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      黃酮類化合物F01WB1695B對(duì)肝細(xì)胞脂肪變性的抑制作用及分子機(jī)制研究*

      2014-08-13 12:39:50朱京童鄭智慧路新華段寶玲孟雅娟
      中國(guó)病理生理雜志 2014年11期
      關(guān)鍵詞:報(bào)告基因油酸肝細(xì)胞

      朱京童, 鄭智慧, 任 曉, 路新華, 段寶玲, 孟雅娟

      (華北制藥集團(tuán)新藥研究開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司,微生物藥物國(guó)家工程中心,河北省工業(yè)微生物代謝工程技術(shù)研究中心,石家莊 050015)

      非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver di-sease, NAFLD)是一種無(wú)過(guò)量飲酒史、以肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞脂肪變性和甘油三酯(triglyceride, TG)在肝細(xì)胞中的堆積為特征的臨床病理綜合征[1]。它與肥胖、胰島素抵抗、高血壓和高甘油三酯血癥等多種代謝疾病緊密聯(lián)系在一起,構(gòu)成代謝綜合癥[2],是肝硬化和肝癌的重要病因,嚴(yán)重威脅著人類健康。

      過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs)屬于核激素受體超家族的一員,是影響脂肪細(xì)胞分化和脂質(zhì)代謝的主要核內(nèi)轉(zhuǎn)錄受體。包括PPARα、PPARβ/δ和PPARγ 3個(gè)亞型[3],PPARα和PPARγ的受體激動(dòng)劑已有藥物在臨床上應(yīng)用于高血脂和糖尿病的治療。

      黃酮類化合物已被研究證實(shí)具有抗氧化、降血脂、清除自由基、保肝抗炎和抗癌等多種生物活性[4],有關(guān)黃酮類化合物的脂肪肝預(yù)防和治療的療效及分子作用機(jī)制報(bào)道較少,本研究通過(guò)油酸誘導(dǎo)建立肝細(xì)胞脂肪變性模型,初步研究了黃酮類化合物F01WB1695B對(duì)L-02肝細(xì)胞脂肪化的抑制作用和分子作用機(jī)制。

      材 料 和 方 法

      1 材料

      1.1細(xì)胞株和質(zhì)粒 L-02肝細(xì)胞株購(gòu)自中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院;中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞CHO-K1購(gòu)自上海細(xì)胞生物學(xué)研究所;pGL3-GAL4、pGAL4-PPARα(LBD)、pGAL4-PPARγ(LBD)、3× PPRE-Luc、 pTarget-PPARα 和pTarget-PPARγ質(zhì)粒均由本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建[5-6]。

      1.2主要試劑和儀器 RPMI-1640培養(yǎng)基、青霉素和鏈霉素由華北制藥集團(tuán)提供;新生牛血清和胎牛血清購(gòu)自杭州四季青公司;油酸為國(guó)產(chǎn)分析純;油紅O及噻唑藍(lán)(MTT) 購(gòu)自Sigma;Trizol RNA 提取試劑盒、SuperscriptTMReverse Transcription和Lipofectamine 2000 Reagent購(gòu)自Invitrogen;甘油三酯和總膽固醇檢測(cè)試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所;CO2培養(yǎng)箱為美國(guó)科峻儀器公司產(chǎn)品;Victor21420多標(biāo)計(jì)數(shù)儀購(gòu)自 PE;倒置熒光顯微鏡購(gòu)自Leica;熒光定量PCR儀MX3000P購(gòu)自安捷倫公司。

      1.3化合物的來(lái)源和配制 F01WB1695B由華北制藥集團(tuán)新藥研究開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司提供,名稱為5,7,3’,4’-tetrahydroxy-8-methoxyisoflavone。用DMSO溶解配制成2 g/L濃度,后3倍梯度稀釋成0.9~2 000 mg/L共8個(gè)濃度組,-20 ℃保存?zhèn)溆谩F浣Y(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。

      Figure 1. Chemical structure of F01WB1695B.

