗死(AMI)已成為危害人類生命的重要疾病之一[1-2]。黃麗等[3]研究表明,在我國AMI發(fā)病率為45/10 萬~55/10 萬,而急性期死亡率高達(dá)30%。經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(PCI)是治療AMI 主要方法之一[4],但在有效救助的同時對已受損的心肌細(xì)胞會造成二次損傷,稱為心肌缺血再灌注損傷(MIRI)[5]。因此,如何避免MIRI 是目前亟待解決的問題。

        MIRI 的病理機制復(fù)雜,防治方式多樣,但均有一定缺陷[6-7]。MIRI 在中醫(yī)領(lǐng)域內(nèi)屬于“胸痹”的范疇,其病位在心,與肝、脾、腎相關(guān),屬本虛標(biāo)實、虛實夾雜之證[8]。氣血陰陽的虧虛、痰濁、血瘀等阻滯于心脈是MIRI 的主要發(fā)病機制?,F(xiàn)代人生活節(jié)奏快、工作壓力大、飲食不節(jié)及缺乏鍛煉,頭暈、失眠、五心煩熱成為大多數(shù)人具有的癥狀,是陰液虧虛導(dǎo)致。腎為水臟,主陰,腎陰不足,久則及心,心陰虛損,可引起胸陽失運,心陽不足,進(jìn)而導(dǎo)致心脈痹阻,發(fā)為胸痹。在治療上應(yīng)以養(yǎng)陰為主,兼以活血化淤或通絡(luò)止痛[9]。因此,滋陰是治療MIRI的重要方法。中藥葛根,具有解肌退熱、透疹、生津止渴等功效[10]。研究表明[11],其有效成分葛根素可保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞,并促進(jìn)血管軟化和降低動脈粥樣硬化,但其潛在機制需進(jìn)一步研究。本課題組在前期已明確缺氧復(fù)氧模型對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞EA.hy926 增殖的顯著抑制作用[12],本研究旨在探討葛根素對缺氧復(fù)氧后EA.hy926 細(xì)胞凋亡的影響,同時探究磷酯酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路在EA.hy926 細(xì)胞凋亡中的調(diào)節(jié)機制,為葛根對MIRI 的臨床治療提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 細(xì)胞與儀器

        CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱(日本三洋公司,型號HERAcell);酶標(biāo)儀(美 國Thermo Scientific,型號Synergy2);實時熒光定量PCR 儀、垂直電泳儀、凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-rad 公司,型號7500、125-BR、ChemiDocTMRS+);臺式離心機(德國Eppendorf,型號5415C);倒置熒光顯微鏡、倒置光學(xué)顯微鏡(日本尼康公司,型號IX-70、CK40)。

        1.2 藥物與試劑

        葛根素(南京邁博生物科技有限公司);PI3K抑制劑LY294002(南京迅貝生物科技有限公司);DMEM 培養(yǎng)基(江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司);Gibco 胎牛血清(南京金益柏生物科技有限公司);逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、擴增試劑盒(南京諾唯贊生物科技有限公司);Hoechest 染色試劑盒(南京良緯生物科技有限公司);抗人Bax 抗體(美國Cell Signaling Technology 公司);活化天冬氨酸蛋白水解酶-9(cleaved caspase-9)、活化天冬氨酸蛋白水解酶-3(cleaved caspase-3)、B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(Bcl-2)抗體(中國proteintech 公司);β 肌動蛋白(β-actin)抗體(上海碧云天生物技術(shù)有限公司);蛋白激酶B(Akt)、磷酸化的蛋白激酶B(p-Akt)抗體(Affinity 公司);二抗:山羊抗兔(中國proteintech 公司)、山羊抗鼠(中國博奧森公司)。

        1.3 細(xì)胞培養(yǎng)

        EA.hy926 細(xì)胞(購自中國科學(xué)院上海細(xì)胞庫)培養(yǎng)在含10%胎牛血清,不完全高糖的DMEM 培養(yǎng)基中,條件設(shè)置為5%CO2,37℃,隔天換液1 次,取對數(shù)期細(xì)胞進(jìn)行實驗。

        缺氧實驗時,將培養(yǎng)液替換為磷酸鹽緩沖液(PBS),放入94%N2、5%CO2、1%O2的缺氧培養(yǎng)箱中,缺氧12 h 后,將PBS 替換為培養(yǎng)液,在5% CO2、37℃培養(yǎng)箱中復(fù)氧8 h。

        在使用葛根素或LY294002 預(yù)處理時,待細(xì)胞生長至80%,加入葛根素、LY294002,24 h 后棄去培養(yǎng)液加入等量PBS 進(jìn)行缺氧12 h 處理,缺氧結(jié)束后將PBS 替換為培養(yǎng)液復(fù)氧8 h。

