全 文 :刺五加叶皂苷对乳鼠心肌细胞氧化应激损伤
的保护作用
梁启明,曲绍春,于晓风,徐华丽,睢大
!
(吉林大学 药学院 药理教研室,吉林 长春 130021)
[摘要] 目的:探讨刺五加叶皂苷(ASS)对乳鼠心肌细胞氧化应激损伤的保护作用。方法:采用过氧化氢(H2O2)诱导
Wistar大鼠乳鼠心肌细胞氧化损伤,给予ASS600,300mg·L-1,通过细胞形态学变化、细胞存活率、培养液乳酸脱氢酶(LDH)
活性及细胞内丙二醛(MDA)含量来反映氧化损伤程度;同时通过检测细胞内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及谷
胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)的活性及还原型谷胱甘肽(GSH)含量,探讨 ASS对氧化应激损伤的影响。结果:50,100,200
μmol·L-1的H2O2均能够诱导心肌细胞发生氧化应激性损伤:心肌细胞存活率显著降低(P<001或P<0001),细胞培养液
中LDH的活性及细胞内MDA含量明显增加(P<005,P<001或P<0001);同时心肌细胞的形态学发生损伤性改变。而
且,随着H2O2浓度的增加,心肌细胞的氧化损伤程度越严重。ASS600mg·L
-1能减轻H2O2(100μmol·L
-1)诱导的氧化应
激损伤:LDH的活性(168740±9751)及细胞内MDA含量(1650±266),差异有统计学意义(P<001和P<005)。还可
以增加细胞内GSH含量(891±106)及GSHPx,SOD,CAT活性(84587±6376),(8955±693),(9307±1040),差异显
著(P<005)。结论:ASS对100μmol·L-1H2O2所致的氧化应激性损伤有明显的保护作用,其机制可能与其抑制脂质过氧
化反应,增强心肌细胞抗氧化能力有关。
[关键词] 刺五加叶皂苷;抗氧化;过氧化氢;氧化应激;心肌细胞
[收稿日期] 20090000
[基金项目] 吉林省中医管理局科研基金重点课题(98A17)
[通信作者] 睢大员,Tel:(0431)85619705,Fax:(0431)
85778520,Email:suidayuan@yahoo.com.cn
[作者简介] 梁启明,在读医学博士,主要从事心血管药理学研究。
五加科植物刺五加 Acanthopanaxsenticosus
(RupretMaxim)Harm.为我国长白山东部山区特
产药材之一,其根及根茎已载入我国药典,叶尚未充
分利用。因此,开发刺五加的地上药用部位,对于综
合利用刺五加药用资源具有重要意义。本课题组与
原白求恩医科大学天然药物化学研究室合作,从刺
五加叶中提取分离出含 16种活性成分的总皂苷
(Acanthopanaxsenticosussaponins,ASS),除3种已知
成分 HederasaponinB,EleutherosideK和 Saponin1
外,其他13种均为新发现的化合物,命名为 Ciwu
jianoside(刺五加苷)A1,A3,A4,B,C1,C2,C3,C4,
D1,D2,D3和E
[12]。药理研究表明:ASS对大鼠急性
心肌梗死及心肌缺血再灌注损伤均有明显保护作
用[35],并能减轻心肌梗死后心室重构的发生[6],同
时对阿霉素引发的心肌损害有保护作用[7]。因此,
按治疗急性心肌缺血的中药五类新药(注射液)加
以开发。由于 ASS的心脏保护作用均与其抗氧化
活性密切相关,本实验进一步观察其对H2O2所致的
乳鼠心肌细胞氧化应激性损伤的保护作用。
1 材料
1.1 动物
Wistar大鼠乳鼠,清洁级,2d龄,雌雄不拘,动
物合格证号SCXK(吉)20030001,由吉林大学实验
动物中心供给。
1.2 药物
刺五加叶皂苷(ASS),吉林大学化学院天然药
物化学研究室提供,纯度85%,黄色粉末,试验时以
蒸馏水配制所需浓度,经过022μm孔径滤膜过滤
除菌后使用。
1.3 试剂
30%H2O2,优级纯,北京化工厂生产,批号
20080718。Dulbeco'smodified Eagle'smedium
(DMEM)培养基,InvitrogencorporationGIBCO,批号
724810。新生牛血清(newborncalfserum,NBCS),
InvitrogencorporationGIBCO,批号8091050。胰蛋白