      2 方法

      2.1肝細(xì)胞培養(yǎng) 正常人胚肝細(xì)胞株L-02,用含10%新生牛血清、100 mg/L鏈霉素和1×105U/L 青霉素的RPMI-1640培養(yǎng)基培養(yǎng),培養(yǎng)條件為37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱,細(xì)胞培養(yǎng)48 h,待細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)至匯合率約80%~90%,用胰蛋白酶消化收集細(xì)胞并傳代。

      2.2油酸濃度的確定 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期L-02細(xì)胞,以1×109/L接種于96孔板中。誘導(dǎo)組分別加入終濃度10、20、40和80 mg/L的油酸(DMSO溶解);對(duì)照組為細(xì)胞懸液;空白組用相應(yīng)培養(yǎng)基代替。在37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,MTT比色法染色,在波長(zhǎng)570 nm/630 nm下讀取A值。選擇對(duì)細(xì)胞活性影響小的濃度作為誘導(dǎo)細(xì)胞脂肪化的最佳濃度。

      2.3F01WB1695B的細(xì)胞毒實(shí)驗(yàn) 將L-02細(xì)胞接種于96孔板(200 μL/well),37 ℃培養(yǎng)24 h,加入終濃度0.009、0.027、0.08、0.25、0.74、2.22、6.67和20 mg/L 8個(gè)不同濃度的F01WB1695B作用于L-02細(xì)胞24 h后,MTT法染色,在波長(zhǎng)570 nm/630 nm下讀取A值。選擇對(duì)細(xì)胞毒性小的濃度作為誘導(dǎo)肝細(xì)胞脂肪化的最佳濃度。

      2.4肝細(xì)胞脂肪變性模型的建立 將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的L-02細(xì)胞以1×109/L接種于96孔培養(yǎng)板中,20 mg/L油酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞脂肪化,在37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,吸棄培養(yǎng)孔中的培養(yǎng)基,用PBS洗滌3遍,10%多聚甲醛固定細(xì)胞30 min,60%異丙醇洗滌3遍,油紅O染液避光染色20 min,60%異丙醇洗滌2遍,蒸餾水洗滌3遍,將培養(yǎng)板放置于倒置熒光顯微鏡下, 普通光拍照。

      2.5細(xì)胞內(nèi)甘油三酯和總膽固醇含量測(cè)定 用2 mg/L和0.2 mg/L的F01WB1695B對(duì)經(jīng)20 mg/L油酸誘導(dǎo)后發(fā)生脂肪化的L-02細(xì)胞處理24 h后,收集細(xì)胞。用冷PBS 1 000 r/min離心10 min,清洗細(xì)胞2次,收集細(xì)胞沉淀。用Triton X-100細(xì)胞裂解液裂解細(xì)胞30~40 min,按照試劑盒說(shuō)明書檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)甘油三酯和總膽固醇的含量[ 7]。

      2.6瞬時(shí)轉(zhuǎn)染和報(bào)告基因檢測(cè) 具體方法參考文獻(xiàn)[6]進(jìn)行,將待轉(zhuǎn)染細(xì)胞株以3×104cells/well 接種入96孔板中,37 ℃培養(yǎng)24 h,將培養(yǎng)液換成含10%胎牛血清的無(wú)雙抗RPMI-1640培養(yǎng)液,用脂質(zhì)體2000轉(zhuǎn)染試劑將0.3 μg/well 報(bào)告質(zhì)粒PPRE-Luc與0.1 μg/wellPPARα或PPARγ表達(dá)質(zhì)粒pTarget-PPARα/γ共轉(zhuǎn)染入細(xì)胞。37 ℃培養(yǎng)6 h,加入待測(cè)樣品,DMSO 作為空白對(duì)照。24 h后裂解細(xì)胞,利用 Victor2多標(biāo)計(jì)數(shù)儀檢測(cè)相對(duì)發(fā)光數(shù),計(jì)算螢光素酶的活性。藥物對(duì)核受體激動(dòng)活性用螢光素酶的表達(dá)誘導(dǎo)倍增數(shù)表示,為加藥組螢光素酶的活性與空白對(duì)照(DMSO)組的比值。半數(shù)有效濃度 EC50為最大效應(yīng)一半時(shí)的藥物濃度。