        1.4 噻唑藍(lán)法檢測細(xì)胞活力

        將對數(shù)期細(xì)胞種于96 孔板中,治療組使用葛根素預(yù)處理,其預(yù)處理濃度分別為0 mol/L、10-7mol/L、10-6mol/L、10-5mol/L、10-4mol/L,24 h 后將模型組及治療組培養(yǎng)液替換為PBS 并放入缺氧培養(yǎng)箱中,對照組換液后維持原條件培養(yǎng)。12 h 后,將模型組PBS 替換為培養(yǎng)基,復(fù)氧8 h,對照組換液后繼續(xù)維持原條件培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)束后全部組別各加10 μl 噻唑藍(lán),4 h 后棄去培養(yǎng)液加二甲基亞砜(DMSO)200 μl,于490 nm、10 min、間隔震蕩條件下測量吸光度(A)值。公式為所有組別與對照組平均值的比值×100%。

        1.5 Hoechest 實驗

        將清洗后的蓋玻片置于培養(yǎng)皿內(nèi)并加入細(xì)胞混懸液,分為對照組、缺氧復(fù)氧組、缺氧復(fù)氧+葛根素組(葛根素組)、缺氧復(fù)氧+葛根素+LY294002處理組(葛根素+抑制劑組),每組均設(shè)3 個復(fù)孔。待培養(yǎng)結(jié)束后吸盡培養(yǎng)液,加入0.5 ml 固定液至蓋玻片上,10 min 后 PBS 清洗2 次,隨后加入0.5 ml Hoechest33258 染料以覆蓋蓋玻片[12],5 min 后PBS清洗2 次,抗熒光淬滅劑封片,并迅速置于熒光顯微鏡下檢測。

        1.6 蛋白免疫印跡法(Western blot)

        培養(yǎng)細(xì)胞,分組同上,培養(yǎng)結(jié)束后取出細(xì)胞,提取蛋白,BCA 法測蛋白濃度[13],上樣,設(shè)置電泳條件為105 V,15 min,結(jié)束后轉(zhuǎn)膜,條件設(shè)置為15 V、10 min。轉(zhuǎn)膜結(jié)束后,牛奶封閉1 h,隨后一抗(1:1 000)封閉過夜,洗滌后二抗(1:10 000)孵育1 h,曝光,保存條帶。

        1.7 實時熒光定量PCR

        培養(yǎng)細(xì)胞,分組同上,培養(yǎng)結(jié)束后取出細(xì)胞,Trizol 提取RNA,蛋白核酸測定儀檢測RNA 濃度。使用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄,反應(yīng)體系為50℃,15 min;85℃,2 min。按實時熒光定量PCR 試劑盒說明書配置反應(yīng)體系:預(yù)變性過程:95℃,30 s;擴增過程:95℃,10 s;60℃,30 s,共40 個循環(huán);延伸過程95℃,15 s;60℃,60 s;95℃,15 s。引物Bcl-2:上游5'-GTGGGGTC -ATGTGTGTGGAGAG-3',下游5'-CAGAGACAGCCAGGAGAAATCAA-3';caspase-3:上游5'-GTAGAAGTCTAACTGGAAAACCCAA-3',下游5'-CATGTCATCATCAACACCACTGTCT-3';以β-actin 為內(nèi)參:上游 5'-CTACCTCATGAAGAT -CCTCACCGA-3',下游5'-TTCTCCTTAATGTCACGCACGATT-3'。最終結(jié)果采用2-ΔΔCT進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

        1.8 統(tǒng)計學(xué)方法

        實驗所得數(shù)據(jù)以GraphPad Prism 6 統(tǒng)計軟件處理分析,數(shù)據(jù)均以表示。兩組數(shù)據(jù)用t檢驗分析,多組數(shù)據(jù)用單因素方差分析。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 不同濃度葛根素對EA.hy926 細(xì)胞活力的影響(圖1)

        圖1 噻唑藍(lán)法比較不同濃度葛根素對EA.hy926 細(xì)胞活力的影響(n=3,)

        噻唑藍(lán)法檢測結(jié)果顯示,與缺氧復(fù)氧組比較,葛根素10-7mol/L 預(yù)處理細(xì)胞可明顯提高缺氧復(fù)氧后EA.hy926 細(xì)胞活力(P<0.001),其余組別EA.hy926 細(xì)胞活力均降低且差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。

        2.2 葛根素預(yù)處理對EA.hy926 細(xì)胞缺氧復(fù)氧后細(xì)胞凋亡的影響(圖2A、2B)

        圖2 Hoechest 染色檢測葛根素預(yù)處理對EA.hy926 細(xì)胞缺氧復(fù)氧后凋亡的影響(n=3,)

