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乙醇诱导肝细胞损伤的机制复杂,涉及脂质代谢紊乱、氧化应激、炎症反应等多种因素。前期研究显示,富含乔松素、高良姜素和柯因等黄酮组分的中国蜂胶乙醇提取物对乙醇诱导的脂肪肝具有显著的保护作用。由于这三种物质在其他肝脏疾病上表现出消除肝细胞炎症、防止肝脏纤维化、修复肝细胞损伤等活性,它们很可能是蜂胶提取物中对乙醇诱导的脂肪肝发挥保护作用的关键物质。本研究在人肝癌细胞系HepG2细胞上,通过乙醇处理诱导细胞损伤,从三种黄酮物质对活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的产生、脂质过氧化物质的生成、DNA损伤、抗氧化相关物质的含量等方面的影响,评价乔松素、高良姜素和柯因对乙醇诱导细胞损伤的保护作用。利用转录组测序技术,分析黄酮处理所引起的细胞转录谱的变化,筛选差异表达的功能基因,探讨黄酮对乙醇诱导肝细胞损伤保护作用的可能机制。
实验利用100mM乙醇处理HepG2细胞8h来诱导细胞损伤,根据黄酮与乙醇处理的先后顺序分为三种处理方式。预处理:黄酮处理细胞2h后再用乙醇诱导细胞损伤;共处理:黄酮和乙醇同时处理细胞8h;后处理:乙醇诱导细胞损伤后再用黄酮处理2h。检测的与细胞损伤相关的指标包括细胞培养上清中的谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)含量、细胞中脂质过氧化标志物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)含量,以及还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量等;通过单细胞凝胶电泳实验测定DNA的损伤程度;利用DCFH-DA(2,7-Dichlorodihydrofluorescein diaeetate)探针检测细胞内ROS水平,分别评价在三种不同处理方式下、三种黄酮单体对乙醇诱导的肝细胞损伤的保护作用;利用RNA-Seq技术分析细胞经黄酮预处理后、再以乙醇处理,响应于黄酮处理的差异表达基因,分析其所在的生物学过程及信号路径,进一步利用Western Blot技术在蛋白水平对相关蛋白进行验证,揭示黄酮对乙醇诱导肝细胞损伤保护作用的可能途径及机制。主要研究结果如下:
(1)在三种处理方式下,三种黄酮物质都能有效地逆转乙醇所导致的AST、MDA、ROS水平的上升,增加抗氧化相关酶类SOD和CAT以及非酶类物质GSH的含量,缓解乙醇引起的DNA片段化损伤,以黄酮预处理的方式对乙醇诱导细胞损伤的保护效果最好。
(2)RNA-Seq的结果显示,响应于乔松素、高良姜素和柯因的差异表达基因分别富集在脂质代谢、外源物质反应及炎症反应、核酸大分子(DNA/RNA)的表达及代谢等不同的生物学过程,说明三种黄酮物质对乙醇诱导细胞损伤的保护作用具有互补作用的可能;同时,三种黄酮预处理均可引起ND UFA4L2(NADH dehydrogenase(ubiquinone)1alpha subcomplex subunit4-like2)的显著上调表达以及CYPlA1(cytochrome P4501A1)的显著下调表达,前者与降低细胞中ROS的生成有关,后者与缓解细胞中脂质的积聚有关,说明三种黄酮在抑制ROS生成和脂肪积聚上可能有共同的作用路径。
(3)Western Blot结果显示,三种黄酮均能显著地抑制ERK1/2(extracellular regulated protein kinases1/2)的磷酸化(活化)以及AHR(aryl hydrocarbon receptor)由细胞质向细胞核的移位。前者能够通过阻止ARNT(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator)的磷酸化而抑制p-AHR/p-ARNT异二聚体的形成,后者使进入细胞核的AHR显著减少,两者均可有效地抑制p-AHR/p-ARNT作用于具有AHR顺式作用元件的下游靶基因CYP1A1,抑制其转录表达。