      2.7Real-time PCR檢測(cè)脂代謝相關(guān)基因的表達(dá) 當(dāng)L-02細(xì)胞在6孔板中密度達(dá)到 90% 時(shí),加入F01WB1695B處理 24 h后,用Trizol法提取細(xì)胞總RNA,并反轉(zhuǎn)錄成cDNA。以GAPDH 為內(nèi)參照,對(duì)SCD1、ACOX1和FASN的表達(dá)進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR分析。 根據(jù) real-time PCR引物設(shè)計(jì)原則,用 Primer Premier 5.0 軟件設(shè)計(jì)引物,所有引物見(jiàn)表 1。Real-time PCR 反應(yīng)條件:(1)預(yù)變性:95 ℃ 1 min;(2)兩步法 PCR反應(yīng):變性95 ℃ 5 s;退火延伸60 ℃ 34 s;共40 個(gè)循環(huán)。

      表1 Real-time PCR的引物序列

      3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

      實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。組間均數(shù)比較采用方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

      結(jié) 果

      1 油酸誘導(dǎo)濃度的確定

      MTT法結(jié)果顯示當(dāng)油酸濃度在40 mg/L及以下時(shí),油酸組和加等量DMSO對(duì)照組相比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見(jiàn)表2。這說(shuō)明油酸在40 mg/L及以下時(shí)對(duì)L-02細(xì)胞增殖活力無(wú)影響,本研究選用20 mg/L的油酸進(jìn)行脂質(zhì)誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

      表2 MTT實(shí)驗(yàn)測(cè)定油酸對(duì)肝細(xì)胞生長(zhǎng)的影響

      2 F01WB1695B的濃度確定

      MTT法結(jié)果顯示,當(dāng)F01WB1695B的濃度在20 mg/L及以下時(shí),各濃度組F01WB1695B和加等量DMSO對(duì)照組相比,差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見(jiàn)圖2。這說(shuō)明F01WB1695B在20 mg/L及以下對(duì)L-02細(xì)胞增殖活力無(wú)影響,沒(méi)有顯示出明顯的細(xì)胞毒作用。

      Figure 2. The cytotoxic effect of F01WB1695B on L-02 hepatocytes. Mean±SD. n=3.

      3 油紅O染色法檢測(cè)F01WB1695B對(duì)肝細(xì)胞脂肪化的抑制效應(yīng)

      為了考察F01WB1695B對(duì)肝細(xì)胞脂肪化的抑制作用,本實(shí)驗(yàn)采用油紅O染色法測(cè)定終濃度0.009~20 mg/L 的F01WB1695B對(duì)L-02細(xì)胞的抑制作用。圖3結(jié)果顯示,正常對(duì)照組的細(xì)胞邊緣清晰,細(xì)胞間結(jié)合緊密,胞內(nèi)可見(jiàn)極少量橘紅色脂滴;模型組的細(xì)胞輪廓模糊, 胞內(nèi)可見(jiàn)大量橘紅色脂滴,在胞膜內(nèi)呈環(huán)狀分布,并出現(xiàn)脂滴融合現(xiàn)象。在F01WB1695B為2 mg/L以上時(shí)能明顯抑制細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的形成,細(xì)胞內(nèi)可見(jiàn)極少量橘紅色脂滴;在F01WB1695B為0.2 mg/L以下時(shí)細(xì)胞邊緣模糊,可見(jiàn)大量橘紅色脂滴且呈環(huán)狀分布,但較模型組少。

      Figure 3. The inhibitory effect of F01WB1695B on the lipid droplet accumulation in the steatotic hepatocytes (×200).

      4 F01WB1695B對(duì)脂肪化肝細(xì)胞內(nèi)TG和TC的含量影響的定量分析

      為了研究F01WB1695B對(duì)脂肪化肝細(xì)胞內(nèi)TG和TC含量的影響,本實(shí)驗(yàn)將F01WB1695B作用于L-02細(xì)胞24 h后,收集細(xì)胞和上清,進(jìn)一步測(cè)定了細(xì)胞內(nèi)TG和TC含量。與正常組比較,模型組中TG含量明顯增高(P<0.01);與模型組比較,F(xiàn)01WB1695B干預(yù)24 h后,在0.2 mg/L及以上時(shí)各組TG含量明顯降低,差異顯著(P<0.05)。與正常組比較,模型組中TC含量明顯增高(P<0.01);與模型組比較,F(xiàn)01WB1695B干預(yù)24 h后,在0.2 mg/L及以上時(shí)各組TC含量明顯降低,差異顯著(P<0.05), 見(jiàn)圖4。

      Figure 4. Effects of F01WB1695B on lipogenesis in human hepatic cell line L-02.Mean±SD. n=3. **P<0.01 vs control; #P<0.05 vs model.