        Hoechest 染色中,與缺氧復(fù)氧組比,葛根素組中EA.hy926 細(xì)胞核深染形態(tài)明顯減少,細(xì)胞調(diào)亡率明顯下降(P<0.001)。

        2.3 葛根素預(yù)處理對EA.hy926 細(xì)胞缺氧復(fù)氧后凋亡相關(guān)基因表達(dá)的影響

        Western blot 結(jié)果示,與缺氧復(fù)氧組相比,葛根素組促凋亡蛋白Bax、cleaved caspase-9、cleaved caspase-3表達(dá)水平明顯下調(diào),抗凋亡蛋白Bcl-2 表達(dá)水平明顯上調(diào)(P均<0.01,圖3A、3B)。實時熒光定量PCR 結(jié)果示,與缺氧復(fù)氧組相比,葛根素組降低了天冬氨酸蛋白水解酶-3(caspase-3)mRNA 表達(dá)(P<0.01),增加了Bcl-2 mRNA 表達(dá)(P<0.001),見圖4A、4B。

        圖3 蛋白免疫印跡法分析葛根素預(yù)處理對EA.hy926 細(xì)胞缺氧復(fù)氧后凋亡相關(guān)蛋白水平的影響(n=3,)

        圖4 實時熒光定量PCR分析葛根素預(yù)處理對EA.hy926 細(xì)胞缺氧復(fù)氧后caspase-3 和Bcl-2 mRNA 表達(dá)的影響(n=3,)

        2.4 LY294002 對EA.hy926 細(xì)胞凋亡率的影響

        噻唑藍(lán)法檢測結(jié)果顯示與對照組相比,LY294002 濃度為10 μmol/L 時EA.hy926 細(xì)胞活力無明顯變化,LY294002 濃度為15 μmol/L、20 μmol/L時EA.hy926 細(xì)胞活力均明顯下降(P<0.001),因此10 μmol/L 可作為LY294002 干預(yù)EA.hy926 細(xì)胞的濃度(圖5)。

        圖5 噻唑藍(lán)法比較不同濃度LY294002 對EA.hy926 細(xì)胞活力的影響(n=3,)

        將細(xì)胞分為四組,分別為對照組、缺氧復(fù)氧組、葛根素組、葛根素+抑制劑組進(jìn)行Hoechest 染色法檢測,結(jié)果顯示,與對照組相比,缺氧復(fù)氧組EA.hy926 細(xì)胞凋亡率明顯上升(P<0.05)。與缺氧復(fù)氧組相比,葛根素組EA.hy926 細(xì)胞凋亡率下降(P<0.01)。與葛根素組相比,葛根素+抑制劑組EA.hy926 細(xì)胞凋亡率上升(P<0.01)。(圖6A、6B)

        圖6 Hoechest 染色法檢測LY294002 對EA.hy926 細(xì)胞凋亡的影響(n=3,)

        2.5 葛根素對p-Akt、Akt 蛋白水平的影響(圖7A、7B)

        圖7 蛋白免疫印跡法分析葛根素預(yù)處理后EA.hy926 細(xì)胞對p-Akt、Akt 蛋白水平的影響(n=3,)

        Western blot 檢測結(jié)果顯示,與缺氧復(fù)氧組相比,葛根素組上調(diào)了p-Akt 蛋白的表達(dá)水平(P<0.001)。

        2.6 LY294002 對葛根素激活的p-Akt、Akt 蛋白水平以及凋亡蛋白的影響

        Western blot 結(jié)果顯示,與葛根素組相比,葛根素+抑制劑組p-Akt 蛋白表達(dá)水平明顯下降(P<0.001,圖8A、8B);抗凋亡蛋白Bcl-2 表達(dá)水平下降(P<0.001),cleaved caspase-3、cleaved caspase-9、Bax的表達(dá)水平上升(P<0.01,P<0.01,P<0.001),見圖9A、9B。

        圖8 蛋白免疫印跡法分析LY294002 對EA.hy926 細(xì)胞p-Akt、Akt 蛋白水平的影響(n=3,)

        圖9 蛋白免疫印跡法分析LY294002 對EA.hy926 細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白水平的影響(n=3,)

