2. 广州医科大学附属第二医院药学部,广东 广州 510260;
3. 中山大学附属第一医院药学部,广东 广州 510080
2. Dept of Pharmacy, the Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University, Guangzhou 510260, China;
3. Dept of Pharmacy, the First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510080, China
核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)是一种多效转录因子。正常细胞中的NF-κB处于失活状态,它主要以p50/p65二聚体形式与其抑制蛋白(inhibitor kappa B,I-κB)结合,存在于胞质中。活性氧、细胞因子等多种刺激可诱导I-κB磷酸化,使其与p50/p65解离而活化NF-κB,并转移至胞核内,与凋亡相关基因结合促进基因转录,诱导细胞凋亡,造成机体损害。氧化应激是多种疾病炎性病变的重要因素,而NF-κB-诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)-NO信号通路是机体内一条重要的氧化应激通路[1-3],NF-κB的活化不仅使许多编码炎症介质、细胞因子等的促炎症基因表达上调,而且可以激活iNOS等相关酶类及血管细胞黏附分子,使炎症反应级联放大,激活炎症介质趋化及相关炎症细胞。
知母为百合科植物知母(Anemarrhena asphodeloides Bge)的干燥根茎,味苦,性寒,归肺、胃、肾经,具有清热泻火、滋阴润燥等功效,主治温热病、高热烦渴、咳嗽气喘、燥咳、便秘、骨蒸潮热、虚烦不眠、消渴淋浊等症,是一种常用的苦寒清热传统中药,其主要的活性成分为知母皂苷(saponins from Anemarrhena asphodeloides Bge,SAaB)。研究表明,SAaB具有抗肿瘤、抗凝血、抗阿尔茨海默病、改善学习记忆、抗血栓、降脂、降糖等作用[4-5]。最新研究发现,SAaB还可明显抑制肥大细胞TNF-α、IL-6合成与释放[6],以及抑制小鼠嗜碱性粒细胞释放各种炎症介质[7]。课题组前期研究发现,SAaB能够明显下调糖尿病大鼠血浆中TNF-α、IL-6含量[8],推测其多种药理作用可能与抗炎活性密切相关,但具体的抗炎机制尚不清楚,可能与Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR-4)/NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)-细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、JAK-STAT等信号通路有关。目前,SAaB对RAW264.7细胞功能的影响尚未见报道。本研究以脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导RAW264.7作为炎症细胞模型,探讨SAaB通过调节NF-κB-iNOS-NO信号通路对RAW264.7细胞功能的影响,进一步从细胞水平阐明其可能的抗炎机制,以期为其后续开发奠定理论基础。
1 材料 1.1 细胞RAW264.7细胞株,购自上海赛齐生物工程有限公司。
1.2 药物与试剂SAaB提取物按实验室前期提取纯化工艺制备(皂苷含量以菝葜皂苷元计52%)[9],精确称取32 mg SAaB,用PBS溶解,配成320 mg·L-1的母液,-20 ℃储存备用。DMEM高糖培养基(批号p002548,Gibco);IL-6 ELISA检测试剂盒(批号020680114)、TNF-α高灵敏度ELISA检测试剂盒(批号0282H80121),均购自杭州联科生物技术股份有限公司;iNOS ELISA检测试剂盒(批号CK-E20450M,艾莱萨生物科技上海有限公司);MTT(批号A1720090,Aladdin);RIPA细胞裂解液、BCA蛋白定量试剂盒(北京普利莱基因技术有限公司);化学发光剂ECL(碧云天生物技术研究所);NF-κB p65抗体(美国Cell Signaling公司);β-actin抗体(批号306010,美国Santa Cruz公司);PE标记山羊抗小鼠、FITC标记山羊抗兔二抗(美国Santa Cruz公司)。
1.3 仪器倒置显微镜(江南显微镜有限公司);酶标仪(美国Bio-Rad);超净工作台(江苏净化设备有限公司);二氧化碳培养箱(SL SHELLAB);超低温冰箱(SANYO);高速冷冻离心机(科大创新股份有限公司中佳分公司)。