      5 F01WB1695B對(duì)核受體PPAR的轉(zhuǎn)錄激動(dòng)活性

      5.1F01WB1695B對(duì)PPAR嵌合表達(dá)報(bào)告基因的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)活性 將 pGL3-GAL4 報(bào)告質(zhì)粒分別與 pGAL4-PPARα(LBD)或pGAL4-PPARγ(LBD)表達(dá)質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染CHO-K1細(xì)胞6 h,加入0.01~10 mg/L濃度的F01WB1695B繼續(xù)培養(yǎng)24 h后,進(jìn)行報(bào)告基因螢光素酶活性的檢測(cè)。結(jié)果如圖5中可以看出F01WB1695B能誘導(dǎo) PPARα和PPARγ調(diào)控的螢光素酶的表達(dá)且呈劑量依賴關(guān)系,其EC50分別為1.21 mg/L 和0.51 mg/L。

      5.2F01WB1695B對(duì)PPRE-Luc 報(bào)告基因的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)活性 為了證實(shí)F01WB1695B對(duì) PPAR的轉(zhuǎn)錄激動(dòng)活性,進(jìn)一步利用3×PPRE-Luc報(bào)告基因方法檢測(cè)F01WB1695B對(duì)PPAR 轉(zhuǎn)錄激動(dòng)活性。將報(bào)告質(zhì)粒3×PPRE-Luc和 PPARα或PPARγ全長(zhǎng)的表達(dá)質(zhì)粒pTarget-PPARα或pTarget-PPARγ共轉(zhuǎn)染 CHO-K1細(xì)胞。結(jié)果如圖5所示,F(xiàn)01WB1695B能誘導(dǎo)報(bào)告基因螢光素酶的表達(dá)且呈劑量依賴關(guān)系,其EC50分別為2.1和1.58 mg/L。此結(jié)果和嵌合表達(dá)受體報(bào)告基因方法的結(jié)果基本一致,進(jìn)一步證實(shí)了F01WB1695B對(duì)PPAR的轉(zhuǎn)錄激動(dòng)作用。

      Figure 5. Transactivities of F01WB1695B on PPARα and PPARγ.A, B: chimeric receptor assay; C, D: PPRE-luc reporter assay. Mean±SD. n=3.

      6 F01WB1695B對(duì)脂代謝相關(guān)基因表達(dá)影響

      為了闡明F01WB1695B對(duì)肝細(xì)胞脂肪化抑制作用的的分子作用機(jī)制,本研究利用real-time PCR進(jìn)一步檢測(cè)了PPAR下游調(diào)控的與脂肪代謝密切相關(guān)基因的表達(dá)變化[8],SCD1和FASN是兩個(gè)脂肪合成關(guān)鍵基因[9-10],ACOX1是脂肪分解代謝的關(guān)鍵基因[10]。用20 mg/L濃度的F01WB1695B處理L-02細(xì)胞24 h后,提取細(xì)胞總RNA,并反轉(zhuǎn)錄成cDNA。對(duì)SCD1、ACOX1和FASN mRNA的表達(dá)進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR分析。和正常對(duì)照組比,模型組細(xì)胞中SCD1和FASN mRNA水平的表達(dá)量被分別上調(diào),ACOX1在 mRNA 水平的表達(dá)量下降;和模型組相比,F(xiàn)01WB1695B 細(xì)胞組中SCD1和FASN在mRNA 水平的表達(dá)量被分別下調(diào),ACOX1在 mRNA 水平的表達(dá)量被上調(diào),見(jiàn)圖6。

