高雪亮,秦立鵬,李永章*,李愛(ài)英
1河北省中醫(yī)院,石家莊 050011;2河北中醫(yī)學(xué)院,石家莊 050200
冠狀動(dòng)脈疾病(coronary artery disease,CAD)是最常見(jiàn)的心血管疾病類型之一,具有很高的發(fā)病率和死亡率。經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(percutaneous coronary intervention,PCI)是一種非常重要的CAD微創(chuàng)治療方法,PCI可有效改善冠脈血流量,降低心絞痛,極大地提高了病人的生活質(zhì)量。然而,血管成形術(shù)后血管再狹窄(vascular restenosis,RS)的高發(fā)生率往往影響其長(zhǎng)期治療效果。已有研究表明,血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)的增殖和遷移是血管成形術(shù)后血管再狹窄發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]。血管內(nèi)皮損傷后,中膜的VSMCs在多種生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)的作用下,由收縮型轉(zhuǎn)化為合成型,并向內(nèi)膜下遷移,發(fā)生過(guò)度增殖則是新生內(nèi)膜形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此,有效抑制VSMCs增殖和遷移已成為血管再狹窄防治的重點(diǎn)。當(dāng)歸多糖是中藥當(dāng)歸的主要生物活性成分,在抗炎癥、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面具有重要作用[2,3]。然而,當(dāng)歸多糖在抗RS作用尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用當(dāng)歸多糖處理人VSMCs(hVSMCs),觀察VSMCs增殖、遷移和侵襲的狀態(tài),并探尋當(dāng)歸多糖調(diào)節(jié)VSMCs功能的可能分子機(jī)制,為血管再狹窄的早期干預(yù)治療提供策略。
hVSMCs購(gòu)自購(gòu)自上海中國(guó)科學(xué)院細(xì)胞庫(kù)。
當(dāng)歸多糖(西安雨澤生物科技有限公司,UV>98%);血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ,美國(guó)Sigma-Aldrich公司);肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(HB-EGF,美國(guó)R&D Systems公司)。
DMEM培養(yǎng)基(美國(guó)Invitrogen公司,12100-046);胎牛血清(素爾生物科技有限公司,SH30084.03);RIPA裂解緩沖液(南京森貝伽生物科技有限公司,SBJ-0999);BCA試劑盒(上海易色醫(yī)療科技有限公司,BC201);MMP2(ab92536)、MMP9(ab76003)、PI3K(ab139307)、p-PI3K(ab278545)、AKT(ab8805)和p-AKT(ab38449)抗體(美國(guó)Abcam公司);HRP二抗(美國(guó)Abcam公司,ab6721);牛血清白蛋白(BSA,上海源葉生物科技有限公司,B20923);ECL化學(xué)發(fā)光底物試劑盒(廣州賽國(guó)生物科技有限責(zé)任公司,WBKLS0100)。
蛋白電泳設(shè)備(美國(guó)Bio-Rad公司,164-5052 和165-8001);凝膠成像系統(tǒng)(美國(guó)Thermo Fisher公司,iBright CL1500);細(xì)胞培養(yǎng)箱(美國(guó)Thermo Fisher公司,CytomatTM10 C450);酶標(biāo)儀(美國(guó)Thermo Fisher公司,51119180ET);光學(xué)顯微鏡(日本Olympus公司,CKX53);臺(tái)式低溫離心機(jī)(美國(guó)Thermo Fisher公司,MICRO17R)。
hVSMCs培養(yǎng)在含體積分?jǐn)?shù)為10% FBS的DEME培養(yǎng)基中進(jìn)行連續(xù)傳代培養(yǎng)。每隔2~3天進(jìn)行細(xì)胞換液,每隔4天進(jìn)行細(xì)胞傳代。
取當(dāng)歸的水煮醇沉淀物和熱蒸餾水(1∶1)溶解,用氫氧化鈣飽和液調(diào)pH值為10.0~11.0,放置過(guò)夜,抽濾。濾液用5 mol/L硫酸調(diào)pH值為5.0~6.0,冰存過(guò)夜,抽濾,濾液過(guò)陰陽(yáng)離子混合樹(shù)脂(樹(shù)脂體積之比為2∶1)交換,交換液濃縮至一定體積,加乙醇沉淀,使含醇量達(dá)85%,冰存過(guò)夜,抽濾。將醇沉物揮發(fā)掉乙醇并濃縮至稠膏狀,低溫干燥即得當(dāng)歸多糖。
