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    白藜蘆醇通過減緩內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及增加 eNOS的表達(dá)改善高熱量高膽固醇飲食引起的內(nèi)皮損傷

    2014-05-15 10:10:42程靜靜李朝飛陳冠軍鮑瑩瑩魯云霞
    中國藥理學(xué)通報(bào) 2014年12期
    關(guān)鍵詞:白藜蘆醇孵育主動(dòng)脈

    程靜靜,陳 莉,李朝飛,陳冠軍,鮑瑩瑩,魯云霞

    (安徽醫(yī)科大學(xué)1.生物化學(xué)教研室、2.化學(xué)教研室,安徽合肥 230032;3.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科,安徽合肥 230022)

    內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)膜型/分泌型蛋白質(zhì)合成的細(xì)胞器,在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)正確折疊、鈣穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞凋亡等方面具有重要作用,是維持血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的重要細(xì)胞器,葡萄糖、病毒感染、化學(xué)藥物如衣霉素等多種刺激因素誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)未折疊/錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)和鈣穩(wěn)態(tài)失衡等狀態(tài)被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)[1]。過度的ERS是一系列疾病,包括動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和腎功能障礙等的誘因之一。

    隨著肥胖人群在全球范圍內(nèi)的增多,與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的代謝綜合征也日益增多,血脂異常是動(dòng)脈粥樣硬化的起始步驟,其早期病變是內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[2]。白藜蘆醇(resveratrol,RES)屬于一種非黃酮類多酚化合物,存在于多種植物中,具有抗自由基、抗脂質(zhì)過氧化作用,對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化等心腦血管疾病的防治起重要的作用[3-4],但尚無其在血管內(nèi)皮細(xì)胞中影響ERS的相關(guān)報(bào)道。已知氧化應(yīng)激和ERS之間相互聯(lián)系,一方面氧化應(yīng)激干擾ER中的蛋白質(zhì)折疊,另一方面UPR可引起氧化應(yīng)激,因此推測RES的抗氧化作用可能減少UPR和ERS[5]。本實(shí)驗(yàn)旨在研究RES對(duì)高脂飲食小鼠胸主動(dòng)脈血管內(nèi)皮及細(xì)胞的影響是否與ERS有關(guān)。由于RES是天然無毒化合物,作用較緩慢,因此參照文獻(xiàn)選取單一的較高劑量 RES(400 mg·kg-1·d-1)[6],體外實(shí)驗(yàn)先用不同濃度的RES預(yù)孵育,再用一定濃度的棕櫚酸誘導(dǎo),以觀察其保護(hù)作用是否具有劑量效應(yīng)。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和細(xì)胞株 C57BL/6小鼠24只,8周齡,清潔級(jí),♂,體質(zhì)量20~25 g,由安徽醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,適應(yīng)性飼養(yǎng)1周。小鼠胸主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(mouse aortic endothelial cells,MAEC),由合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院劉健博士饋贈(zèng)。

    1.1.2 藥物和試劑 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)用白藜蘆醇購自南京澤朗醫(yī)藥科學(xué)技術(shù)有限公司;細(xì)胞實(shí)驗(yàn)用白藜蘆醇(R5010)、棕櫚酸(palmitic acid,PA)購自美國Sigma公司,四季青胎牛血清購自浙江天杭生物科技有限公司;RNAStore樣品保存液(DP408)購自天根生化科技(北京)有限公司;RT試劑盒購自Fermentus Life Sciences;DMEM培養(yǎng)基購自美國Invitrogen公司;鼠抗3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)單克隆抗體購自康為世紀(jì)生物技術(shù)有限公司;兔抗GRP78多克隆抗體購自美國 Abcam公司;鼠抗CHOP單克隆抗體購自美國CST公司;兔抗eNOS多克隆抗體購自美國Santa Cruz公司;羊抗兔辣根過氧化物酶標(biāo)記抗體和DAB均購自武漢博士德生物技術(shù)有限公司;FITC羊抗小鼠二抗購自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司;增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光底物檢測試劑盒(ECL發(fā)光劑)購自碧云天生物技術(shù)研究所;DAPI購自Biosharp生物科技有限公司;RIPA裂解液購自南京凱基生物科技發(fā)展有限公司。所有引物均用Primer5.0軟件設(shè)計(jì),由上海生工生物技術(shù)工程有限公司合成(Tab 1)。

