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Research of Herba Artemisiae Scoporiae inhibits the hepatic lipotoxicity

茵陈醇提物抗游离脂肪酸对体外培养HepG2细胞脂毒性的作用及机制研究



全 文 :茵陈醇提物抗游离脂肪酸对体外培养 HepG2
细胞脂毒性的作用及机制研究
陈少东1,2,冯琴1,彭景华1,许丽莉1,刘平1,刘成1,胡义扬1
(1.上海中医药大学 附属曙光医院 上海中医药大学肝病研究所 肝肾疾病病证教育部重点研究室
上海市高校中医内科学E研究院,上海 201203;
2.厦门大学 医学院,福建 厦门 361005)
[摘要] 目的:研究茵陈醇提物对游离脂肪酸刺激HepG2细胞所致肝脂毒性的抑制作用及机制。方法:制备大鼠的正常
血清和药物血清,在经毒性试验确定无药物毒性的前提下,分设正常组、模型组和茵陈醇提物组(10%,1%,01% 3个剂量),
以相应浓度的正常血清和药物血清培养HepG2细胞,同时添加长链游离脂肪酸(FFA)刺激HepG2细胞24h。观察:①细胞上
清肿瘤坏死因子(TNFα)含量(ELISA法);②细胞内甘油三酯(TG)含量、细胞脂肪油红 O染色;③细胞内磷酸化 κB抑制蛋
白(PIκB)、组织蛋白酶B(ctsb)、凋亡抑制基因相关X蛋白(Bax)蛋白表达(WesternBloting法);④细胞TNFα,ctsb和Bax基
因表达(realtimePCR);⑤细胞内ctsb的表达和分布(免疫荧光法)。结果:模型组细胞内TG及上清TNFα含量显著升高,分
别达(590±186)mg·g-1,(77±11)pg·mg-1,细胞内 ctsb,PIκB的蛋白表达以及 ctsb,TNFα的 mRNA表达显著增强;而
10%茵陈醇提物组细胞内TG和上清TNFα含量较模型组显著降低,仅为(335±54)mg·g-1,(55±7)pg·mg-1,且显著抑
制细胞内 ctsb,PIκB的蛋白表达以及 ctsb,TNFα的 mRNA表达。结论:茵陈醇提物对 FFA诱导的 HepG2细胞脂肪变性,
TNFα分泌有显著的抑制作用,其作用与抑制ctsb等基因和蛋白表达有关。
[关键词] 茵陈醇提物;游离脂肪酸;HepG2细胞;肝脂毒性
[收稿日期] 20090120
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30672635);上海市优秀学科
带头人计划项目(06XD14018);上海市教委重点学科建设项目
(Y0302);上海高校创新团队(第一期);福建省自然科学基金项目
(2009J05089);厦门大学医学院院长基金项目
[通信作者] 胡义扬,Tel:(021)513288888111,Email:yyhuliver
@163.com
[作者简介] 陈少东,医学博士,厦门大学医学院教师。Email:
csd5035201@yahoo.com.cn
  近年来临床实践和研究表明,中医药对非酒精
性脂肪肝的治疗有良好的效应和前景[1]。作者既
往对“祛湿化瘀复方”(由中药茵陈、栀子、虎杖、田
基黄、姜黄组成)的研究表明,该方具有显著的抗脂
肪肝效应,并存在抗氧化、抗脂毒性等作用[25]。为
进一步剖析复方综合药理作用的主效应中药,作者
结合数学模型“均匀设计法”研究发现方中的茵陈
(醇提)是该方针对抑制脂肪变性和 TNFα分泌作
用环节的主效应中药[6]。为此,作者采用游离脂肪
酸诱导HepG2细胞肝脂毒性体外模型,对茵陈醇提
物体外抗肝脂毒性作用及其机制进行了进一步深入
研究。
1 材料
1.1 细胞株
采用HepG2细胞,购自中国科学院上海细胞生
物学研究所细胞库。
1.2 动物
SD雄性大鼠,SPF级,300g左右,购自中国科
学院上海实验动物中心,合格证号 SCXK(沪)2007
0005,用于制备药物血清。
1.3 药物
茵陈 HerbaartemisiaeScoporiae,购自上海华浦
中药饮片有限公司,生产批号2006080303。制备工
艺:取茵陈1000g,加6000mL90%乙醇回流提取
3次,每次3h,合并滤液,60℃减压回收乙醇,得含
生药033g·mL-1的茵陈醇提物。冷藏备用。
1.4 试剂
胎牛血清(FBS),批号 040011B,PRMIMedi
um1640培养基干粉,批号1285082(GIBCO公司)。
棕榈酸(palmiticacid),批号 P0500、油酸(oleic
acid),批号 O10081G(Sigma公司)。甘油三酯
(TG),批号 2006110332、乳酸脱氢酶(lactatedehy
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drogenase,LDH),批号20060606、考马斯亮蓝蛋白