2 方法 2.1 细胞培养RAW264.7细胞以完全培养基于37 ℃、5% CO2培养箱培养,当细胞融合度达到80%,吸弃培养基,PBS洗细胞2~3次后,加入胰酶,充分接触消化细胞,吹打收集细胞,1:3传代培养,隔天换液。
2.2 MTT法检测细胞增殖取对数生长期的细胞,消化后计数,调整细胞密度为3×109·L-1,接种于96孔板,培养24 h后,分别设置调零组、空白对照组、SAaB组(160、80、40、20、10、5、2.5、1.75 mg·L-1),每组设置6个复孔,空白组和药物组每孔加入细胞液100 μL,调零组加入完全培养基100 μL,接种至96孔板中,CO2培养箱中培养24 h,吸弃上清,每孔加入100 μL MTT试剂,放入细胞培养箱中培养4 h,吸弃上清,每孔加入150 μL DMSO,置摇床10 min,酶标仪570 nm波长测量每孔的吸光度值。细胞存活率=(ODSAaB干预组-OD调零组)/(OD空白对照组-OD调零组)×100%。
2.3 细胞培养及分组取对数生长期的细胞,消化后计数,调整细胞密度为3×108·L-1,接种96孔板,预培养24 h后,分别设置:①空白对照组:正常培养的RAW264.7细胞组;②炎症模型组(LPS浓度为10 mg·L-1);③LPS+SAaB组(SAaB浓度分别为30、3、0.3 mg·L-1);④LPS+布洛芬组(100 mg·L-1)。每组设置6个复孔。空白组和炎症模型组每孔加入100 μL完全培养基,其余组加入相应含药物的完全培养基,继续培养箱培育1 h。
2.4 Griess法测定RAW264.7细胞中NO含量同“2.3”项下培养细胞并分组,除空白组外,每孔加入100 μL LPS(10 mg·L-1),继续放入培养箱培养24 h后,每孔吸取50 μL细胞上清液至另一新的96孔板中,每孔加入50 μL A液(称取1.0 g无水对氨基苯磺酸于烧杯中,加入6 mL 85%浓磷酸,去离子水溶解定容至100 mL),细胞培养箱孵育10 min后,每孔加入50 μL B液(取0.1 g N-1-萘乙二胺盐酸盐于烧杯中,去离子水溶解定容至100 mL),摇床震荡10 min。酶标仪于546 nm处测量每孔的吸光度,后根据NaNO2标准溶液(精确称取6.9 mg NaNO2于烧杯中,去离子水溶解定容至10 mL)吸光度绘制标准曲线,算出每孔的NO浓度。
2.5 ELISA法测定RAW264.7细胞中TNF-α、IL-6、iNOS的含量同“2.3”项下培养细胞并分组,除空白组外,每孔加入100 μL LPS(10 mg·L-1),继续培养24 h后,吸取细胞液上清,按ELISA试剂盒说明书,测定各组细胞TNF-α、IL-6、iNOS的含量。
2.6 Western blot法检测RAW264.7细胞中NF-кB p65蛋白表达同“2.3”项下培养细胞并分组,除空白组外,每孔加入100 μL LPS(10 mg·L-1),继续培养24 h后,提取细胞总蛋白,采用BCA蛋白定量法检测各组细胞蛋白浓度,95 ℃灭活蛋白5 min,SDS-PAGE凝胶电泳,转膜,8%脱脂奶粉封闭1 h,一抗4 ℃孵育过夜,二抗室温孵育1 h,ECL显色。
2.7 统计学方法实验数据以x±s表示,采用SPSS 19.0统计软件及单因素方差分析(one-way ANOVA)处理数据。
3 结果 3.1 RAW264.7细胞形态特征各组RAW264.7细胞形态如Fig 1所示,正常RAW264.7细胞呈圆形或椭圆形,LPS刺激诱导24 h,模型组细胞形态改变明显,体积增大,拉伸呈梭形。与模型组比较,不同浓度SAaB与LPS共刺激,发现大部分细胞仍为圆形,形态趋向正常细胞。
3.2 SAaB对正常RAW264.7细胞活力的影响Fig 2的MTT结果显示,SAaB在0~80 mg·L-1对正常RAW264.7细胞无毒性作用,但当浓度达到160 mg·L-1时,细胞活力下降。
3.3 SAaB对LPS诱导的RAW264.7细胞中NO、TNF-α、IL-6、iNOS的影响 3.3.1 SAaB对RAW264.7细胞中NO含量的影响Griess法测定不同浓度SAaB干预下,LPS诱导的RAW264.7炎症细胞中NO含量。如Fig 3所示,与对照组相比,LPS诱导的RAW264.7细胞中NO含量明显增加(P<0.01);与LPS炎症模型组比较,SAaB各组中NO含量均明显下降(P<0.01,P<0.05),且呈现浓度依赖性。
3.3.2 SAaB对RAW264.7细胞中TNF-α、IL-6和iNOS分泌量的影响Tab 1的ELISA检测结果显示,与对照组相比,LPS诱导的RAW264.7细胞中TNF-α、IL-6和iNOS表达量明显增加(P<0.01);与LPS炎症模型组比较,不同浓度SAaB干预组中TNF-α、IL-6和iNOS表达量明显下降(P<0.01)。
Group | Concentration/ mg·L-1 |
TNF-α/ μg·L-1 |
IL-6/ μg·L-1 |
iNOS/ μg·L-1 |