    Tab 1 Primer sequences used for RT-PCR analysis of related gene expression in m ice

    1.1.3 動(dòng)物分組及用藥 將C57 BL/6小鼠隨機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)飲食組(SCD)、高熱量高膽固醇飲食組(HCD,20%豬油、20%蔗糖、10%蛋黃粉、1%膽固醇)和高熱量高膽固醇飲食+白藜蘆醇組(HCD+RES)。除SCD組外,其余2組均為HCD喂養(yǎng),HCD+RES組在HCD的同時(shí)灌胃白藜蘆醇(400 mg·kg-1·d-1)治療12周。所有操作均遵守安徽醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)的要求。

    1.2 方法

    1.2.1 胸主動(dòng)脈的病理學(xué)檢測和免疫組織化學(xué)分析 小鼠處死后迅速取出胸主動(dòng)脈,用4%(V/V)的多聚甲醛溶液固定72 h,石蠟包埋,4μm切片,HE染色和間苯二酚品紅染色,400倍光鏡下觀察組織的病理學(xué)改變,對(duì)比拍照。將血管以4μm連續(xù)切片,常規(guī)脫蠟至水,微波抗原修復(fù),3%H2O2消除內(nèi)源性過氧化物酶活性,PBS洗后用山羊血清封閉,eNOS羊抗兔(1∶100)4℃過夜,二抗工作液室溫孵育10 min,辣根酶標(biāo)記鏈卵白素標(biāo)記,DAB顯色,蘇木素復(fù)染,中性樹膠封片。

    1.2.2 胸主動(dòng)脈的 RT-PCR分析 抽提血管總RNA,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,常規(guī)PCR分析,反應(yīng)條件為:預(yù)變性 94℃3 min,變性 94℃30 s、退火 55℃30 s、延伸72℃ 30 s,32個(gè)循環(huán)后 72℃延伸 5 min,3%瓊脂糖凝膠電泳,以目的條帶的灰度與內(nèi)參GAPDH的灰度之比表示目的基因的表達(dá)水平。

    1.2.3 MAEC細(xì)胞培養(yǎng) 將MAEC細(xì)胞解凍復(fù)蘇后,種植在含10%胎牛血清、105IU·L-1青霉素、105IU·L-1鏈霉素的 DMEM培養(yǎng)基中,37℃、5%CO2、95%濕度的條件下培養(yǎng),2~3 d換液1次。待細(xì)胞生長至單層融合狀態(tài)后,用0.25%胰蛋白酶消化傳代。

    1.2.4 MTT實(shí)驗(yàn) 取對(duì)數(shù)生長期細(xì)胞,接種于96孔培養(yǎng)板,低濃度 RES(10μmol·L-1)、中濃度 RES(50μmol·L-1)、高濃度 RES(100μmol·L-1)預(yù)處理6 h后加入0.5 mmol·L-1PA孵育,每組平行6個(gè)復(fù)孔,重復(fù) 3次,培養(yǎng)時(shí)間分別為 6、12、18、24 h,在達(dá)各培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)前4 h時(shí),每孔加5 g·L-1MTT 20μl繼續(xù)培養(yǎng)4 h,去除培養(yǎng)基,每孔加150μl DMSO,酶標(biāo)儀測定OD570。

    1.2.5 Western blot 不同濃度 RES預(yù)處理后加PA共同孵育24 h,RIPA裂解液抽提細(xì)胞總蛋白,BCA法測蛋白濃度,12%SDS-PAGE凝膠電泳,轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,封閉后分別用抗GAPDH(1∶800)、GRP78(1∶600)的一抗4℃孵育過夜,HRP標(biāo)記的二抗室溫孵育1 h,加入 ECL發(fā)光劑反應(yīng)5~10 min,暗室顯影成像,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

