白藜芦醇降低FLS自噬导致线粒体功能障碍和细胞凋亡

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背景:目前,在类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)的治疗中,临床上多通过传统的非甾体类抗炎药、激素类药进行对症处理。然而,由于不能针对性治疗关节内的滑膜细胞异常增生,其引起的滑膜层增厚会进一步损害关节、软骨、软骨下骨等,最终引起关节破坏、畸形和功能丧失。因此,针对RA患者滑膜细胞的大量增生,探寻新的治疗手段和机制,是目前探索RA治疗的新途径之一。自噬是机体在应激状态时,由自噬基因调控形成自噬前体,以包裹受损的细胞器或蛋白质,再结合溶酶体,形成自噬溶酶体降解的过程。细胞在有氧代谢中会产生一定量的活性氧(reactive oxygen species,ROS),其90%来自于线粒体的有氧呼吸链。各种原因的有害刺激会影响细胞ROS产生和清除系统的平衡,从而引起氧化应激,导致线粒体损伤。白藜芦醇(resveratrol,Res)是存在于花生、葡萄、虎杖等植物中的多酚类化合物,研究发现,Res在抗肿瘤、抗感染、抗氧化、抗炎等方面具有多种活性。研究证明,Res可以通过多条信号转导通路来调节细胞自噬和细胞内ROS的水平。细胞自噬以及细胞内ROS水平的升高会引起线粒体的损伤,最终导致细胞整体的损伤。本研究首先以佐剂性关节炎(adjuvant arthritis,AA)大鼠为对象,整体观察Res对大鼠膝关节滑膜组织自噬和细胞凋亡蛋白的影响。探讨Res对AA大鼠治疗的可能性及机制。然后,本研究通过培养1例RA患者成纤维样滑膜细胞(fibroblast-like synovicytes cells,FLS),观察Res体外对FLS生长情况的影响、对FLS线粒体功能障碍的影响,阐述FLS线粒体功能障碍与细胞自噬及细胞凋亡之间的联系,为RA治疗提供新的可能的实验依据。目的:探讨Res对AA大鼠的治疗作用和机制,以及Res降低FLS自噬水平导致的线粒体功能障碍和细胞凋亡的作用。方法:SD大鼠随机分为6组:(1)对照组,(2)AA模型组,(3)低剂量Res处理组,(4)中剂量Res处理组,(5)高剂量Res处理组,(6)阳性药雷公藤多苷处理组。除对照组外,SD大鼠足趾皮下注射弗式完全佐剂诱导建立AA(adjuvant arthritis)模型。从造模的第18天起,每天给予大鼠相应治疗药物灌胃处理,对照组给予等量溶剂灌胃处理。每3天相同时间段观察并记录大鼠足趾肿胀度,进行关节炎指数评分。连续灌胃12天后,处死大鼠,取大鼠继发侧膝关节及踝关节进行病理形态学实验观察,取大鼠继发侧膝关节滑膜组织进行凋亡和自噬水平的检测。利用1例从临床RA患者关节镜下膝关节无菌获取出的增生滑膜组织,进行滑膜细胞的原代细胞培养及细胞免疫荧光鉴定,鉴定为FLS;用不同浓度的H2O2孵育FLS检测细胞活力,确定后续实验中用5μM的H2O2来模拟体内氧化应激状态;用5μM的H2O2与不同浓度Res(40μM、80μM、160μM、320μM)孵育FLS,细胞免疫荧光双染、Western blot方法检测FLS自噬相关蛋白的表达;利用流式细胞术、TUNEL染色、Western blot方法检测FLS凋亡的变化;利用电镜检测FLS内线粒体形态的改变,JC-1、钙离子成像、ATP试剂盒检测FLS线粒体功能的变化。结果:在SD大鼠实验中,弗式完全佐剂成功诱导建立AA大鼠模型;Res可明显改善AA大鼠继发侧的足趾肿胀程度、关节炎指数评分;病理学检查证实:Res降低AA大鼠膝关节和踝关节的炎性损伤;免疫组化和Western blot结果证明,Res能增强膝关节滑膜组织的凋亡,引起滑膜组织的自噬水平降低。体外细胞实验中,所提取的原代细胞经鉴定为FLS(VCAM-1阳性);CCK-8结果显示,5μM H2O2孵育的FLS,细胞活力最强。用5μM的H2O2与不同浓度Res(40μM、80μM、160μM、320μM)的孵育FLS,通过流式细胞术、TUNEL染色、Western blot检测细胞凋亡情况,发现随着Res浓度增加,FLS凋亡增加,自噬蛋白LC3B/A、ATG-5表达降低。线粒体功能检测结果显示,随着Res浓度增加,JC-1显示FLS线粒体膜电位丧失;Ca2+通道成像显示,随着Res浓度增加内钙释放、外钙内流的幅度逐渐下降;细胞内ATP含量降低。结论:(1)Res能够改善弗式完全佐剂诱导的AA大鼠关节炎的炎症改变(2)Res能够降低大鼠膝关节滑膜组织的自噬水平、提高滑膜组织的凋亡水平。(3)Res能降低FLS的自噬水平,引起FLS线粒体的功能障碍,从而促使FLS凋亡。
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