      討 論

      NAFLD是一種與遺傳-環(huán)境-代謝-應(yīng)激相關(guān)的肝臟疾病,其發(fā)病與肥胖、糖尿病、營(yíng)養(yǎng)不良、藥物中毒、感染和缺氧等因素有關(guān)。NAFLD的發(fā)病機(jī)制至今仍未完全闡明, 目前被廣泛接受的觀點(diǎn)是Day和James提出的二次打擊學(xué)說(shuō)。第一次打擊指各種原因如肥胖、胰島素抵抗造成肝臟攝入過(guò)多游離脂肪酸(free fatty acid, FFA)引起脂肪變性。第二次打擊主要為氧化應(yīng)激損傷、脂質(zhì)過(guò)氧化損傷及其異常細(xì)胞因子的作用導(dǎo)致的脂肪性肝炎[11]。根據(jù)游離脂肪酸增多是NAFLD發(fā)病機(jī)制之一的學(xué)說(shuō),本研究中采用油酸誘導(dǎo)L-02細(xì)胞48 h發(fā)生脂肪化,通過(guò)油紅O染色以及光鏡觀察證實(shí)細(xì)胞膜內(nèi)有大量脂滴存在,模型組較對(duì)照組顯著增高,證明通過(guò)油酸誘導(dǎo)能夠建立肝細(xì)胞脂肪變性模型。經(jīng)測(cè)定證明經(jīng)油酸誘導(dǎo)L-02細(xì)胞后,能夠增加細(xì)胞內(nèi)TG和TC含量。加入F01WB1695B后可以減少油酸刺激的肝細(xì)胞內(nèi)TG和TC的堆積。

      Figure 6. The relative mRNA levels of SCD1, ACOX1 and FASN in L-02 cells responsed to F01WB1695B. Mean±SD. n= 3.*P<0.05,**P<0.01 vs control; ##P<0.01 vs model.

      PPARs是一類由配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子,在調(diào)控脂肪細(xì)胞分化與脂質(zhì)代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用。其中PPARα對(duì)人體內(nèi)脂質(zhì)的調(diào)節(jié)結(jié)果為降低極低密度脂蛋白甘油三酯水平,上調(diào)參與促進(jìn)膽固醇流出和膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,增強(qiáng)脂肪酸的攝取氧化和抗炎,維持人體的動(dòng)態(tài)平衡[12],減少非酒精性脂肪肝的發(fā)生。PPARγ參與調(diào)控脂類代謝相關(guān)基因的表達(dá),它被激活后, 能夠增量調(diào)節(jié)脂類代謝靶基因的表達(dá), 降低血脂水平[13]。參與脂肪酸β氧化的基因啟動(dòng)子中都含有PPARα的順式作用元件,都是受PPARα調(diào)節(jié)的靶基因。SCD1作為調(diào)節(jié)脂肪酸代謝的重要限速酶[14],在脂肪酸合成代謝中起著重要的調(diào)節(jié)作用[15]。SCD1-/-小鼠控制脂肪酸氧化基因上調(diào)的關(guān)鍵事件發(fā)生在PPARα蛋白活性調(diào)控環(huán)節(jié),ACOX1是PPARα的目標(biāo)基因之一,是脂肪酸在過(guò)氧化物酶體中進(jìn)行β-氧化的限速酶,參與各類脂肪酸β-氧化的第一步反應(yīng),可促進(jìn)脂肪酸在過(guò)氧化物酶體中的氧化[10]。FASN是脂肪酸合成過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)鍵酶,催化乙酰輔酶A和丙二酸單酰輔酶A合成長(zhǎng)鏈脂肪酸。研究表明,PPARα 誘導(dǎo)小脂肪細(xì)胞的形成,調(diào)控乙酰輔酶A合成酶和FASN等多個(gè)酶的表達(dá)[16]。

      本研究中多個(gè)報(bào)告基因檢測(cè)方法證明F01WB1695B能有效激活PPAR的轉(zhuǎn)錄功能,是PPAR的激動(dòng)劑。進(jìn)一步的熒光定量PCR結(jié)果證明F01WB1695B能夠抑制SCD1和FASN 信號(hào)通路的激活,使肝細(xì)胞內(nèi)甘油三酯合成減少,減少細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的蓄積。同時(shí)F01WB1695B上調(diào)ACOX1 mRNA的表達(dá),促進(jìn)了脂肪酸的分解代謝,進(jìn)而降低肝細(xì)胞內(nèi)甘油三酯水平??傊?,本研究的結(jié)果證實(shí)了黃酮類化合物F01WB1695B對(duì)脂肪化肝細(xì)胞具有有效的抑制作用,推測(cè)該作用可能是由于F01WB1695B作為 PPAR 的激動(dòng)劑,通過(guò)激活核受體PPAR的轉(zhuǎn)錄調(diào)控途徑,從而誘導(dǎo)多個(gè)脂類代謝相關(guān)靶基因的表達(dá),進(jìn)而降低脂肪變性肝細(xì)胞內(nèi)TG和TC的水平,發(fā)揮抗非酒精性脂肪肝病的作用。

      [參 考 文 獻(xiàn)]

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