摘要:目的 观察肉苁蓉提取物毛蕊花苷对MPP+诱导的SHSY5Y细胞损伤的影响。方法 用MTT法检测细胞存活率, 以流式细胞仪检测细胞内活性氧的产生和线粒体膜电位的变化, 以及细胞凋亡的发生, 并用荧光酶标仪测定caspase-3的活性, 蛋白印迹测定Bcl-2 的表达水平。结果 200μmol· L-1 MPP+处理细胞24 h降低细胞的存活率;诱导细胞发生凋亡, 凋亡率达38.9%;细胞内活性氧水平及caspase-3的活性升高;而线粒体膜电位却明显降低。而预先给予0.1、1或者10 mg· L-1浓度的毛蕊花苷处理细胞12 h,可提高细胞存活率;流式细胞仪检测凋亡率分别降低到29.5%, 15.3%和8.6%, 而且细胞内活性氧的水平明显降低, 并可逐渐恢复线粒体的高能量状态;caspase-3 的活性不断降低, Bcl-2的表达水平增高, 并呈现一定的剂量依赖性。结论 毛蕊花苷能抑制MPP+诱导的SHSY5Y细胞凋亡, 其神经细胞保护作用可能与其降低细胞内活性氧水平, 维持线粒体膜电位的高能状态和抑制caspase-3的活性有关。关键词:毛蕊花苷;细胞凋亡;过氧化氢;SHSY5Y细胞;线粒体膜电位;活性氧;半胱氨酸蛋白酶3 帕金森病(Parkinsonsdisease, PD)是一种中老年人常见的神经系统变性疾病, 主要是由于黑质多巴胺能神经元坏死、凋亡, 使黑质—纹状体通路多巴胺释放减少, 造成多巴胺—乙酰胆碱失衡。人们早已证实神经元凋亡是帕金森病神经细胞死亡的主要机制[ 1] , 而且病灶周围都要产生大量的活性氧自由基(reactiveoxygenspecies, ROS)[ 2] 。近来研究发现, 细胞内ROS累积、线粒体膜电位(MMP)下降是氧化应激诱导细胞凋亡、引起细胞损伤的关键因素,因此可以把减轻氧化应激作为药物作用的靶点之一, 用于神经保护药物的筛选。 肉苁蓉(HerbaCistanches)为肉苁蓉属植物干燥带鳞叶的肉质茎, 具有补肾阳、益精血、润肠通便之功效, 有“沙漠人参”之美誉[ 3, 4] 。一系列研究表明肉苁蓉可以提高多种中枢神经递质的含量, 具有很强的抗氧化作用, 还可延长动物寿命和抗衰老作用,而苯乙醇苷类化合物被认为是肉苁蓉的主要活性成分[ 5, 6] 。毛蕊花苷(verbascoside)是从德赢vwin登录
(Cistanchetubulosa)中分离、纯化的一种苯乙醇苷类化合物(Fig1)。本文以SHSY5Y细胞为研究对象, 用1-甲基-4-苯基吡啶离子(1-methyl-4-phenylpyridinium,MPP+)诱导建立PD的体外细胞损伤模型, 观察毛蕊花苷对SHSY5Y细胞的保护作用及其可能机制。1 材料与方法1.1 材料1.1.1 试剂 MPP+、胰蛋白酶(trypsin)、4-甲基偶氮唑蓝(MTT)为Sigma公司产品;MEM培养基和胎牛血清为Gibco公司产品;荧光标记的钙结合蛋白(AnnexinV-FITC)和碘化丙啶(propidum iodide, PI)BoehringerMannheim产品;检测细胞内自由基的荧光探针2′7′-二氯荧光素乙酰乙酸盐(2, 7-dichlorodihydrofluoresceindiacetate,H2 DCFDA)和线粒体膜电位的RH123 为MolecularProbes公司产品;Caspase-3检测试剂盒为Promega公司产品;毛蕊花苷由北京大学药学院屠鹏飞教授提取, 易溶于水, 经HPLC检测纯度>98%。1.1.2 细胞株 SHSY5Y细胞(人神经母细胞瘤株)由首都医科大学宣武医院北京脑老化重点实验室惠赠。1.1.3 主要仪器 2487双波长紫外-可见分光光度检测器;倒置荧光相差显微镜:德国LEICA公司;CO2 孵箱; SANYO 公司图像分析系统:SPOT22CooledCCD;配置Metamorph图像分析软件;德国LEICA公司;流式细胞仪:美国BD公司;多功能读板机:美国WallacVictor2TM公司。1.2 方法1.2.1 SHSY5Y细胞的培养与药物处理 用含10%(体积分数)胎牛血清的MEM培养液培养细胞, 每2 ~ 3 d换液1次。