酶(Trypsin),InvitrogencorporationGIBCO,批号
20P4232。四甲基偶氮唑盐(MTT)购自Sigma公司,
25
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批号M2128。LDH,MDA及SOD测定试剂盒购自南
京建成生物工程研究所,批号 20081106,20081102
和20081102。GSHPx,CAT及 GSH测定试剂盒购
自碧云天生物技术研究所,批号 S0058,S0082和
S0053。其余所用试剂均为国产分析纯。
1.4 仪器
TE2000U型倒置荧光显微镜(日本,Nikon),
MCO17AIC型二氧化碳培养箱(日本,SANYO),
SWCJIF型超净工作台(苏州安泰空气技术有限公
司),340PC384酶标仪(美国,MolecularDevices),
YJ96Ⅱ型超声细胞破碎仪(上海比郎仪器有限公
司),7202B型可见分光光度计(上海尤尼柯仪器有
限公司),台式低温高速离心机(德国,BiofugeStra
tos)。
2 方法
2.1 原代乳鼠心肌细胞的培养
乳鼠心肌细胞的培养方法参照文献[89]并进
行一定的改进,具体方法如下:取 2d龄乳鼠,75%
乙醇常规消毒;固定四肢,用无菌眼科剪于剑突处入
剪,使心脏自然跳出,剪下,迅速置于预冷的 PBS
中,剪去心房及结缔组织,洗去残留血液。然后将心
脏剪碎为约1mm3大小,加入约心脏 10倍体积的
0125%胰酶,于37℃水浴、磁力搅拌器60~80r·
min-1条件下进行消化,每次5~7min,直至心脏组
织基本消化完为止。弃去第1次的消化液,向所得
的消化液中加入等量的含 20%新生牛血清的
DMEM培养液以终止胰酶作用。收集细胞悬液,1
200r·min-1离心5min,弃去上清,细胞沉淀用含
20%血清的 DMEM培养液重悬,接种于培养瓶中,
在CO2孵箱中(37℃,95%空气~5%CO2条件)培养
90min,用差速贴壁法去除成纤维细胞等非心肌细
胞。然后将得到的心肌细胞悬液计数,用含20%新
生牛血清的DMEM培养液稀释至所需的细胞浓度,
同时加入01mmol·L-15溴脱氧尿苷以抑制成纤
维细胞的生长,接种到96孔培养板(细胞密度5×
104个/mL,每孔100μL)或6孔培养板(细胞密度3
×105个/mL,每孔1mL)中,于 CO2孵箱中(37℃,
95%空气5%CO2条件)培养。培养48h后更换新
鲜的含20%新生牛血清的 DMEM培养液。培养72
h时,培养的心肌细胞均伸出伪足,且大部分已经汇
合成片,自主搏动良好,此时心肌细胞处于最好状
态,即可用于实验。
2.2 分组
2.2.1 不同浓度H2O2对乳鼠心肌细胞的氧化损伤
作用 将乳鼠心肌细胞随机分为:正常对照组不加
H2O2处理;H2O2损伤组加入不同浓度的 H2O2(25,
50,100,200μmol·L-1),作用60min。然后测定细
胞存活率、培养液 LDH活性、细胞内 MDA含量,并
观察细胞形态学变化。
2.2.2 ASS对H2O2引起的氧化损伤的作用 将心
肌细胞随机分为:正常对照组不加H2O2处理;H2O2
损伤组根据221中的结果,加入一定浓度的 H2
O2,作用 60min;刺五加叶皂苷组加入不同剂量
ASS(600,300mg·L-1)预先处理24h,更换培养液
后再加入与H2O2损伤组中浓度相同的 H2O2,培养
60min。然后测定细胞存活率、培养液 LDH活性、
细胞内 MDA含量,同时测定细胞内 GSH含量及
GSHPx,CAT,SOD活性。
2.3 检测指标
2.3.1 心肌细胞形态学变化 接种于6孔培养板
中的各组心肌细胞经过相应的处理后,于倒置相差
显微镜下观察心肌细胞的形态学改变并拍摄显微照
片。
2.3.2 心肌细胞存活率 接种于96孔培养板中的
细胞经过相应处理后,向各孔细胞中加入 10μL
MTT(5g·L-1),继续培养4h,弃去培养液,加入
150μLDMSO溶液,并于微量振荡器上振荡 10
min,然后用酶标仪测定570nm的吸光度(A),按下
式求得心肌细胞的存活率:
存活率=(各组细胞A/正常组细胞A)×100%
2.3.3 LDH活性测定 接种于6孔培养板中的心
肌细胞经过相应的处理后,取培养液适量,按照试剂
盒说明书检测LDH活性。
2.3.4 细胞内MDA含量测定 接种于6孔培养板
中的心肌细胞经过相应的处理后,用01%胰蛋白