四組4月齡SD雄性大鼠,每組5只,共20只。每天灌胃給藥當(dāng)歸多糖低、中、高劑量(100、200、400 mg/kg)1次,連續(xù)1周,空白血清組給予等量的蒸餾水。第7天給藥1 h后,靜脈注射戊巴比妥鈉(50 mg/kg)麻醉大鼠,心臟取血,靜置后離心取上清,0.22 μm無(wú)菌濾器過(guò)濾分裝,56 ℃水浴鍋中30 min滅活補(bǔ)體。-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。用于體外實(shí)驗(yàn)的含藥血清按照1∶4稀釋后使用,即當(dāng)歸多糖低、中、高劑量的含藥血清實(shí)際添加濃度分別為25、50、100 mg/kg。
檢測(cè)當(dāng)歸多糖血清對(duì)人血管平滑肌細(xì)胞(hVSMCs)的毒性作用。設(shè)置空白組(Blank)和不同濃度當(dāng)歸多糖血清(100、200、400 mg/kg)組。A0為100 mg/kg當(dāng)歸多糖血清,用于后續(xù)研究。
檢測(cè)當(dāng)歸多糖血清對(duì)血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)和肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(HB-EGF)誘導(dǎo)的hVSMCs細(xì)胞特性的影響。設(shè)置空白(Blank)組,Ang Ⅱ(1 ng/mL)誘導(dǎo)+空白血清組,HB-EGF(1 ng/mL)誘導(dǎo)+空白血清組,Ang Ⅱ+當(dāng)歸多糖血清(A0)組和HB-EGF+當(dāng)歸多糖血清(A0)組。
研究當(dāng)歸多糖血清通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/AKT途徑對(duì)Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的VSMCs增殖和遷移的影響。設(shè)置空白(blank)組,Ang Ⅱ+當(dāng)歸多糖血清(A0)組,HB-EGF+當(dāng)歸多糖血清(A0)組,Ang Ⅱ+當(dāng)歸多糖血清(A0)組+ PI3K/AKT激動(dòng)劑(IGF-1,10 μM)組和HB-EGF+當(dāng)歸多糖血清(A0)組+IGF-1組。
2.5.1 hVSMCs增殖能力檢測(cè)
使用CCK-8試劑盒檢測(cè)hVSMCs增殖能力。取對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)至90%的各組細(xì)胞,PBS洗滌后用0.25%胰酶消化制成單細(xì)胞懸液,調(diào)節(jié)細(xì)胞懸液濃度為7×104/mL,然后以100 μL/每孔接種于96孔板,每組設(shè)6個(gè)平行孔,接種的細(xì)胞置于37 ℃、5% CO2條件下孵育48 h。培養(yǎng)結(jié)束后,去除每個(gè)孔中原有培養(yǎng)基,用無(wú)血清新鮮培養(yǎng)將CCK-8溶液按照10∶1的比例進(jìn)行稀釋并混勻,每孔加入100 μL,輕輕敲擊培養(yǎng)板混勻,然后置于培養(yǎng)箱中繼續(xù)孵育1 h。利用酶標(biāo)儀檢測(cè)各組450 nm處吸光度。
2.5.2 hVSMCs遷移能力檢測(cè)
使用細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)hVSMCs遷移能力。對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)至90%的hVSMCs用0.25%的胰酶消化細(xì)胞,使用Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)細(xì)胞;調(diào)整細(xì)胞濃度至5.0×104個(gè)/mL,每孔2 mL細(xì)胞懸液加入6孔板;細(xì)胞培養(yǎng)至100%融合狀態(tài),加入1 μg/mL的絲裂霉素C,處理時(shí)間為1 h;使用200 μL移液器吸頭在每孔細(xì)胞表面劃一道直線,PBS沖洗劃掉細(xì)胞碎片;處理后的細(xì)胞除對(duì)照組,加入最適濃度的當(dāng)歸多糖血清,將細(xì)胞置于37 ℃、5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng);分別在0 h和24 h倒置顯微鏡拍照并計(jì)算細(xì)胞侵襲距離。
2.5.3 hVSMCs侵襲能力檢測(cè)
使用Transwell小室檢測(cè)hVSMCs侵襲能力。從-20 ℃冰箱中取出Matrigel基質(zhì)膠,將其置于4 ℃冰箱過(guò)夜融化收集各組對(duì)數(shù)期細(xì)胞,PBS洗滌,用胰酶消化制成單細(xì)胞懸液,用無(wú)血清的MEM培養(yǎng)基調(diào)節(jié)細(xì)胞密度1×105/mL,將Transwell小室放置在24孔培養(yǎng)板中,上室加入200 μL/孔,Transwell下室加入600 μL含10%血清的DMEM培養(yǎng)基,將24孔板置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中,于37 ℃、5% CO2條件下繼續(xù)培養(yǎng)48 h后,取出小室,PBS洗滌后置于4%多聚甲醛中固定20 min,后加入0.1%結(jié)晶紫染色30 min,PBS沖洗小室,室溫下自然干燥后顯微鏡下觀察細(xì)胞遷移數(shù)量。