待细胞增长至80%融合时, 用0.25%胰酶消化细胞, 加含血清培养基终止反应。用滴管吹打使其成为单细胞悬液, 1 ∶3 分瓶传代。细胞先经200 μmol· L-1的MPP+作用不同时间点, 分别于24、48、72 h后用倒置显微镜和MTT法观察细胞存活情况, 发现48 h和72 h组的细胞绝大部分死亡, 而24 h组的细胞存活率适于进行药物干预实验, 故均采用MPP+作用24 h后进行如下实验。毛蕊花苷(0.1、1、10 mg· L-1 )预处理SHSY5Y细胞12 h后, 加入200 μmol· L-1的MPP+ , 24 h后收获细胞。凋亡诱导组只加入200 μg· L-1的MPP+ , 正常对照组加入等体积PBS。1.2.2 MTT法检测细胞活性 以1 ×104 浓度接种SHSY5Y细胞于96孔板中, 24 h后进行实验。每孔加入含5 g· L-1的MTT培养液, 培养4 h后弃培养基, 每孔加入DMSO200 μl, 充分震荡, 待蓝色颗粒完全溶解后用全自动酶标仪测定570 nm处的吸光度值(A570 nm), 用于定量反映细胞的存活率。1.2.3 细胞内活性氧定量检测 细胞内活性氧的测定采用荧光探剂H2DCFDA, 该荧光探剂在乙酰乙酸盐的帮助下进入细胞内, 在胞内水解、氧化、脱氢后形成荧光素发光, 荧光发光强度和细胞内活性氧的水平成正比。因此该荧光探剂可定量检测细胞内活性氧。收集正常对照组、MPP+组、毛蕊花苷组1×106 细胞, 悬浮于含10 μmol· L-1的DCFH-DA荧光探剂的无血清DMEM, 37℃, 5%CO2 孵箱内孵育20 min, 用无血清DMEM洗3次, 以充分去除未进入细胞内的DCFH-DA。用FACScan流式细胞仪测定DCF的平均荧光强度, 激发光波长为488 nm, 发射波长为525 nm, 以各处理组/正常对照组的比值作为ROS的数值。1.2.4 细胞内线粒体膜电位测量 罗丹明123(Rh123)是一种亲脂性的阳离子荧光探针, 可穿过活细胞的线粒体基质, 由于线粒体膜间隙具有负电位, 而Rh123 具有正电位, 电性相吸, 因此可用Rh123标记线粒体。通过检测Rh123的荧光强度来反映细胞MMP。收集正常对照组、MPP+组、毛蕊花苷组1 ×106 细胞, 加入终浓度10 mg· L-1 的Rh123, 37℃避光孵育1 h;PBS漂洗1 min×2次, 以去除未结合的染料, 用FACScan流式细胞仪测定其平均荧光强度(meanfluorecenceintensity, MFI)代表细胞MMP的状态。1.2.5 流式细胞仪检测细胞凋亡 细胞凋亡用AnnexinV-FITC试剂盒进行检测, 方法按试剂盒说明书进行, 简述如下:药物处理24 h后, 收集1 ×106细胞, PBS洗2 ~ 3次, 500 r· min-1离心5 min后重悬于200 μl的缓冲液中, 加入10 μl的AnnexinVFITC和5 μl的PI, 轻轻混匀, 避光室温反应15 min,再加入300 μl缓冲液, 立即上机检测。1.2.6 caspase-3活性测定 采用Apo-ONETM Homogeneouscaspase-3试剂盒测定caspase-3活性, 方法按试剂盒说明书进行。简述如下:104 细胞/孔接种于96孔板, 不同药物处理细胞24 h后, 冰PBS冲洗, 每孔加入caspase-3反应液100 μl震荡混匀, 室温避光反应4 h后在多功能荧光读板仪测定ZDEVD-R110的荧光强度, 激发波长498 nm, 发射波长为521 nm, 单位以relativefluorescence units(RFU)表示。1.2.7 Bcl-2蛋白印迹测定 收集不同组的25 cm2培养瓶内细胞, 400 μl细胞裂解液冰上裂解5 min,收集并离心, 取上清, 考马斯亮蓝G250蛋白定量;SDS-PAGE电泳, 湿法转膜, 5%脱脂奶粉室温封闭2h, 分别加入1 ∶200稀释的Bcl-2多克隆Ⅰ 抗4℃过夜;辣根过氧化物酶标记的羊抗兔Ⅱ抗反应1 h;膜上加1 mlluminolA+luminolB的混合液, 暗室反应1 min, X胶片爆光15 s, 常规显影、定影, 扫描, 用HPIAS-1000图像分析软件进行蛋白表达的半定量分析, 结果用吸光度值表示。