酶将细胞消化下来,离心收集细胞,然后加入 PBS,
用超声细胞破碎仪将细胞裂解为匀浆,离心,取上清
液按照试剂盒说明书测定MDA含量。
2.3.5 细胞内GSH含量测定 接种于6孔培养板
中的心肌细胞经过相应的处理后,用01%胰蛋白酶
将细胞消化下来,离心收集细胞,按照GSH检测试剂
盒说明书中的要求进行细胞样品的准备并检测。
2.3.6 细胞SOD活性测定 接种于6孔培养板中
的心肌细胞经过相应的处理后,用01%胰蛋白酶
35
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将细胞消化下来,离心收集细胞,加入 PBS,用超声
细胞破碎仪裂解细胞,取上清液按照测定试剂盒说
明书进行SOD活性的测定。
2.3.7 细胞CAT活性测定 接种于6孔培养板中
的心肌细胞经过相应的处理后,加入 Western及 IP
细胞裂解液裂解细胞,取上清液按照试剂盒说明书
测定CAT活性。
2.3.8 细胞 GSHPx活性测定 接种于6孔培养
板中的心肌细胞经过相应的处理后,加入 Western
及IP细胞裂解液裂解细胞,取上清液按照试剂盒说
明书测定GSHPx活性。
2.4 统计学处理
实验数据以珋x±s表示,应用SPSS100软件进行
数据统计和t检验分析。P<005为有显著性意义。
3 结果
3.1 心肌细胞的形态学变化
3.1.1 H2O2诱导的心肌细胞形态学损伤 心肌细
胞中加入 H2O2(50,100μmol·L
-1)作用 60min
后,与正常心肌细胞比较,可见受 H2O2氧化损伤的
心肌细胞伪足回缩,体积变小,自律搏动缓慢,H2O2
100μmol·L-1组的心肌细胞中出现空泡,细胞皱缩
较明显,某些细胞悬浮在培养液中(图1)。
3.1.2 刺五加叶皂苷对心肌细胞形态学改变的影
响 心肌细胞经过ASS(600mg·L-1)预先孵育24
h,再加入100μmol·L-1H2O2作用60min后,可见
与H2O2损伤模型组比较,ASS可使心肌细胞的伪足
回缩减轻,空泡数量减少,自律搏动性增强,悬浮细
胞明显减少(图1)。
图1 ASS对心肌细胞形态学的影响(×400)
3.2 不同浓度H2O2诱导心肌细胞的氧化损伤
不同浓度的H2O2(25,50,100,200μmol·L
-1)
作用60min后,可见心肌细胞存活率显著降低(P<
001或P<0001),培养液中 LDH活性明显升高,
细胞 MDA含量也有显著地增加(P<005,P<
001或 P<0001),且呈现 H2O2浓度依赖性(图
2,表1)。
3.3 刺五加叶皂苷对H2O2诱导的心肌细胞的氧化
损伤作用
与正常细胞比较##P<001,###P<0001。
图2 H2O2对心肌细胞存活率的影响
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表1 H2O2对细胞培养液中LDH活性和细胞内
MDA含量的影响(珋x±s,n=8)
组别
剂量
/μmol·L-1
LDH
/U·mL-1
MDA
/nmol·mg-1
正常细胞 - 144297±28091 1520±256
H2O2损伤 25 166989±33613 1623±170
50 179495±198501) 1899±1551)
100 198636±252472) 2001±3272)
200 218120±217923) 2243±3093)
注:与正常细胞比较1)P<005,2)P<001,3)P<0001。
心肌细胞经过不同浓度的 ASS(600,300mg·
L-1)预先孵育24h,再加入100μmol·L-1H2O2作
用60min,与H2O2损伤模型组比较,ASS(600mg·
L-1)可使心肌细胞存活率明显增加(P<005),可
明显降低培养液中LDH活性及心肌细胞内的 MDA
含量(P<001,P<005)(图3,表2)。
与H2O2损伤组比较P<005,P<0001。
图3 刺五加叶皂苷对心肌细胞存活率的影响
表2 刺五加叶皂苷对培养液LDH活性和细胞内
MDA含量的影响(珋x±s,n=8)
组别
ASS
/mg·L-1
LDH
/U·mL-1
MDA
/nmol·mg-1
正常细胞 - 144297±280912) 1520±2562)
H2O2损伤 - 198636±25247 2001±327
ASS 600 168740±97512) 1650±2661)
