石樂天,陳勇臻,郭騰達(dá),劉金鑠,張光輝,陳鵬舉
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院,鄭州 450002;2.焦作工學(xué)院,河南焦作,454000;3.河南省現(xiàn)代中獸醫(yī)研究院,鄭州 450002;4. 山東鑫德慧生物科技有限公司,山東鄆城 274700)
【研究意義】豬小腸是動物機體中直接參與消化、吸收、轉(zhuǎn)運的器官,可直接與腸道內(nèi)部微生物及其產(chǎn)物直接接觸。腸道黏膜是抵抗病原微生物入侵的第一道防線,而腸上皮細(xì)胞是腸道黏膜屏障的重要組成部分,其位于機體與腸腔內(nèi)環(huán)境的交界處,保護(hù)腸道免受損傷。在機體機能正常的情況下,腸上皮細(xì)胞處于一種穩(wěn)定的環(huán)境下,而當(dāng)機體處于不佳的情況下時,腸上皮細(xì)胞受到損傷,容易產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)[1]。有效保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受損傷對提高仔豬機體免疫有重要意義。【前人研究進(jìn)展】大腸桿菌是一種革蘭氏陰性菌,可以產(chǎn)生并釋放內(nèi)毒素,容易引起斷奶仔豬腹瀉和水腫等疾病,對腸道損傷嚴(yán)重[2]。豆腐果苷(4-甲酰苯基-β-D-異吡喃糖苷,HEL)是一種從野生植物龍眼科植物深綠山龍眼的果實中提取的具有鎮(zhèn)痛和抗抑郁作用的活性植物單體,臨床用于治療精神神經(jīng)癥[3-6]。HEL通過ERK/CREB信號誘導(dǎo)BDNF顯著增加,降低大鼠血清CORT和促炎因子的表達(dá),改善抑郁樣行為[7-9]?!颈狙芯壳腥朦c】有研究表明,黃芪多糖和橙皮苷等對豬小腸上皮細(xì)胞炎性損傷有保護(hù)作用[10,11],但豆腐果苷豬腸上皮細(xì)胞的作用機制還未有報道。為了提高仔豬腸上皮細(xì)胞對損傷的抵抗能力,改善氧化及炎性損傷所引起的不良反應(yīng),需要不斷提高或改善對損傷的抵抗能力。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗分為5組,對照組、LPS組、HEL(25、50和100 μM)+LPS組,研究HEL對細(xì)胞炎癥及氧化損傷的影響,并確定潛在的作用機制。
豬空腸上皮細(xì)胞(IPEC-J2)在含有10%胎牛血清和1%青鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基中于37℃和5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
對照組,LPS組,HEL(上海,源葉)(25、50和100μM)+LPS組。IPEC-J2細(xì)胞接種于6孔板中,密度為2×103細(xì)胞/孔,等細(xì)胞密度達(dá)到70%~80%后,將HEL按不同劑量添加到細(xì)胞中預(yù)培養(yǎng)1 h,用2 μg/mL的LPS刺激細(xì)胞12 h。12 h后收集細(xì)胞進(jìn)行實驗處理。
1.2.1 試驗設(shè)計
將細(xì)胞按密度1×103細(xì)胞/孔接種在96孔板中,每組設(shè)3個重復(fù),HEL(25、50和100 μM)和LPS(2 μg/mL)分別刺激細(xì)胞12 h,等處理時間結(jié)束后,將舊培養(yǎng)液除去,更換含有10%CCK-8試劑的DMEM培養(yǎng)液,2 h后用酶標(biāo)儀(Thermo公司)在450 nm處測量各孔的吸光值。
1.2.2 qRT-PCR
用trizol提取細(xì)胞中總RNA,根據(jù)反轉(zhuǎn)錄試劑盒反轉(zhuǎn)錄為cDNA,用SYBR Green 染料法進(jìn)行TNF-α、IL-1β和IL-6的測定,通過公式2-ΔΔCt計算其各自的表達(dá)量。表1
表1 引物序列Table 1 Primer sequence
1.2.3 抗氧化酶及氧化產(chǎn)物的檢測
取細(xì)胞樣品,按試劑盒說明書(南京,建成)測定丙二醛(MDA)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性。
1.2.4 ELISA
使用ELISA試劑盒(Bio-Swamp)將收集的細(xì)胞上清液用于定量TNF-α、IL-1β和IL-6蛋白表達(dá)水平的測定。每組設(shè)3個重復(fù),使用酶標(biāo)儀在450 nm下測定每孔的吸光值,并通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算TNF-α、IL-1β和IL-6的濃度。
采用GraphPad Prism 6.0進(jìn)行統(tǒng)計分析,各組數(shù)據(jù)以Means±SEM的形式表示,并用Student's t test、Two-way ANOVA分析各組數(shù)據(jù)之間差異性,#P<0.05表示與對照組相比差異顯著,*P<0.05表示與LPS組相比差異顯著。
研究表明,HEL不同劑量組和LPS對IPEC-J2細(xì)胞無毒性作用。圖1
圖1 HEL和LPS細(xì)胞毒性變化Fig.1 Effects of Hel and LPS on the cytotoxicity of IPEC-J2 cells
研究表明,LPS會顯著升高TNF-α、IL-β和IL-6的表達(dá)水平,而HEL會顯著降低LPS所刺激的TNF-α、IL-β和IL-6的表達(dá)水平。圖2
圖2 不同添加劑量HEL下TNF-α、IL-1β和IL-6表達(dá)水平變化Fig.2 Effect of HEL on the expression of inflammatory factors