1.3 数据处理和统计学检验 所有结果以 x±s表示, 多组间比较采用完全随机设计方差分析(ANOVA),两组间比较采用Student′st检验, 应用SPSS统计软件处理。2 结果2.1 毛蕊花苷明显拮抗MPP+对SHSY5Y细胞的毒性作用 MTT检测发现MPP+作用24 h后导致SHSY5Y细胞的存活率下降为42.6%, 而毛蕊花苷预处理12 h后(0.1、1、10 mg· L-1 )明显抑制MPP+所造成的细胞死亡, 并呈现一定的剂量依赖型, 细胞死亡率分别为38.2%、23.6%和10.0%(Fig2)。2.2 毛蕊花苷降低SHSY5Y细胞活性氧的水平 200 μmol· L-1的MPP+处理细胞24 h, 可使细胞内活性氧水平明显升高, 荧光强度明显增加。而0.1、1或者10 mg· L-1毛蕊花苷预处理细胞12 h可拮抗活性氧的形成, 荧光强度从4.96(MPP+组/对照组)分别下降低到4.12、2.67和1.82(毛蕊花苷组/对照组)。见Fig3。2.3 毛蕊花苷抑制MPP+诱导SHSY5Y细胞线粒体膜电位的下降 流式细胞仪分析结果显示, 经过MPP+作用24 h后, SHSY5Y细胞内Rh123荧光强度下降(P<0.01), 表明线粒体跨膜电位下降, 提示MPP+对SHSY5Y细胞的线粒体造成了损伤。经过不同浓度的毛蕊花苷预处理后, 细胞相对线粒体跨膜电位有明显的提高, 表明毛蕊花苷可抑制MPP+引起的细胞MMP下降。见Fig4。2.4 毛蕊花苷抑制MPP+诱导的细胞凋亡 经AnnexinV-FITC和PI双标活细胞, 流式细胞仪可检测细胞的凋亡率。200 μmol· L-1的MPP+作用SHSY5Y24 h可诱导细胞凋亡, 凋亡率达38.9%;而加入0.1、1.0和10 mg· L-1的毛蕊花苷后, 凋亡率分别降低为29.5%, 15.3%和8.6%。见Fig5。2.5 毛蕊花苷抑制MPP+诱导SHSY5Y细胞caspase-3活性的升高 200 μmol· L-1的MPP+处理细胞24 h使SHSY5Y细胞的caspase-3的活性增强了约7倍, 但0.1、1.0和10 mg· L-1的毛蕊花苷预处理细胞, 可降低caspase-3的荧光强度, 并且呈现一定的剂量依赖性。见Tab1。2.6 毛蕊花苷增强Bcl-2 的表达 200 μmol· L-1的MPP+处理细胞24 h后, SHSY5Y细胞的Bcl-2蛋白表达与对照组比较无明显变化;但经0.1、1.0和10 mg· L-1的毛蕊花苷预处理细胞, Bcl-2蛋白表达水平高于对照组及MPP+组(P<0.01)。见Fig6。3 讨论 许多中枢神经系统疾病常导致组织细胞活性氧、自由基代谢异常, 脑组织细胞由于富含不饱和脂肪酸, 易产生氧化损伤[ 7] 。因此活性氧对脑组织细胞的氧化损伤及防护研究受到广泛关注。SHSY5Y细胞衍生于人的神经母细胞瘤细胞系SK-N-SH, 它能表达儿茶酚胺能神经元特有的酪氨酸羟化酶、多巴胺-β-羟化酶和多巴胺转运体[ 8] , 该细胞系被广泛运用于PD发病机制的研究。1-甲基-4-苯基-12, 3,6-四氢吡啶(MPTP)是一种神经毒素, 通过其活性代谢产物MPP+对多巴胺能神经元的毒性作用引起细胞变性坏死, 在人类和其他哺乳动物能引起不可逆的严重的帕金森病症状[ 9] , MPP+作用于SHSY5Y细胞可以作为一个比较理想的PD细胞模型。本文就以MPP+诱导SHSY5Y细胞损伤, 观察毛蕊花苷的神经保护作用。结果证实, 毛蕊花苷可以有效地减轻MPP+诱导细胞凋亡的发生, 在0.1 ~ 10 mg·L-1的剂量范围内, 其神经细胞保护作用呈现一定的剂量依赖关系。毛蕊花苷可能是通过抑制细胞内活性氧自由基的生成和caspase-3活性的升高, 并维持线粒体膜电位的高能状态, 这几个环节相互联系, 共同抑制细胞凋亡, 实现神经保护作用。 