测定试剂盒,批号2007110337(南京建成生物制品
研究所),BCA蛋白浓度测定试剂盒,批号 P0012
(碧云天公司)。油红O,批号 WF20060307(上海化
学试剂站)。酶联免疫吸附分析(ELISA)人血浆
TNFα检测试剂盒,批号 KHC3012(Biosource公
司)。PIκB抗体(mousemonoclonalIgG),批号
9246、多克隆 ctsb抗体,批号 06480(CelSignaling
Technology公司)。Bax抗体,批号ZM0300(北京中
杉金桥生物技术有限公司)。单克隆 GAPDH抗体,
批号KC5G5(康成生物科技公司)。多克隆兔抗羊
Ⅱ抗,批号64356(JacksonImmunoresearchLaborato
riesInc公司)。AntirabbitIgG多克隆Ⅱ抗,批号
w10562(SantaCruzBiotechnology公司)。ctsb细胞
免疫荧光抗体为 antirabbitIgG(H+L)CYTM5,批
号626120(美国 ZYMED公司)。焦碳酸二乙酯
(DEPC),批号 W6701(Amresco公司)。RNA抽提
试剂盒,批号 2608A(上海华舜生物工程有限公
司),cDNA合成试剂盒 RevertAidTMFirstStrand
cDNASynthesisKit,批号 K1622(Fermentas公司)。
DNAMarker,批号 DRR041A、荧光定量 PCR试剂
盒,批号BK4402(TAKARA公司),溴化乙锭,批号
E8751(Sigma公司)。RNA上样缓冲液,批号
060492,DNA上样缓冲液,批号0501084(北京鼎国
生物技术公司)。TAE干粉(TrisAcetateEDTA),批
号BRL25300(迪申生物技术公司)。引物合成自生
工公司,其序列及片段长度(表1)。
表1 目的基因引物序列及片段长度
目的基因 引物序列 片段/bp
βactin 5′TGACGAGGCCCAGAGCAAGA3′(F) 331
  5′ATGGGCACAGTGTGGGTGAC3′(R)  
TNFα 5′GGCAGCCTTGTCCCTTGAAGAG3′(F) 171
  5′GTAGCCCACGTCGTAGCAAACC3′(R)  
ctsb 5′AAGCTTCGATGCACGGGAAC3′(F) 136
  5′ATTGGTGTAGATGCAG3′(R)  
Bax 5′GCGAGTGTCTCAAGCGCATC3′(F) 143
  5′CCAGTTGAAGTTGCCGTCAGAA3′(R)  
1.5 主要仪器
PrimoR型低温高速离心机和BB15型CO2培养
箱(德国Heraeus公司)。HFsafe1500型生物安全柜
(HEALFORCE公司)。倒置生物显微镜37XB(上海
光学仪器厂)。PhilipsTecnai电子显微镜。M5多功
能酶标仪(美国MolecularDevices公司)。FA1004分
析电子天平(美国Denver公司)。PCR扩增仪Rotor
GeneRG3000(美国基因公司)。JY200电泳仪(北京
市君意机电技术公司)。BioRad电泳仪、XRCI型X
射线暗匣(上海医疗器械五厂)。复日FR980生物电
泳图像分析系统(上海复日科技有限公司)。HP
ScanjetXPA型扫描仪(惠普公司)。
2 方法
2.1 细胞培养
HepG2细胞株以025%胰酶+002%EDTA消
化传代,以含10%胎牛血清的1640培养液在含5%
CO2+95%空气的37℃培养箱中培养。加药前以
无血清1640洗涤2次。
2.2 药物血清制备
按10mL·kg-1鼠重,生药033g·mL-1剂量
给大鼠灌服药物,2次/d,连续3d,末次灌胃结束后
禁食,1h后无菌条件下从腹腔静脉取血,静置3~4
h,3000r·min-1、20min、4℃离心,超净台上分离
血清。将分离得到的血清置于56℃水浴中30min
灭活,-70℃冷藏备用。
2.3 药物血清毒性试验
分别设10%,20%,30%胎牛血清组、正常大鼠
血清组和茵陈醇提物药物血清组,每组3皿,作用于
HepG224h后,取上清检测LDH活性。
2.4 分组与用药
2.4.1 茵陈醇提物体外抗肝脂毒性实验 HepG2
培养24~48h,细胞长满70% ~80%,换液,分正常
组、模型组以及10%,1%,01%3个剂量茵陈醇提
物组,每组各4皿。正常组、模型组添加10%正常
大鼠血清,10%茵陈醇提物剂量组添加10%茵陈醇
提物药物血清、1%茵陈醇提物剂量组添加10%正
常大鼠血清稀释 10倍的 10%茵陈醇提物药物血
清,01%茵陈醇提物剂量组添加10%正常大鼠血
清稀释100倍的10%茵陈醇提物药物血清,不同茵
陈醇提物组的血清浓度仍保持为10%。除正常组
外,各组添加 FFA(油酸:棕榈酸浓度为05×10-3