    1.2.6 細(xì)胞免疫熒光 制備細(xì)胞爬片,不同濃度RES預(yù)處理后加PA共同孵育24 h,4%多聚甲醛固定,0.5%Triton X-100破膜,5%BSA封閉后加鼠抗CHOP單克隆抗體(1∶200)4℃孵育過夜,F(xiàn)ITC山羊抗小鼠二抗室溫孵育1 h,DAPI染色10 min后抗熒光淬滅封片劑封片,熒光顯微鏡下觀察。

    1.2.7 細(xì)胞免疫組化分析 制備細(xì)胞爬片,不同濃度RES預(yù)處理后加PA共同孵育24 h,4%多聚甲醛固定,其余步驟包括eNOS的濃度均同上述組織的免疫化學(xué)分析。

    1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析(ANOVA),兩組間比較用SNK-q檢驗(yàn)。

    2 結(jié)果

    2.1 白藜蘆醇對(duì)高脂飲食小鼠胸主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞病理學(xué)的影響 HE及間苯二酚染色結(jié)果顯示:SCD組小鼠動(dòng)脈結(jié)構(gòu)清晰,內(nèi)皮細(xì)胞連續(xù)光滑完整,彈力纖維排列呈波浪狀,未見斷裂,無病理學(xué)改變;HCD組動(dòng)脈管壁增厚,彈力纖維排列紊亂,局部有斷裂現(xiàn)象;HCD+RES組相對(duì)于HCD組管壁變薄,彈力纖維基本無斷裂(Fig 1)。

    2.2 白藜蘆醇對(duì)胸主動(dòng)脈ERS中3個(gè)上游通路分子基因表達(dá)的影響 RT-PCR結(jié)果顯示:與SCD組相比,HCD組小鼠胸主動(dòng)脈的ERS中3個(gè)信號(hào)通路IRE1α、ATF6以及PERK的基因水平表達(dá)均明顯升高(P<0.05);與 HCD組相比,HCD+RES組PERK、IRE1α基因水平明顯降低(P<0.05),ATF6基因的表達(dá)差異無顯著性(P>0.05)。

    2.3 白藜蘆醇對(duì)胸主動(dòng)脈ERS中2個(gè)下游分子GRP78和CHOP基因表達(dá)的影響 RT-PCR結(jié)果表明:與SCD組相比,HCD組小鼠胸主動(dòng)脈的ERS中GRP78和CHOP基因的表達(dá)均明顯增加(P<0.05);與HCD組相比,HCD+RES組CHOP基因的表達(dá)明顯降低(P<0.05),GRP78雖然略有升高,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見 Fig 3。

    2.4 白藜蘆醇對(duì)胸主動(dòng)脈eNOS蛋白水平表達(dá)的影響 免疫組化結(jié)果顯示:eNOS蛋白在內(nèi)皮細(xì)胞的胞質(zhì)中表達(dá);與SCD組相比,HCD組eNOS的表達(dá)降低;與HCD組相比,HCD+RES組的eNOS表達(dá)有所增加(Fig 4)。

    Fig 1 Photom icrographs ofmouse thoracic aorta w ith HE and resorcinol-fuchsin staining(×400)A.SCD group;B.HCD group;C.HCD+RES group.1:HE staining;2:resorcinol-fuchsin staining.

    Fig 2 Comparison ofmRNA expression of IRE1α,ATF6 and PERK in thoracic aorta of 3 groups*P<0.05 vs SCD group;#P<0.05 vs HCD group

    2.5 白藜蘆醇對(duì)棕櫚酸誘導(dǎo)MAEC增殖的影響由Tab 2可知:PA對(duì)MAEC增殖有明顯的抑制作用,且呈濃度和時(shí)間依賴關(guān)系;RES預(yù)處理后,可改善PA對(duì)MAEC增殖的抑制作用,其中低濃度(10 μmol·L-1)RES對(duì) MAEC改善增殖作用不明顯(P>0.05),較高濃度作用12 h以上明顯增強(qiáng)(P<0.05),且呈濃度依賴性。