自由基是线粒体氧化磷酸化系统的副产品, 可对生物膜产生脂质过氧化作用, 使生物膜受损, 线粒体膜通透性增加, 导致凋亡诱导因子释放而引起凋亡[ 10] 。很多研究证实苯乙醇苷类化合物具有明显的抗氧化作用, 并且可以对抗氧化应激所造成的DNA损伤及有效地清除超氧阴离子和羟自由基[ 6] 。本研究发现毛蕊花苷预处理可明显抑制SHSY5Y细胞内自由基的生成, 而毛蕊花苷属于苯乙醇苷类化合物, 因此, 清除自由基可能与其抑制MPP+所致的细胞凋亡有密切关系。 线粒体与Caspase蛋白酶家族被认为是凋亡过程中的两个调控点, 线粒体膜电位和caspase-3起着极为重要的作用, 而Bcl-2是Bcl-2家族中是最重要的凋亡调节因子, 是主要的抗凋亡因子。Bcl-2蛋白分布于线粒体的外膜胞质表面, 稳定线粒体膜并通过蛋白相关转换孔维持膜的通透性[ 11] 。当细胞受损时, 线粒体的电子传递链被打破, 膜电位崩解;随之线粒体内外膜间的凋亡因子, 如细胞色素C, 释放到胞质, 激活Caspase蛋白酶家族, 启动凋亡级联反应[ 12] 。当caspase-3 被激活后, 它可以水解多聚ADP核糖多聚酶(PARP), 影响DNA的修复, 最终导致细胞凋亡的发生[ 13] 。本实验通过线粒体膜电位高低和caspase-3活性等指标来了解细胞线粒体功能变化, 结果发现MPP+可明显降低线粒体膜电位, 并使caspase-3活性升高;而毛蕊花苷预处理后,Bcl-2的表达明显增加, 并且有效拮抗MPP+对线粒体的毒性作用, 这提示促进Bcl-2的表达、维持线粒体膜电位于正常状态以及降低caspase-3 活性是毛蕊花苷行使其抗凋亡作用的另一机制。 由于大量研究表明PD的发病机制与细胞凋亡有关, 毛蕊花苷对MPP+致多巴胺能神经元损伤的保护作用可能具有抗PD的潜在功效, 这可能为临床治疗神经退行性疾病带来新的希望。参考文献:[ 1] MandemakersW, MoraisVA, DeStrooperB.AcellbiologicalperspectiveonmitochondrialdysfunctioninParkinsondiseaseandotherneurodegenerativediseases[J] .JCellSci, 2007, 120(10):1707-16.[ 2] GibsonGE, HuangHM.Mitochondrialenzymesandendoplasmicreticulumcalciumstoresastargetsofoxidativestressinneurodegenerativediseases[J] .JBioenergBiomembr, 2004, 36(4):335 -40.[ 3] 侯志华, 常国文.肉苁蓉的药理学研究进展[ J] .中国民族医药杂志, 2003, 10(4):50 -1.[ 3] HouZH, ChangGW.OntheresearchingadvanceinthepharmacologicaleffectsofcitancledeserticolaYCMa[ J] .JMedPharmChinMinor, 2003, 10(4):50 -1.[ 4] LeiL, YangFQ, ZhangTY.Preparativeisolationandpurificationofacteosideand29-acetylacteosidefrom Cistanchessalsa(C.A.Mey.)G.Beckbyhighspeedcounter-currentchromatography[ J] .JChromatogrA, 2001, 912(1):181 -5.[ 5] ThuanND, HadoT, ThuongPT, etal.AphenylpropanoidglycosidewithantioxidantactivityfromPicriatelferae[J] .ArchPharmRes, 2007, 30(9):1062 -6.[ 6] 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