研究表明,LPS會顯著降低抗氧化酶SOD和CAT的活性,而HEL則會顯著增高LPS所引起的SOD和CAT的活性。LPS會升高氧化產(chǎn)物MDA的活性,HEL會顯著降低LPS所引起的MDA的活性。圖3
圖3 不同添加劑量HEL下SOD,CAT和MDA變化Fig.3 Effect of HEL on SOD, CAT and MDA
研究表明,LPS會顯著提高Nrf2和HO-1蛋白的表達(dá)量,而與LPS組相比,HEL治療組中Nrf2和HO-1蛋白的表達(dá)量會進(jìn)一步升高。與LPS組相比,HEL治療組會顯著降低TNF-α、IL-β和IL-6蛋白的表達(dá)水平。圖4
圖4 不同添加劑量HEL下TNF-α、IL-1β、IL-6、Nrf2和HO-1蛋白變化Fig.4 Effects of HEL on TNF-α, IL-1 β, IL-6, Nrf2 and HO-1 proteins
LPS是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁中的一種成分,是內(nèi)毒素的一種,是一種典型的腸毒素,對宿主具有毒性作用,常用于細(xì)胞氧化應(yīng)激及炎癥模型的建立[10,11]。LPS誘導(dǎo)引起的急性肺損傷,探討Ficolin A通過激活補體對急性肺損傷的保護(hù)作用;LPS誘導(dǎo)大鼠炎癥和氧化應(yīng)激引起的認(rèn)知障礙,分析維生素D3在這過程中所發(fā)揮的作用機制[12]。腸道通透性的改變可能是LPS外周循環(huán)轉(zhuǎn)運的潛在觸發(fā)因素[13]。LPS參與細(xì)胞或機體多種模型的建立,試驗成功構(gòu)建LPS引起的細(xì)胞氧化及炎性損傷模型以進(jìn)一步探討相關(guān)機制。
Nrf2是細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子,是調(diào)控機體細(xì)胞、組織及器官中氧化還原平衡的主要組成部分,受Keap1的調(diào)控,當(dāng)Nrf2被激活后會入核,進(jìn)而與ARE結(jié)合,啟動下游一系列解毒和抗氧化因子和蛋白的表達(dá)(如HO-1)[14,15]。HO-1又稱為熱休克蛋白,可以被多種刺激激活,如氧化損傷等,其表達(dá)對細(xì)胞具有較強的保護(hù)作用。試驗研究發(fā)現(xiàn),HEL對LPS所引起的氧化損傷具有保護(hù)作用。Nrf2和HO-1蛋白的活化會進(jìn)一步引起一些列抗氧化酶及氧化產(chǎn)物的變化,會抗氧化酶SOD和CAT的活性,降低抗氧化產(chǎn)物MDA的含量,增強對細(xì)胞的保護(hù)作用,降低氧化應(yīng)激所引起的損傷。實驗研究發(fā)現(xiàn),LPS組的變化如前論述相似,HEL治療組會顯著降低LPS所引起的Nrf2和HO-1蛋白的表達(dá)量,會增強SOD和CAT的活性及減弱MDA的含量。HEL會緩解LPS所引起的IPEC-J2細(xì)胞的氧化損傷。
炎癥反應(yīng)需要一個復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄程序的激活,這是細(xì)胞類型和刺激特異性的,涉及數(shù)百個基因的動態(tài)調(diào)節(jié)。在炎癥組織中,免疫系統(tǒng)的實質(zhì)細(xì)胞和浸潤細(xì)胞中基因表達(dá)都發(fā)生了廣泛的變化[18]。在細(xì)胞水平上,炎癥的基礎(chǔ)是復(fù)雜的基因表達(dá)程序的部署,包括數(shù)百個基因,并在主要刺激后幾分鐘內(nèi)被激活[19]。TNF-α、IL-1β和IL-6是常見的參與炎性反應(yīng)的重要炎性細(xì)胞因子。TNF-α、IL-1β和IL-6屬于促炎細(xì)胞因子,可促進(jìn)多種細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生,進(jìn)而開始急性和慢性炎性反應(yīng)過程。TNF-α、IL-1β和IL-6在炎癥發(fā)生的不同階段表達(dá)的先后時間不一樣,協(xié)同參與炎性反應(yīng)進(jìn)程,具有重要的局部和全身免疫效應(yīng)。研究選擇TNF-α、IL-1β和IL-6三個與炎性反應(yīng)關(guān)系最密切的指標(biāo)進(jìn)行觀察,HEL會在mRNA及蛋白水平分別降低TNF-α、IL-1β和IL-6的表達(dá)量。Zhang Y等[20]研究發(fā)現(xiàn)HEL對炎性反應(yīng)具有一定的抑制作用,且與我們的研究結(jié)果相似。HEL除了用于神經(jīng)衰弱的催眠、鎮(zhèn)靜和治療外,HEL對CCl4誘導(dǎo)的肝損傷還具有保護(hù)作用[21],HEL可改善慢性不可預(yù)測輕度應(yīng)激大鼠的學(xué)習(xí)和認(rèn)知能力及cAMP/PKA/CREB信號活動[7]。HEL還具有對大鼠慢性不可預(yù)測輕度應(yīng)激模型的抗抑郁作用[9]??傊?,HEL在豬腸上皮細(xì)胞損傷中發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用,但HEL還有眾多其他有價值的功能需要去進(jìn)一步探討和發(fā)現(xiàn)。
HEL會顯著降低炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6在mRNA水平的表達(dá);LPS會顯著提高氧化相關(guān)蛋白(Nrf2和HO-1)的表達(dá)和抗氧化酶(SOD和CAT)的活性;HEL會緩解LPS所引起的IPEC-J2細(xì)胞的氧化及炎性損傷,一定程度上保護(hù)細(xì)胞免受傷害。