    Tab 2 Influence of RES pretreatment on proliferation of mouse aortic endothelial cells treated w ith PA(±s,n=3)

    Tab 2 Influence of RES pretreatment on proliferation of mouse aortic endothelial cells treated w ith PA(±s,n=3)

    *P<0.05,**P<0.01 vs NC;#P<0.05,##P<0.01 vs PA

    Group 6 h 12 h 18 h 24 h NC 0.652±0.013 0.685±0.014 0.874±0.016 0.921±0.011 PA 0.543±0.021*0.565±0.016*0.665±0.015**0.636±0.014**RES10μmol·L-1 0.572±0.011 0.599±0.029 0.697±0.011 0.701±0.021#RES50μmol·L-1 0.591±0.012# 0.644±0.021# 0.767±0.024# 0.782±0.012#RES100μmol·L-1 0.607±0.025# 0.664±0.021# 0.841±0.012## 0.851±0.019##

    Fig 3 Com parison ofm RNA expression of CHOP and GRP78 in thoracic aorta of 3 groups*P<0.05 vs SCD group;#P<0.05 vs HCD group

    Fig 4 The immunohistochem ical results of eNOS in thoracic aorta of 3 groups(×400)A:SCD group;B:HCD group;C:HCD+RES group.

    2.6 白藜蘆醇對(duì)棕櫚酸誘導(dǎo)M AEC中GRP78蛋白表達(dá)的影響 Western blot結(jié)果表明:與NC組相比,PA組MAEC表達(dá)的GRP78蛋白水平均明顯升高(P<0.05);單獨(dú)使用RES組對(duì)GRP78表達(dá)沒有明顯影響(P>0.05);不同濃度RES干預(yù)后GRP78的蛋白水平表達(dá)相對(duì)于PA組明顯降低(P<0.05)(Fig 5)。

    Fig 5 Effect of RES pretreatment on expression of GRP78 protein induced by PA in MAEC*P<0.05 vs NC group;#P<0.05 vs PA group

    2.7 白藜蘆醇對(duì)棕櫚酸誘導(dǎo)MAEC中CHOP蛋白表達(dá)的影響 與NC組相比,PA組CHOP表達(dá)明顯增加,且定位在細(xì)胞核;與PA組相比,中、高劑量RES干預(yù)組CHOP表達(dá)明顯減少,而低濃度RES組與PA組相比,CHOP的減少不明顯(Fig 6)。

    2.8 白藜蘆醇對(duì)棕櫚酸誘導(dǎo)MAEC中eNOS蛋白表達(dá)的影響 eNOS主要在胸主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的胞質(zhì)中表達(dá)。與NC組相比,PA組eNOS表達(dá)明顯減少;與PA組相比,低濃度RES預(yù)處理后,eNOS蛋白表達(dá)無明顯增加,中、高濃度RES預(yù)處理后,eNOS蛋白表達(dá)明顯增加(Fig 7)。

    Fig 6 Effect of RES pretreatment on expression of CHOP protein induced by PA in MAECs

    Fig 7 Effects of RES pretreatment on expression of eNOS protein induced by PA in MAECsA:NC group;B:0.5 mmol·L-1 PA group;C:10μmol·L-1 RES+0.5 mmol·L-1 PA group;D:50μmol·L-1 RES+0.5 mmol·L-1 PA group;E:100μmol·L-1 RES+0.5 mmol·L-1 PA group.