300 174154±98331) 1734±208
注:与H2O2100μmol·L-1损伤组比较1)P<005,2)P<001。
3.4 刺五加叶皂苷对氧化损伤心肌细胞 GSH,
SOD,CAT,GSHPx活性的影响
心肌细胞经过100μmol·L-1H2O2作用60min
后,可见细胞 GSH含量显著降低(P<001),GSH
Px,SOD及CAT活性也明显降低(P<0001或 P<
005);心肌细胞经过不同浓度 ASS(600,300mg·
L-1)预先孵育24h,再加入100μmol·L-1H2O2作
用60min,可见ASS(600mg·L-1)处理能够使心肌
细胞GSH含量明显升高(P<005),并能显著增加
GSHPx,SOD及CAT活性(P<005)(表3,4)。
表3 刺五加叶皂苷对心肌细胞GSH含量和
GSHPx活性的影响(珋x±s,n=8)
组别
ASS
/mg·L-1
LDH
/U·mL-1
MDA
/nmol·mg-1
正常细胞 - 1001±1252) 91507±76713)
H2O2损伤 - 760±128 73587±9075
ASS 600 891±1061) 84587±63761)
300 807±088 81133±38741)
注:与H2O2损伤组比较1)P<005,2)P<001,3)P<0001(表4
同)。
表4 刺五加叶皂苷对心肌细胞SOD和CAT
活性的影响(珋x±s,n=8)
组别
ASS
/mg·L-1
LDH
/U·mL-1
MDA
/nmol·mg-1
正常细胞 - 9719±14451) 10345±7423)
H2O2损伤 - 7805±1196 8029±1072
ASS 600 8955±6931) 9307±10401)
300 8339±755 9164±7871)
4 讨论
氧化应激损伤在心肌缺血、心肌再灌注损伤及
心力衰竭等病变中都起着重要的作用[1011]。本实
验采用外源性给予 H2O2诱导乳鼠心肌细胞的氧化
应激性损伤,通过测定心肌细胞形态学变化、细胞存
活率、培养液中 LDH活性及细胞内 MDA含量来评
价氧化损伤状态。LDH在细胞胞浆内含量丰富,正
常时不能通过细胞膜;当细胞受损伤或死亡时,LDH
被释放到细胞外[1213]。当心肌细胞受到 H2O2损伤
时,培养液中LDH活性与细胞损伤成正比,可反映
细胞损伤程度。H2O2能攻击生物膜中的多不饱和
脂肪酸,引发脂质过氧化作用,并因此形成脂质过氧
化物MDA,其含量可反映机体内脂质过氧化的程
度,间接地反映出细胞损伤程度。
本实验结果表明,正常的心肌细胞经过H2O2处
理后,细胞形态学出现明显损伤改变,如心肌细胞伪
足回缩、体积变小、出现空泡等;同时,心肌细胞存活
率明显降低,培养液 LDH活性显著增高,细胞内
MDA含量增多,且随着 H2O2浓度增加而加重。提
示100μmol·L-1H2O2能使心肌细胞 LDH漏出增
多、膜脂质过氧化,造成心肌细胞损伤和死亡。
心肌细胞先经过刺五加叶皂苷(600,300mg·
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L-1)预处理24h,再加入 H2O2处理,可见细胞形态
学改变减轻、心肌细胞存活率增加,培养液 LDH活
性降低、心肌细胞MDA含量减少,表明刺五加叶皂
苷对 H2O2引发的心肌细胞氧化损伤有保护作用。
同时,刺五加叶皂苷能够使细胞内GSH含量显著增
加,抗氧酶 GSHPx,SOD,CAT活性明显升高,提示
ASS能增加细胞抗氧化防御能力。
刺五加叶皂苷具有广泛的药理活性,文献报
道显示刺五加叶皂苷对心肌缺血、缺血再灌注损
伤及心肌损害等有保护作用[37],且可能与其较强
的抗氧化作用有关。本研究结果表明,刺五加叶
皂苷可以减轻 H2O2诱发的心肌细胞氧化损伤,增
加细胞的抗氧化防御能力,在心肌细胞的氧化应
激性损伤中起到保护作用。此研究也为刺五加叶
皂苷在临床用于防治与氧化应激性损伤有关的心
脏疾病打下理论基础。
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Acanthopanaxsenticosussaponinsamelioratesoxidativedamageinducedby
hydrogenperoxideinneonatalratcardiomyocytes