2.5.4 Western blot 分析蛋白表達(dá)水平
取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞,接種到6孔細(xì)胞培養(yǎng)板(2.5×105個(gè)/mL),每孔2 mL,37 ℃、5% CO2過(guò)夜培養(yǎng)。分組處理后收集細(xì)胞。用RIPA裂解各組細(xì)胞,提取總蛋白。用BCA試劑盒檢測(cè)總蛋白濃度,10% SDS-PAGE分離蛋白后用半干轉(zhuǎn)膜儀轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)至PVDF膜。用5%脫脂牛奶室溫封閉蛋白2 h,隨后按照適當(dāng)比例加入一抗(MMP2,MMP9,PI3K,P-PI3K,AKT和P-AKT)于4 ℃封閉過(guò)夜,第二天加入對(duì)應(yīng)二抗室溫封閉1 h,最后滴ECL進(jìn)行曝光,曝光顯色后的蛋白使用Bio-Rad全功能成像系統(tǒng)采集圖像,Image-Pro Plus分析光密度,以β-actin為內(nèi)參,計(jì)算各組蛋白質(zhì)的相對(duì)表達(dá)量。
由圖1可知,與空白組比較,100 mg/kg和200 mg/kg當(dāng)歸多糖血清處理細(xì)胞后不會(huì)影響細(xì)胞活力,使用400 mg/kg當(dāng)歸多糖血清處理細(xì)胞,細(xì)胞活力顯著下降(P<0.05)。因此,本實(shí)驗(yàn)選擇100 mg/kg(A0)的當(dāng)歸多糖血清濃度用于后續(xù)研究。
圖1 當(dāng)歸多糖對(duì)hVSMCs活力的影響Fig.1 The effect of Angelica polysaccharides on the viability of hVSMCs 注:與空白組比較,* P < 0.05。Note:Compared with blank group, *P < 0.05.
如圖2所示,Ang Ⅱ和HB-EGF成功誘導(dǎo)了hVSMCs增殖,當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理顯著抑制Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs的增殖。另外,當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理顯著阻礙了由Ang Ⅱ和HB-EGF成功誘導(dǎo)的hVSMCs遷移和侵襲水平的增加(圖3A、3B)。Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs中,遷移相關(guān)蛋白MMP2和MMP9的表達(dá)水平顯著升高,而當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理可以降低MMP2和MMP9的水平(圖4A~4C)。
圖2 當(dāng)歸多糖對(duì)Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs活力的影響 Fig.2 The effects of Angelica polysaccharides on the proliferation of hVSMCs induced by Ang Ⅱ and HB-EGF注:與空白組比較,***P < 0.001;與Ang Ⅱ組比較,##P < 0.01。Note:Compared with blank group, *** P < 0.001;Compared with Ang Ⅱ group,## P < 0.01.
圖3 當(dāng)歸多糖對(duì)Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs侵襲和遷移的影響 Fig.3 The effects of Angelica polysaccharides on the invasion and migration of hVSMCs induced by Ang Ⅱ and HB-EGF注:A:Transwell小室檢測(cè)hVSMCs遷移能力;B:劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)hVSMCs侵襲能力。與空白組比較,***P < 0.001;與Ang Ⅱ組比較,###P < 0.001;與HB-EGF組比較,&&&P < 0.001。Note:A:The migration ability of hVSMCs was measured by Transwell assay;B:The invasion ability of hVSMCs was detected using Wound Healing.Compared with blank group, *** P < 0.001;Compared with Ang Ⅱ group,### P < 0.001;Compared with HB-EGF group,&&&P < 0.001.