Control | - | 0.83±0.15 | 0.96±0.03 | 5.53±0.54 |
LPS | 10.00 | 4.80±0.07## | 2.74±0.04## | 15.27±0.97## |
Ibuprofen | 100.00 | 3.01±0.02** | 1.79±0.07** | 10.17±0.50** |
SAaB | 30.00 | 2.70±0.04** | 1.98±0.05** | 7.20±0.21** |
3.00 | 2.90±0.05** | 2.12±0.04** | 10.09±0.57** | |
0.30 | 3.01±0.01** | 2.23±0.03** | 10.61±0.31** | |
##P < 0.01 vs control group; **P < 0.01 vs LPS group |
Fig 4的Western blot结果显示,LPS诱导的RAW264.7细胞中NF-κB p65蛋白的表达水平明显增加(P<0.01),而不同浓度SAaB干预组的表达量则明显下降。结果提示,SAaB能够抑制NF-κB p65蛋白的表达,抑制其转移至细胞核内,进而抑制炎症因子进一步活化。
4 讨论炎症反应是机体受到来自于内部或外部的刺激而产生的防御反应,在一定程度内起到保护机体的作用,但长期、剧烈的炎症反应会参与多种疾病的病理进程,如2型糖尿病、动脉粥样硬化、肿瘤、风湿性关节炎、慢性阻塞性肺疾病、感染性休克等[10-11]。炎症是这些疾病的病理基础,治疗免疫炎症反应,逐渐成为新药开发的重要靶点。
近年来研究表明,SAaB作为知母主要药理活性成分,具有明显的抗炎活性,临床应用前景广阔。然而,SAaB抗炎作用,尤其是对RAW264.7炎症细胞功能的调节机制研究并不深入。因此,本研究以RAW264.7细胞作为载体,采用LPS建立体外细胞炎症模型,探讨SAaB对LPS诱导的RAW264.7细胞功能的调控作用。
本研究结果显示,不同浓度的SAaB与LPS共刺激24 h后,仅160 mg·L-1的SAaB抑制RAW264.7细胞增殖,而浓度在0~80 mg·L-1的SAaB对正常RAW264.7细胞生长无明显抑制。这与160 mg·L-1的SAaB对RAW264.7细胞有细胞毒作用相关,说明实验设置的SAaB高、中、低剂量组(30、3、0.3 mg·L-1)无明显细胞毒性,具有研究意义。显微镜下观察到LPS刺激RAW264.7细胞24 h可以改变其形态,细胞体积增大,呈梭形,而0.3~30 mg·L-1的SAaB和LPS共同作用24 h后,细胞形态变规则,并恢复成圆形。
LPS诱导激活RAW264.7细胞,使iNOS水平明显增加,iNOS活化后会直接催化NO持续生成,导致NO释放量明显升高,进而使得细胞分泌释放重要的炎症标志因子TNF-α,而TNF-α在炎症网络中具有关键作用,是全身炎性反应的始动介质,可诱导IL-1和IL-6表达释放,使炎性损伤的级联效应放大,从而进一步加剧炎症反应[12-14]。NF-κB核转录因子作为炎症过程中起重要作用的转录因子,当细胞受到LPS刺激后,NF-κB活化二聚体会在NF-κB信号通路激活,易位进入细胞核内,并与细胞核内的靶基因在κB位点发生特异性结合,从而调控NO的生成和细胞因子TNF-α、IL-6等的表达和释放[15]。
本研究发现,SAaB可抑制LPS诱导的炎症细胞NO释放增加,并呈浓度依赖性,提示SAaB具有抗炎活性,且不是通过抑制细胞活力来抑制NO分泌。SAaB可下调NF-κB p65蛋白表达水平,同时减少TNF-α、IL-6等炎症因子的产生。此外,实验结果也提示了LPS可引起NF-κB p65的蛋白表达水平增高,并且在LPS诱导的炎症过程中,NF-κB-iNOS-NO三者的激活及产物的生成在时间上具有同步性,而使用阳性对照药(布洛芬)和SAaB后,均可抑制上述效应,进一步揭示了SAaB可通过NF-κB-iNOS-NO信号通路,抑制LPS诱导的炎症反应。以NF-κB-iNOS-NO信号通路为切入点,研究具有下调巨噬细胞该通路活性,并且能产生明显抗炎、抗免疫作用的药物,对于慢性免疫炎症性疾病的治疗具有广阔的应用前景。
综上所述,本研究结果表明SAaB可明显抑制LPS诱导的RAW264.7细胞中炎症因子NO、TNF-α、IL-6、iNOS的释放,并且能下调RAW264.7细胞NF-κB p65蛋白表达水平,表明SAaB能通过下调NF-κB-iNOS-NO信号通路,抑制炎症因子的过度表达,从而抑制炎症反应。本文从细胞水平初步探讨了SAaB抗炎的作用机制,为其临床应用与后续开发奠定了理论基础。
( 致谢: 本实验完成于广东药科大学中心实验室,感谢广州医科大学附属第二医院药学部的老师对本课题的指导,感谢课题组全体老师和同学对实验的支持与帮助。)
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