我们的研究结果表明:(1)三种黄酮物质在预处理的条件下,可以显著地缓解乙醇所诱导的氧化应激增加,其作用包括减少ROS的生成、降低脂质过氧化水平、防止DNA片段化损伤,以及提高细胞中抗氧化相关物质的含量等;(2)三种黄酮物质可分别引起脂质代谢、炎症反应、核酸分子功能等生物学过程中功能基因的差异表达,三种物质在缓解乙醇诱导的肝细胞损伤上具有互补作用的可能;(3)三种黄酮物质在细胞中的共同作用路径为ERK1/2-AHR-CYP1A1,该信号路径的抑制与细胞中脂肪的积聚减少有关。因此,乔松素,高良姜素和柯因是蜂胶中对乙醇诱导脂肪肝起保护作用的主要功能物质,可经由共同的作用路径抑制细胞中脂肪的积聚,同时在作用上还有互补的可能。本结果为将三种黄酮在脂肪肝防治中的科学利用提供了理论依据。
实验利用100mM乙醇处理HepG2细胞8h来诱导细胞损伤,根据黄酮与乙醇处理的先后顺序分为三种处理方式。预处理:黄酮处理细胞2h后再用乙醇诱导细胞损伤;共处理:黄酮和乙醇同时处理细胞8h;后处理:乙醇诱导细胞损伤后再用黄酮处理2h。检测的与细胞损伤相关的指标包括细胞培养上清中的谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)含量、细胞中脂质过氧化标志物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)含量,以及还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量等;通过单细胞凝胶电泳实验测定DNA的损伤程度;利用DCFH-DA(2,7-Dichlorodihydrofluorescein diaeetate)探针检测细胞内ROS水平,分别评价在三种不同处理方式下、三种黄酮单体对乙醇诱导的肝细胞损伤的保护作用;利用RNA-Seq技术分析细胞经黄酮预处理后、再以乙醇处理,响应于黄酮处理的差异表达基因,分析其所在的生物学过程及信号路径,进一步利用Western Blot技术在蛋白水平对相关蛋白进行验证,揭示黄酮对乙醇诱导肝细胞损伤保护作用的可能途径及机制。主要研究结果如下:
(1)在三种处理方式下,三种黄酮物质都能有效地逆转乙醇所导致的AST、MDA、ROS水平的上升,增加抗氧化相关酶类SOD和CAT以及非酶类物质GSH的含量,缓解乙醇引起的DNA片段化损伤,以黄酮预处理的方式对乙醇诱导细胞损伤的保护效果最好。
(2)RNA-Seq的结果显示,响应于乔松素、高良姜素和柯因的差异表达基因分别富集在脂质代谢、外源物质反应及炎症反应、核酸大分子(DNA/RNA)的表达及代谢等不同的生物学过程,说明三种黄酮物质对乙醇诱导细胞损伤的保护作用具有互补作用的可能;同时,三种黄酮预处理均可引起ND UFA4L2(NADH dehydrogenase(ubiquinone)1alpha subcomplex subunit4-like2)的显著上调表达以及CYPlA1(cytochrome P4501A1)的显著下调表达,前者与降低细胞中ROS的生成有关,后者与缓解细胞中脂质的积聚有关,说明三种黄酮在抑制ROS生成和脂肪积聚上可能有共同的作用路径。
(3)Western Blot结果显示,三种黄酮均能显著地抑制ERK1/2(extracellular regulated protein kinases1/2)的磷酸化(活化)以及AHR(aryl hydrocarbon receptor)由细胞质向细胞核的移位。前者能够通过阻止ARNT(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator)的磷酸化而抑制p-AHR/p-ARNT异二聚体的形成,后者使进入细胞核的AHR显著减少,两者均可有效地抑制p-AHR/p-ARNT作用于具有AHR顺式作用元件的下游靶基因CYP1A1,抑制其转录表达。
我们的研究结果表明:(1)三种黄酮物质在预处理的条件下,可以显著地缓解乙醇所诱导的氧化应激增加,其作用包括减少ROS的生成、降低脂质过氧化水平、防止DNA片段化损伤,以及提高细胞中抗氧化相关物质的含量等;(2)三种黄酮物质可分别引起脂质代谢、炎症反应、核酸分子功能等生物学过程中功能基因的差异表达,三种物质在缓解乙醇诱导的肝细胞损伤上具有互补作用的可能;(3)三种黄酮物质在细胞中的共同作用路径为ERK1/2-AHR-CYP1A1,该信号路径的抑制与细胞中脂肪的积聚减少有关。因此,乔松素,高良姜素和柯因是蜂胶中对乙醇诱导脂肪肝起保护作用的主要功能物质,可经由共同的作用路径抑制细胞中脂肪的积聚,同时在作用上还有互补的可能。本结果为将三种黄酮在脂肪肝防治中的科学利用提供了理论依据。