mol·L-1∶025×10-3mol·L-1)[7]。刺激24h收
集上清及细胞,检测细胞内 TG、上清 TNFα含量及
进行细胞油红O染色。
2.4.2 茵陈醇提物体外抗肝脂毒性的作用机制研
究 HepG2培养24~48h,细胞长满70% ~80%,
换液,分正常组、模型组、最佳效应茵陈醇提物剂量
组(取体外抗肝脂毒性实验所得效应强度最佳的剂
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量组进行作用机制研究),每组各4皿。正常组、模
型组添加10%正常大鼠血清,10%茵陈醇提物剂量
组添加10%茵陈醇提物药物血清。除正常组外,各
组添加FFA。刺激24h收集上清及细胞,检测如下
项目。
2.5 检测项目和方法
2.5.1 细胞内TG含量 参考 HeiderJG方法提取
细胞层总脂质[8],冰上刮下细胞层后,加入3mL异
丙醇洗净,移入试管,混匀3min(破膜),分装3管。
取出其中一套,室温离心(3000r·min-1,15min),
脂类溶于异丙醇,下层沉淀为蛋白。取上清80℃以
上水浴使异丙醇蒸发至干,所得为脂类物质,重新溶
于9μL异丙醇,加入900μL酶试剂,采用GPOPAP
法,酶标仪546nm处测吸光度(A),求出各样本的
TG含量(mg·L-1)。下层沉淀溶于200μL1mol·
L-1NaOH,取 30μL进行检测,得蛋白浓度(g·
L-1)。细胞内TG含量通过细胞层总蛋白含量进行
校正,得TG含量(mg·g-1)。
2.5.2 细胞油红 O染色 细胞爬片取出后,用预
冷的PBS洗3遍,吹干,入10%甲醛固定1h。加油
红O染液,室温下2h,再用PBS洗3遍。光学显微
镜观察拍照。
2.5.3 细胞上清 TNFα含量(ELISA法) 以 50
μL上清进行检测,求出各样本的 TNFα含量(pg·
L-1),最后用细胞层总蛋白浓度校正,即 TNFα含
量测定值/细胞层总蛋白(mg·L-1),得TNFα含量
(pg·mg-1)。
2.5.4 细胞 PIκB,ctsb,Bax蛋白表达 Western
Bloting法[9]。
2.5.5 细胞ctsb的表达和分布检测 细胞免疫荧
光法[10]。
2.5.6 细胞 TNFα,ctsb,Bax基因表达 realtime
PCR法[11]。
2.6 统计方法
所有数据均使用 SPSS110软件包进行统计学
分析。计量资料以珋x±s表示。数据经过正态分布及
齐性检验,组间比较采用单因素方差分析Q检验。
3 结果
3.1 茵陈醇提物药物血清对HepG2细胞的毒性
茵陈醇提物药物血清、胎牛血清以及正常大鼠
血清,相同浓度下,两两比较上清LDH活性,无统计
学差异。但三者上清 LDH活性均随浓度增加呈上
升趋势。提示一定浓度的大鼠血清也存在毒性作
用。为了排除血清本身的影响,故后续实验均添加
10%或10%浓度以下的正常大鼠血清或药物血清
(表2)。
表2 不同浓度茵陈醇提物药物血清对HepG2细胞
上清LDH活性的影响(珋x±s,n=3)
组别 LDH/U·g-1
10%胎牛血清 487±110
10%正常大鼠血清 459±120
10%茵陈醇提物药物血清 484±85
20%胎牛血清 524±75
20%正常大鼠血清 516±21
20%茵陈醇提物药物血清 519±58
30%胎牛血清 558±84
30%正常大鼠血清 555±43
30%茵陈醇提物药物血清 556±46
3.2 茵陈醇提物抗肝脂毒性的作用
3.2.1 细胞内 TG含量及上清 TNFα蛋白表达
变化 与正常组细胞内 TG含量(141±13)
mg·g-1相 比,模 型 组 FFA刺 激 后 升 高,达
(590±186)mg·g-1(P<001)。各剂量茵陈
醇提物组细胞内 TG含量较模型组有所降低,但
以10%茵陈醇提物剂量组(335±54)mg·g-1
效果最佳(P<005)。本实验结果重复 2次,结
果一致。较之正常组细胞上清 TNFα蛋白含量
(48±7)pg·mg-1,模型组经 FFA刺激后,显著
升高达(77±11)pg·mg-1(P<001)。各剂量
茵陈醇提物组均能抑制 TNFα的蛋白表达,但仅
10%茵陈醇提物剂量组下降明显,为(55±7)
pg·mg-1(P<001)(表3)。
3.2.2 细胞脂肪油红 O染色变化 正常组 HepG2
细胞呈不规则多角形或卵圆形生长,胞质染色浅淡
或无明显着色。模型组在 FFA刺激后,胞质内广泛
着色,红色脂滴大而多。而10%茵陈醇提物剂量组
的上述变化显著减轻(图1)。
3.3 10%茵陈醇提物抗肝脂毒性作用及其对
“FFActsbTNFα”通路的影响
3.3.1 细胞 PIκB,ctsb,Bax蛋白表达 较之正常
组,模型组细胞PIκB,ctsb蛋白表达均显著增加,而
Bax蛋白表达未见显著变化。10%茵陈醇提物剂量
组能显著抑制 PIκB,ctsb蛋白表达(图2),本实验
