全 文 :茵陈醇提物抗游离脂肪酸脂对体外培养 HepG2
细胞的毒性作用及机制研究
陈少东1,2,冯琴1,彭景华1,许丽莉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:研究中药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浓度的前提下,分设正常组、模型组和茵陈醇提物组(10%,1%,01% 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(TNFα)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(PIκB)、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 TNFα,ctsb
和Bax基因表达(realtimePCR);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 TNFα含量显
著升高,分别达(590±186)mg·g-1、(77±11)pg·mgprot-1,细胞内 ctsb、PIκB的蛋白表达以及 ctsb、TNFα的 mRNA表达
显著增强;而10%茵陈醇提物组细胞内TG和上清TNFα含量较模型组显著降低,仅为(335±54)mg·g-1、(55±7)pg·mg
prot-1,且显著抑制细胞内ctsb、PIκB的蛋白表达以及ctsb、TNFα的mRNA表达。结论:茵陈醇提物对FFA诱导的HepG2细
胞脂肪变性、TNFα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] 20090000
[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(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)
[通信作者] 胡义扬,Tel:(021)513288888111,Email:yyhuliver
@163.com
[作者简介] 陈少东,医学博士,厦门大学医学院教师。Email:
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[25]。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 TNFα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,以期对茵陈
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033g·mL-1的茵陈醇提物。冷藏备用。
1.4 试剂
胎牛血清(FBS),批号 040011B,PRMIMedi
um1640培养基干粉,批号1285082,购自 GIBCO公
司。棕榈酸(Palmiticacid),批号P0500、油酸(Oleic
acid),批号 O10081G,均购自 Sigma公司。甘油三
酯(TG),批号2006110332、乳酸脱氢酶(lactatede
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hydrogenase,LDH),批号 20060606、考马斯亮蓝蛋
白测定试剂盒,批号2007110337,购自南京建成生
物制品研究所,BCA蛋白浓度测定试剂盒,批号
P0012,购 自 碧 云 天 公 司。 油 红 O,批 号
WF20060307,购自上海化学试剂站。酶联免疫吸附
分析(ELISA)人血浆 TNFα检测试剂盒,批号
KHC3012,购自 Biosource公司。PIκB抗体(mouse
monoclonalIgG),批号9246、多克隆 ctsb抗体,批号
06480,为CelSignalingTechnology公司产品。Bax
抗体,批号ZM0300,由北京中杉金桥生物技术有限
公司提供。单克隆 GAPDH抗体,批号 KC5G5,为
康成生物科技公司产品。多克隆兔抗羊Ⅱ抗,批号
64356,为JacksonImmunoresearchLaboratoriesInc公
司产品。AntirabbitIgG多克隆Ⅱ抗,批号 w10562,
为SantaCruzBiotechnology公司产品。ctsb细胞免
疫荧光抗体为 antirabbitIgG(H+L)CYTM5,批号
626120,为美国 ZYMED公司产品。焦碳酸二乙酯
(DEPC),批号 W6701,购自 Amresco公司产品。
RNA抽提试剂盒,批号2608A,购自上海华舜生物
工程有限公司,琼脂糖,批号 DH011,购自华美公
司,cDNA合成试剂盒RevertAidTMFirstStrandcD
NASynthesisKit,批号 K1622,为 Fermentas公司产
品。DNAMarker,批号 DRR041A、荧光定量 PCR试
剂盒,批号 BK4402,为 TAKARA公司产品,溴化乙
锭,批号 E8751,为 Sigma公司产品。RNA上样缓
冲液,批号060492,DNA上样缓冲液,批号0501084
均购自北京鼎国生物技术公司。TAE干粉(TrisAc
etateEDTA),批号 BRL25300,购自迪申生物技术
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
βactin 5′TGACGAGGCCCAGAGCAAGA3′(F) 331
5′ATGGGCACAGTGTGGGTGAC3′(R)
TNFα 5′GGCAGCCTTGTCCCTTGAAGAG3′(F) 171
5′GTAGCCCACGTCGTAGCAAACC3′(R)
ctsb 5′AAGCTTCGATGCACGGGAAC3′(F) 136
5′ATTGGTGTAGATGCAG3′(R)
Bax 5′GCGAGTGTCTCAAGCGCATC3′(F) 143
5′CCAGTTGAAGTTGCCGTCAGAA3′(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公司制造。HFsafe1500型生物
安全柜,HEALFORCE公司产品。倒置生物显微镜
37XB,上海光学仪器厂生产。PhilipsTecnai电子显
微镜。M5多功能酶标仪,美国 MolecularDevices公
司产品。022,045μm微孔滤膜,上海半岛实业有
限公司净化器材厂产品。60mm培养皿、6孔、24
孔、96孔培养板,均为美国 Corning公司产品,购自
上海实生细胞生物技术公司。FA1004分析电子天
平,美国Denver公司生产,3633型高压消毒锅,美国
YamatoScientificwc公司产品。PCR扩增仪 Rotor