LIANGQiming,QUShaochun,YUXiaofeng,XUHuali,SUIDayun
(DepartmentofPharmacology,SchoolofPharmaceuticalSciences,JilinUniversity,Changchun130021,China)
[Abstract] Objective:Acanthopanaxsenticosussaponins(ASS)isextractfromAcanthopanaxsenticosus.Previousreports
showedthatAcanthopanaxsenticosussaponinsexhibitsantioxidantactionandcardiacprotection.Inthisstudy,weinvestigatedthe
efectofASSonoxidativedamageinducedbyhydrogenperoxide(H2O2)incardiomyocytes.Method:Thecardiomyocyteswerein
ducedtooxidativedamagedbyexposedtoH2O2.Weevaluatedthelevelofoxidativeinjurythroughmorphologychange,thesurvival
rate,theactivityofactatedehydrogenase(LDH)andthecontentofcelularmalondialdehyde(MDA).Theactivitiesofsuperoxide
dismutase(SOD),glutathioneperoxidase(GSHPx),Catalase(CAT)andthecontentofreductiveglutathione(GSH)ofcardiomyo
cyteswerealsodeterminated.Result:WhenthecardiomyocyteswereexposedtoH2O2(50,100,200μmol·L
-1)fordegignedtime,
thepercentageofsurvivalcelswasdownsignificantly(P<0.01orP<0001),theactivityofLDHandthecontentofMDAwerein
creasedmarkedly(P<005,P<001orP<0001).Theseresultsshownthatthecelsweresubjectedtooxidativedamage.Treat
mentwithASS(600mg·L-1)priortoH2O2exposurecouldincreasecelviabilitysignificantly,lessencardiomyocytemorphological
damagedchange,decreaseLDHactivity(168740±9751)inmediaandcelularMDAcontent(1650±266)markedly(P<
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001andP<005).Furthermore,theactivitiesofSOD(8955±693),GSHPx(84587±6376),CAT(9307±1040)and
thecontentofGSH(891±106)ofcardiomyocyteswerealsoraisedby600mg·L-1ASS(P<005).Conclusion:Takentogeth
er,thestudyimplicatedthatASSprotectscardiomyocytesagainstoxidativestressinjuryinducedbyH2O2throughreductionoflipidper
oxidationandenhancementoftheactivityofantioxidantdefense.
[Keywords] Acanthopanaxsenticosussaponins;antioxidant;hydrogenperoxide;oxidativestress;cardiomyocytes
[责任编辑 古云侠]
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