重复3次,结果一致。
3.3.2 细胞TNFα,ctsb和 Bax基因表达变化 较
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   表3 细胞内TG,上清TNFα含量变化(珋x±s,n=4)
组别 剂量 TG/mg·g-1 TNFα/pg·mg-1
正常 10%正常大鼠血清 141±13 48±7
模型 10%正常大鼠血清 590±1861) 77±111)
01%茵陈醇提物 01%茵陈醇提物药物血清 483±187 64±17
1%茵陈醇提物 1%茵陈醇提物药物血清 430±77 63±17
10%茵陈醇提物 10%茵陈醇提物药物血清 335±542) 55±73)
  注:与正常组比1)P<001;与模型组比2)P<005,3)P<001(表4同)。
A.正常组;B.模型组;C.01%茵陈醇提物组;D.1%茵陈醇提物组;E.10%茵陈醇提物剂量组。
图1 不同剂量茵陈醇提物组细胞脂肪油红O染色(×200)
1.正常组;2.模型组;3.10%茵陈醇提物组。
图2 细胞PIκB,ctsb,Bax蛋白表达
之正常组,模型组细胞TNFα和ctsb基因表达显著
增加(P<001),但 Bax基因表达未见显著变化。
10%茵陈醇提物剂量组均能抑制TNFα和ctsb基因
表达(P<005,P<001)(表4)。
3.3.3 细胞内ctsb免疫荧光表达 细胞免疫荧光法
显示,正常状态时,ctsb呈点状分布(和溶酶体定位一
致)。FFA刺激后,ctsb从溶酶体释放出来,广泛弥漫
地分布在胞浆中,表达增加(荧光较强),而10%茵陈
醇提物组的上述变化受到明显抑制(图3)。
表4 细胞TNFα,ctsb和Bax基因表达变化(密度积分比值)(珋x±s,n=3)
组别 剂量 TNFα ctsb Bax
正常 10%正常大鼠血清 153±048 162±053 142±059
模型 10%正常大鼠血清 377±0541) 57±0691) 135±079
10%茵陈醇提物 10%茵陈醇提物药物血清 235±0282) 348±0363) 092±056
4 讨论
茵陈具有利胆保肝、抗病原微生物、抗癌、抗动
脉粥样硬化、兴奋平滑肌等多方面的活性[1215],本
研究发现,中药茵陈(醇提)显著的治疗脂肪肝效应
与其抗肝脂毒性有关,且与“FFActsbTNFα”通路
密切相关。
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A.正常组;B.模型组;C.10%茵陈醇提物组。
图3 细胞内ctsb免疫荧光表达变化(×200)
   FFA异常增多在非酒精性脂肪性肝病
(NAFLD)的发病中起着重要的作用。当 FFA异常
增多时,其很强的细胞毒性,可作为去垢剂损害细胞
质、线粒体和溶酶体膜等,引起生物膜损伤[16]。近
年来,Feldstein等人[17]研究发现,HepG2细胞经
FFA刺激后,刺激Bax向溶酶体内转位,促使ctsb释
放到胞浆,激活IκB激酶β(IKKβ)使IκB磷酸化,
导致核因子 kappaB(nuclearfactorkappaB,NF
κB)的活化,使之向细胞核内移位,启动炎症因子如
TNFα的基因转录、大量表达引起 TG的蓄积、发生
脂肪变性,造成肝脏脂毒性,TNFα又能进一步促进
溶酶体渗透,激活NFκB,形成一个加重肝损伤的循
环,即“FFActsbTNFα”通路。
本研究结果显示,在无细胞毒性剂量范围下
(10%浓度药物血清),不同剂量茵陈醇提物(10%,
1%,01%)具有抗 FFA诱导 HepG2细胞内 TG变
性、TNFα分泌的肝脂毒性作用,但以10%药物血
清效应最强,提示该药的抗脂毒性作用具有剂量依
赖性。
本研究结合 10%茵陈药物血清对“FFActsb
TNFα”通路的影响,探讨茵陈醇提物体外抗肝脂毒
性作用机制。实验结果表明,HepG2细胞经 FFA刺
激后,Bax的蛋白和基因表达均未见显著性改变,提
示Bax在本通路中的作用可能与 FFA刺激后向溶
酶体内转位,促使 ctsb释放到胞浆,激活了 NFκB/
IκB信号转导途径有关[18]。经FFA刺激后,模型组
ctsbmRNA及蛋白、pIκB蛋白、TNFαmRNA及蛋
白表达均显著升高。茵陈药物血清则可显著抑制上
述作用环节,提示茵陈醇提物抗肝脂毒性的作用机
制与有效抑制ctsbmRNA及蛋白表达有关,从而达
到抑制NFκB的活化,通过NFκB/IκB信号转导途
径抑制TNFαmRNA转录,以阻断TNFα的生物活
性和靶效应。
以上结果表明,中药茵陈醇提物对 FFA的肝脂
毒性具有直接的、高强度的干预作用,其机制与有效
抑制ctsb表达从而抑制NFκB活化等有关。
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ResearchofHerbaArtemisiaeScoporiaeinhibitsthehepaticlipotoxicity