圖4 當(dāng)歸多糖對(duì)Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs中MMP2和MMP9表達(dá)的影響 Fig.4 The effects of Angelica polysaccharides on the expression of MMP2 and MMP9 in Ang Ⅱ and HB-EGF-induced hVSMCs 注:與空白組比較,*P < 0.05,** P < 0.01,*** P < 0.001;與Ang Ⅱ組比較,#P < 0.05;與HB-EGF組比較,&P < 0.05。Note:Compared with blank group, *P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001;Compared with Ang Ⅱ group,#P < 0.05;Compared with HB-EGF group,&P < 0.05.
如圖5A~5E所示,在Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMCs中,p-PI3K和p-AKT的表達(dá)水平顯著升高,而當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理可以抑制p-PI3K和p-AKT的表達(dá)。PI3K和AKT的表達(dá)水平在各組細(xì)胞中沒(méi)有顯著變化。
圖5 當(dāng)歸多糖對(duì)PI3K/AKT信號(hào)途徑的調(diào)控作用 Fig.5 The regulation of Angelica polysaccharides on PI3K/AKT signaling注:與空白組比較,**P < 0.01;與Ang Ⅱ組比較,#P < 0.05,#P < 0.01;與HB-EGF組比較,&&P < 0.01 Note:Compared with blank group, **P < 0.01;Compared with Ang Ⅱ group,#P < 0.05,##P < 0.01;Compared with HB-EGF group,&&P < 0.01
如圖6和圖7所示,PI3K/AKT激動(dòng)劑IGF-1處理逆轉(zhuǎn)了當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理對(duì)hVSMCs增殖、遷移和侵襲水平的抑制作用。Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與單獨(dú)使用當(dāng)歸多糖血清預(yù)處理的hVSMCs相比,IGF-1和當(dāng)歸多糖血清共處理的hVSMCs中,遷移相關(guān)蛋白MMP2和MMP9的表達(dá)顯著升高(見(jiàn)圖8)。
圖6 當(dāng)歸多糖通過(guò)抑制PI3K/AKT途徑阻礙hVSMCs增殖Fig.6 Angelica polysaccharides inhibited the proliferation of hVSMCs by suppressing the PI3K/AKT pathway注:與HB-EGF+A0組比較,##P < 0.01;與Ang Ⅱ+A0組比較,&&&P < 0.001。Note:Compared with HB-EGF+A0 group,## P < 0.01;Compared with Ang Ⅱ+A0 group,&&& P < 0.001.
圖7 當(dāng)歸多糖通過(guò)抑制PI3K/AKT途徑阻礙hVSMCs侵襲和遷移Fig.7 Angelica polysaccharides inhibited the invasion and migration of hVSMCs by suppressing the PI3K/AKT pathway注:A:Transwell小室檢測(cè)hVSMCs遷移能力;B:劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)hVSMCs侵襲能力。與HB-EGF+A0組比較,###P < 0.001;與Ang Ⅱ+A0組比較,&&&P < 0.001。Note:A:The migration ability of hVSMCs was measured by Transwell assay;B:The invasion ability of hVSMCs was detected using Wound Healing.Compared with HB-EGF+A0 group,###P < 0.001;Compared with Ang Ⅱ+A0 group,&&&P < 0.001.
圖8 當(dāng)歸多糖通過(guò)抑制PI3K/AKT途徑阻礙MMP2和MMP9的表達(dá)Fig.8 Angelica polysaccharides inhibited the expression of MMP2 and MMP9 by suppressing the PI3K/AKT pathway注:與HB-EGF+A0組比較,# P < 0.05,## P < 0.01;與Ang Ⅱ+A0組比較,& P < 0.05,&& P < 0.01Note:Compared with HB-EGF+A0 group,# P < 0.05,## P < 0.0;Compared with Ang Ⅱ+A0 group,& P < 0.05,&& P < 0.01.