        3 討論

        血管內(nèi)皮細(xì)胞是血液和心肌細(xì)胞間的屏障,具有分泌血管活性物質(zhì)和維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等作用[14]。心肌缺血時會導(dǎo)致腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的自分泌上調(diào),并作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞,通過各種途徑誘發(fā)細(xì)胞凋亡[15]。而當(dāng)MIRI 發(fā)生時,內(nèi)皮細(xì)胞比心肌細(xì)胞更早受到損傷[16]。因此,如何在MIRI發(fā)病過程中最大限度保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞已成為目前研究的重要問題。原代人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和EA.hy926 細(xì)胞是研究血管內(nèi)皮功能常用的細(xì)胞株,由于EA.hy926 細(xì)胞具有一定程度的原代人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的生物特性,且具有較強的增殖能力,在體外實驗研究中適用于復(fù)雜的、創(chuàng)傷較大的細(xì)胞實驗[17],因此本研究采用EA.hy926 細(xì)胞進(jìn)行實驗。本研究通過噻唑藍(lán)法檢測發(fā)現(xiàn)缺氧復(fù)氧會導(dǎo)致細(xì)胞活力降低,且Hoechest 實驗結(jié)果表明缺氧復(fù)氧組細(xì)胞核深染狀態(tài)明顯增多,使用葛根素預(yù)處理后,細(xì)胞核深染狀態(tài)明顯較少,初步表明缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡而葛根素對細(xì)胞凋亡具有抑制作用。

        細(xì)胞凋亡是MIRI 發(fā)病的重要機理之一[18]。研究發(fā)現(xiàn),缺血再灌注的大鼠中細(xì)胞凋亡顯著[19-20]。caspase 家族蛋白與Bcl-2 家族蛋白跟細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。Bcl-2 是其家族蛋白中最主要的抗凋亡蛋白,Bax 是最早發(fā)現(xiàn)的促凋亡蛋白。正常細(xì)胞中Bax 主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,當(dāng)其受到凋亡刺激后轉(zhuǎn)位到線粒體上,造成細(xì)胞色素C 釋放[21]。當(dāng)細(xì)胞凋亡信號傳遞至線粒體時,第二信使如Bcl-2被激活,使線粒體釋放出細(xì)胞色素C 與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和caspase-9 形成復(fù)合體,caspases-9 由此激活,并繼續(xù)激活下游效應(yīng)因子caspase-3、caspase-6、caspase-7,使細(xì)胞進(jìn)入凋亡[22]。caspase-3 是最為關(guān)鍵的細(xì)胞凋亡執(zhí)行者,它在細(xì)胞凋亡的過程中具有關(guān)鍵作用[23-25],它的活化是凋亡進(jìn)入不可逆階段的標(biāo)志。本研究通過Western blot、實時熒光定量PCR 檢測發(fā)現(xiàn)在EA.hy926 細(xì)胞缺氧12 h、復(fù)氧8 h 后,Bax、cleaved caspase-3、cleaved caspase-9 mRNA 及蛋白表達(dá)水平明顯升高,Bcl-2 mRNA 及蛋白表達(dá)水平明顯降低。而經(jīng)葛根素預(yù)處理后Bax、cleaved caspase-3、cleaved caspase-9 mRNA 及蛋白表達(dá)水平明顯降低,Bcl-2 mRNA 及蛋白表達(dá)水平明顯升高。這表明葛根素可通過抑制相關(guān)凋亡mRNA 及蛋白表達(dá)從而抑制缺氧復(fù)氧損傷導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

        PI3K/Akt信號通路是一條經(jīng)典的凋亡通路,具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、代謝、凋亡等多種生物學(xué)作用,是治療冠心病、腫瘤、代謝紊亂等多種疾病的重要靶點[26]。PI3K 是生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的重要分子。酪氨酸激酶受體、非酪氨酸激酶受體、胰島素受體等胞外信號可激活PI3K。Akt 在細(xì)胞生長、增殖、與凋亡過程中均發(fā)揮了關(guān)鍵作用,是PI3K信號通路中一個重要的下游靶點,PI3K 的活化促使第二信使磷脂酰-3,4,5-三磷酸的形成從而進(jìn)一步促進(jìn)Akt 的Thr308 和Ser473 位點磷酸化,這導(dǎo)致Akt 部分或完全激活,活化的Akt 通過抑制凋亡信號蛋白的磷酸化或通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性來調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[27]。在本研究中Western blot 結(jié)果顯示,葛根素預(yù)處理細(xì)胞后,p-Akt 表達(dá)水平上調(diào),且加入PI3K抑制劑LY294002 后,p-Akt 表達(dá)水平下調(diào),且促凋亡蛋白Bax、cleaved caspase-3、cleaved caspase-9表達(dá)水平明顯上調(diào),抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達(dá)水平顯著下降,這表明PI3K/Akt 通路介導(dǎo)葛根素抑制缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的EA.hy926 細(xì)胞凋亡。

        綜上所述,葛根素預(yù)處理對缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的EA.hy926 凋亡具有明顯的改善作用,且其作用由PI3K/Akt信號通路介導(dǎo)。這為中醫(yī)治療MIRI 找到了新的途徑,葛根素也有望成為中藥治療MIRI 的藥物靶點。

        利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突

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