    3 討論

    UPR有3個(gè)主要的效應(yīng)蛋白:ATF6、IRE1α和PERK,在基礎(chǔ)狀態(tài)下,這3個(gè)效應(yīng)蛋白都與分子伴侶GRP78結(jié)合,當(dāng)發(fā)生 ERS時(shí),它們與GRP78分離,然后被激活[7]。錢磊等[2]研究發(fā)現(xiàn),高脂飲食或者PA誘導(dǎo)時(shí)胸主動(dòng)脈或內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生ERS。本研究發(fā)現(xiàn),小鼠高熱量高膽固醇飲食12周后,胸主動(dòng)脈組織彈力纖維排列紊亂,ERS相關(guān)基因水平明顯升高,表明該飲食明顯激活內(nèi)皮細(xì)胞的ERS通路;白藜蘆醇干預(yù)后,血管內(nèi)皮中PERK、IRE1α及下游CHOP、GRP78基因的轉(zhuǎn)錄水平均明顯降低,提示白藜蘆醇保護(hù)高脂損傷大血管的作用機(jī)制可能與其緩解 ERS、降低 PERK、IRE1α及其下游 CHOP、GRP78的基因表達(dá)有關(guān)。另有研究表明白藜蘆醇可抑制缺血/再灌注和衣霉素誘導(dǎo)的ERS及視網(wǎng)膜血管變性[8],并通過抑制GRP78蛋白的表達(dá)從而減少ERS和糖尿病大鼠的早期腎損害[9],與本文的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果基本一致。

    高脂飲食后小鼠血清中16碳的軟脂酸(PA)和18碳的硬脂酸均升高,以PA升高最為明顯[10],因此本研究先通過低、中、高劑量的白藜蘆醇預(yù)處理MAEC,然后用 PA(0.5 mmol·L-1)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞,結(jié)果發(fā)現(xiàn),中、高濃度白藜蘆醇(50、100μmol·L-1)可明顯改善PA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞增殖的抑制作用,且呈明顯的劑量依賴關(guān)系(Tab 2)。PA可明顯增加GRP78、CHOP的蛋白表達(dá),中、高濃度白藜蘆醇則明顯減少PA誘導(dǎo)的ERS。有報(bào)道稱白藜蘆醇可抑制乙醇誘導(dǎo)的ERS及Caspase-12,導(dǎo)致的肝細(xì)胞凋亡[11],也可在HepG2細(xì)胞中通過誘導(dǎo)去乙酰化酶SIRT1的高表達(dá)來誘導(dǎo)氧調(diào)節(jié)蛋白150(ORP150)的表達(dá)以減緩PA誘導(dǎo)的ERS和胰島素抵抗[12],與本文的細(xì)胞研究結(jié)果基本一致。

    NO主要由eNOS催化生成后分泌到血液,參與調(diào)控血管擴(kuò)張、免疫反應(yīng)等多種生理和病理學(xué)過程[13]。在糖尿病早期階段,由eNOS表達(dá)改變引起的NO水平異常會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙的發(fā)生[14],白藜蘆醇可通過上調(diào)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中eNOS的表達(dá)來發(fā)揮其血管保護(hù)作用[15]。本研究發(fā)現(xiàn)[16],高脂飲食導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞eNOS表達(dá)減少,細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)PA可抑制eNOS的表達(dá),而動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表明白藜蘆醇的干預(yù)或預(yù)處理可增加eNOS的表達(dá)(Fig 4、6),提示高脂飲食和PA誘導(dǎo)的小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞受損與eNOS的表達(dá)減少密切相關(guān),而白藜蘆醇可能通過增加eNOS的表達(dá)來逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。白藜蘆醇是SIRT1的特異性激動(dòng)劑,研究表明在肝細(xì)胞中,Exedin-4通過增加SIRT1的表達(dá)來減緩ERS標(biāo)志基因的表達(dá),本研究將在后續(xù)的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)觀察白藜蘆醇是否也能以類似的方式來減少ERS標(biāo)志基因的表達(dá)。

    綜上所述,本研究從體內(nèi)和體外兩方面證實(shí)了白藜蘆醇對(duì)高熱量高膽固醇飲食和棕櫚酸誘導(dǎo)胸主動(dòng)脈及血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的保護(hù)作用,可能與其明顯減少ERS和增加eNOS的表達(dá)有關(guān)。然而白藜蘆醇具體如何影響ERS下游的通路,進(jìn)而改變eNOS的表達(dá)、影響血管的舒張功能?以及其對(duì)ERS的影響是直接作用還是間接作用?需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來證實(shí),其機(jī)制的闡明將為開發(fā)白藜蘆醇作為以ERS及其下游PERK、IRE1α等為靶點(diǎn)的藥物提供理論依據(jù)。

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