CHENShaodong1,2,FENGQin1,PENGJinhua1,XULili1,LIUPing1,LIUCheng1,HUYiyang1
(InstituteofLiverDiseasesofShuguangHospital,KeyLaboratoryforLiverkidneyDiseasePaternofMinistryofEducation,
EinstituteofShanghaiTraditionalChineseMedicine,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,
Shanghai201203,China;MedicalColegeXiamenUniversityXiamen361005,China)
[Abstract] Objective:TostudytheeficiencyandefectmechanismofHerbaArtemisiaeScoporiaeinhibitsthehepaticlipotox
icitymodelinvitro.Method:Preparationratregularserumandmedicineserum.Underthesaftyofmedicinethicknessbytoxicitytes
ting,normalandmodelgroupswereadded10% normalratserum,HerbaArtemisiaeScoporiaegroupwasadded10% medicineserum
incubationfor24h,FFAwasaddedtoalthegroupsbutthenormalincubationfor24h.Theindicesweretestedbelow:thecontentof
serumtumornecrosisfactorα(TNFα)byELISA,celulartriglyceridecontent(TG),OilRedStaining;proteinexpressionofcelular
Bcl2AssaciatedXprotein(Bax),phosphoIκB(PIκB)andCathepsinB(ctsb)byWesternBloting;geneexpressionofcelular
TNFα,BaxandctsbbyrealtimePCR;theexpressionanddistributionofctsbobservedbyimmunofluorescence.Result:Afterbeing
incubatedwithFFAfor24hours,TGdepositionofHepG2inthemodelgroupincreasedmarkedly.Comparedwithnormalgroup,not
onlythecontentofserumTNFα,butalsotheproteinexpressionofcelularctsb,PIκBandmRNAexpressionofctsb,TNFαin
creasedsignificantly.Contrasttomodelgroup,TGdepositiondecreasedmarkedlyintheHerbaArtemisiaeScoporiaegroup.TheHerba
ArtemisiaeScoporiaeinhibitedTNFαcontent,theproteinexpressionofcelularctsb,PIκBandmRNAexpressionofTNFαsignifi
cantly.Conclusion:HerbaArtemisiaeScoporiaehasadirectinhibitiononHepG2steatosisandTNFαsecretioninducedbylongchain
FFA.TheefectmechanismofHerbaArtemisiaeScoporiaeinhibitsthehepaticlipotoxicityhascloserelationshipwithinhibitiononthe
proteinexpressionandmRNAexpressionofctsb.
[Keywords] HerbaArtemisiaeScoporiae;freefatyacid;HepG2;hepaticlipotoxicity
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第18期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 18
 September,2009