GeneRG3000,美国基因公司产品。JY200电泳仪,
北京市君意机电技术公司产品。石英比色皿,江苏
宜兴和桥玻璃仪器二厂产品。BioRad电泳仪、
XRCI型X射线暗匣,上海医疗器械五厂产品。复
日FR980生物电泳图像分析系统,上海复日科技有
限公司产品。HPScanjetXPA型扫描仪,惠普公司
产品。
2 方法
2.1 细胞培养
HepG2细胞株以025%胰酶+002%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033g·mL-1剂量
给大鼠灌服药物,2次·d-1,连续3天,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
3~4h,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30
min灭活,-70℃冷藏备用。
2.3 药物血清毒性试验
分别设 10%,20%,30%3种浓度的胎牛血清
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的药效学筛选
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%,01%
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,01%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
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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05×10-3M∶025×10-3M)[7]。刺激24h收
集上清及细胞,检测细胞内 TG、上清 TNFα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理实
验 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(取药效学筛选实验所得效应强度最佳的剂量组
进行作用机理研究),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
(根据药效学筛选实验所得)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-115min),
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GPOPAP
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TNFα含量 ELISA法,以50μL
上清进行检测,求出各样本的 TNFα含量(pg·
L-1),最后用细胞层总蛋白浓度校正,即 TNFα含
量(pg·L-1)测定值/细胞层总蛋白(mg·L-1),得
TNFα含量(pg·mgprot-1)。
2.5.4 细胞 PIκB、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 TNFα、ctsb、Bax基因表达 realtime
PCR法[11]。
2.6 统计方法
所有数据均使用 SPSS110软件包进行统计学
分析。计量资料以差珋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 不同浓度茵陈醇提物药物血清对 HepG2细胞
的毒性实验
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%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 不同剂量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 TNFα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,达(590±186)mg·g-1
(P<001)。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<005)。本实验
结果重复 2次,结果一致。较之正常组细胞上清
TNFα蛋白含量(48±7)pg·mg-1,模型组经 FFA
刺激后,达(77±11)pg·mg-1(P<001)。各剂量
茵陈醇提物组均能抑制 TNFα的蛋白表达,但仅
10%茵陈醇提物剂量组下降为(55±7)pg·mg-1
(P<001)(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)。
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表3 细胞内TG,上清TNFα含量变化(珋x±s,n=4)
组别 剂量 TG/mg·g-1 TNFα/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)
01%茵陈醇提物 01%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<001,与模型组比2)P<005,与模型组比3)P<001。
A.正常组;B.模型组;C.01%茵陈醇提物剂量组;D.1%茵陈醇提物剂量组;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染色示意图(×200)
3.3 10%茵陈醇提物抗肝脂毒性作用及其对
“FFActsbTNFα”通路的影响
3.3.1 细胞 PIκB,ctsb,Bax蛋白表达变化 较之
正常组,模型组经 FFA刺激后,细胞 PIκB,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PIκB,ctsb蛋白
表达(图2),本实验重复3次,结果一致。
3.3.2 细胞TNFα,ctsb和 Bax基因表达变化 较
之正常组,模型组经 FFA刺激后,细胞 TNFα和
ctsb基因表达显著增加(P<001),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
TNFα和 ctsb基因表达(P<005,P<001)
(表4)。
1.正常组;2.模型组;3.10%茵陈醇提物剂量组。
图2 细胞PIκB,ctsb,Bax蛋白表达变化
表4 细胞TNFα,ctsb和Bax基因表达变化(密度积分比值)(珋x±s,n=3)
组别 剂量 TNFα ctsb Bax
正常 10%正常大鼠血清 153±048 162±053 142±059
模型 10%正常大鼠血清 377±0541) 57±0691) 135±079