中藥活性物質(zhì)由于具有較少的副作用,長(zhǎng)期以來(lái)被用于預(yù)防PCI后的血管再狹窄。當(dāng)歸多糖作為當(dāng)歸的主要活性成分,具有抗氧化、抗腫瘤、造血調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護(hù)等多種重要的生物活性。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)歸多糖可以通過(guò)調(diào)節(jié)骨髓造血干細(xì)胞改善骨髓造血微環(huán)境[4]。另外,當(dāng)歸多糖通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和肝細(xì)胞凋亡,可以改善過(guò)量對(duì)乙酰氨基酚(acetaminophen,APAP)所致的大鼠急性肝損傷[5]。機(jī)制上,當(dāng)歸多糖生物活性的發(fā)揮可通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)途徑實(shí)現(xiàn)。當(dāng)歸多糖通過(guò)下調(diào)BNIP3和激活mTOR和Notch信號(hào)通路調(diào)節(jié)缺氧誘發(fā)的大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的凋亡和自噬[6]。最新研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)歸多糖通過(guò)調(diào)節(jié)p38信號(hào)通路抑制宮頸癌Hela細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和侵襲[2]。然而,當(dāng)歸多糖對(duì)血管平滑肌細(xì)胞增殖和損傷血管修復(fù)的作用及潛在機(jī)制尚未見(jiàn)研究。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)歸多糖血清在體外顯著抑制Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMC增殖、遷移和侵襲。并進(jìn)一步證明當(dāng)歸多糖血清對(duì)hVSMC增殖、遷移和侵襲的抑制作用是通過(guò)抑制PI3K/AKT信號(hào)通路中的蛋白活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
眾所周知,Ang Ⅱ是一個(gè)是動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓和血管再狹窄的已知致病因素。據(jù)報(bào)道,高水平的HB-EGF與支架內(nèi)再狹窄的高風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率相關(guān)[7]。本研究結(jié)果顯示,Ang Ⅱ和HB-EGF可顯著誘導(dǎo)hVSMC增殖、遷移和侵襲的發(fā)生。值得注意的是,當(dāng)歸多糖可以顯著降低Ang Ⅱ和HB-EGF誘導(dǎo)的hVSMC增殖、遷移和侵襲水平。此外,一些遷移調(diào)節(jié)蛋白,包括細(xì)胞粘附分子ICAM1、VCAM-1、MMP2和MMP9被報(bào)道為異常VSMC遷移的重要調(diào)節(jié)蛋白。MMPs,尤其是MMP2和MMP9,在血管損傷后被快速激活。本研究結(jié)果表明當(dāng)歸多糖血清可以抑制Ang Ⅱ和HB-EGF刺激誘導(dǎo)的MMP2和MMP9的表達(dá)。
PI3K/AKT信號(hào)通路廣泛調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫、增殖、分化和凋亡過(guò)程[8]。已有研究報(bào)道,PI3K/AKT信號(hào)通路在激活hVSMC增殖和遷移,并在血管損傷后新生內(nèi)膜增生中發(fā)揮重要作用[9,10]。PI3K/AKT信號(hào)通路的激活可導(dǎo)致支架內(nèi)血管再狹窄的發(fā)生[11]。相反,含AKT1 siRNA的納米顆粒洗脫支架能夠有效緩解支架內(nèi)再狹窄[12]。在總動(dòng)脈支架植入動(dòng)脈模型中,吉非替尼涂層球囊可通過(guò)抑制PI3K/AKT信號(hào)通路而抑制VSMC增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[13,14]。還有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),用PDGF刺激人肺動(dòng)脈VSMCs,可激活PI3K,PI3K通過(guò)使AKT下游的核糖體蛋白p7OS6K磷酸化,進(jìn)而調(diào)節(jié)核糖體S6蛋白,從而促進(jìn)VSMCs增殖和遷移,且IGF-1能有效抑制這一過(guò)程,證明PDGF誘導(dǎo)VSMCs的增殖和遷移呈PI3K依賴性[15]。Zhou等[16]在體外模擬支架植入后VSMCs受到的力學(xué)刺激,發(fā)現(xiàn)鼠VSMCs加載5%和20%的潛力6 h可激活PI3K/AKT信號(hào)通路和下游的GSK。另外,人參皂苷R1通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路抑制VSMC增殖、遷移和新生內(nèi)膜增生[17]。本研究發(fā)現(xiàn),PI3K/Akt信號(hào)通路激動(dòng)劑IGF-1可逆轉(zhuǎn)當(dāng)歸多糖血清對(duì)hVSMC增殖,遷移和侵襲的抑制作用。
綜上所述,當(dāng)歸多糖血清可成功抑制Ang Ⅱ和HB-EGF刺激的hVSMC增殖,遷移和侵襲的增加,其重要的作用機(jī)理之一是降低了PI3K/Akt信號(hào)通路的活性,本研究為抗血管再狹窄提供了新的治療策略。
天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)2021年12期