10%茵陈醇提物剂量 10%茵陈醇提物药物血清 235±0282) 348±0363) 092±056
注:与正常组比1)P<001;与模型组比2)P<005;与模型组比3)P<001。
3.3.3 细胞内ctsb免疫荧光表达变化 细胞免疫 荧光法显示,正常状态时,ctsb呈点状分布(和溶酶
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体定位一致)。FFA刺激后,ctsb从溶酶体释放出
来,广泛地弥漫地分布在胞浆中,表达增加(荧光较
强),而10%茵陈醇提物剂量组的上述变化受到明
显抑制(图3)。
A.正常组;B.模型组;C.10%茵陈醇提物剂量组。
图3 细胞内ctsb免疫荧光表达变化示意图(×200)
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[1215],
其化学成分及药理作用的研究报道甚多。本研究
则发现中药茵陈(醇提)显著的治疗脂肪肝效应与
其抗肝脂毒性有关,且与“FFActsbTNFα”通路密
切相关。
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IκB激酶β(IKKβ)使IκB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
TNFα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,TNFα又能进一步促进
溶酶体渗透,激活NFκB,形成一个加重肝损伤的循
环,即“FFActsbTNFα”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%,01%)具有抗 FFA诱导 HepG2细胞内 TG变
性、TNFα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“FFActsb
TNFα”通路的影响探讨茵陈醇提物体外抗肝脂毒
性作用机理。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的刺激后向
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、pIκB蛋白、TNFαmRNA
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
用机理与有效抑制 ctsbmRNA及蛋白表达有关,从
而达到抑制NFκB的活化,通过NFκB/IκB信号转
导途径抑制TNFαmRNA转录,以阻断 TNFα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,其机理与有效
抑制ctsb表达从而抑制NFκB活化等有关。
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CHENShaodong,FENGQin,PENGJinhua,XULili,HUYiyang
()
[Abstract] Objective:TostudytheeficiencyandefectmechanismofHerbaArtemisiaeScoporiaeinhibitsthehepaticlipotox
icitymodelinvitro.Method:Preparationratregularserumandmedicineserum.Underthesaftyofmedicinethicknessbytoxicitytes
ting,normalandmodelgroupswereadded10% normalratserum,HerbaArtemisiaeScoporiaegroupwasadded10% medicineserum
incubationfor24h,FFAwasaddedtoalthegroupsbutthenormalincubationfor24h.Theindicesweretestedbelow:thecontentof
serumtumornecrosisfactorα(TNFα)byELISA,celulartriglyceridecontent(TG),OilRedStaining;proteinexpressionofcelular
Bcl2AssaciatedXprotein(Bax),phosphoIκB(PIκB)andCathepsinB(ctsb)byWesternBloting;geneexpressionofcelular
TNFα,BaxandctsbbyrealtimePCR;theexpressionanddistributionofctsbobservedbyimmunofluorescence.Result:Afterbeing
incubatedwithFFAfor24hours,TGdepositionofHepG2inthemodelgroupincreasedmarkedly.Comparedwithnormalgroup,not
onlythecontentofserumTNFα,butalsotheproteinexpressionofcelularctsb,PIκBandmRNAexpressionofctsb,TNFαin
creasedsignificantly.Contrasttomodelgroup,TGdepositiondecreasedmarkedlyintheHerbaArtemisiaeScoporiaegroup.TheHerba
ArtemisiaeScoporiaeinhibitedTNFαcontent,theproteinexpressionofcelularctsb,PIκBandmRNAexpressionofTNFαsignifi
cantly.Conclusion:HerbaArtemisiaeScoporiaehasadirectinhibitiononHepG2steatosisandTNFαsecretioninducedbylongchain
FFA.TheefectmechanismofHerbaArtemisiaeScoporiaeinhibitsthehepaticlipotoxicityhascloserelationshipwithinhibitiononthe
proteinexpressionandmRNAexpressionofctsb.
[Keywords] HerbaArtemisiaeScoporiae;freefatyacid;HepG2;hepaticlipotoxicity
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第19期
2009年10月
Vol.34,Issue 19
October,2009