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Mechanisms of delay endothelial cell replicative senescence by extracts from Panax ginseng, Panax notoginseng and Ligusticum chuanxiong

人参三七川芎提取物延缓内皮细胞复制性衰老的机制研究



全 文 :人参三七川芎提取物延缓内皮细胞复制性衰老
的机制研究
杨静1,雷燕1,崔巍2,方素萍3,陈可冀1
(1.中国中医科学院 西苑医院,北京 100091;
2.北京中医药大学 东直门医院,北京 100700;
3.中国中医科学院 广安门医院,北京 100053)
[摘要] 目的:探讨人参三七川芎提取物对内皮细胞复制性衰老(humanumbilicalveinendothelialcels,HUVECs)的影
响。方法:体外培养的HUVEC2C传代至第8代,造成内皮细胞复制性衰老模型。细胞分为4组,8代衰老模型组、维生素 E
(VitE)组(50mg·L-1)、中药高、低 (50,20mg·L-1)剂量组,采用衰老相关β半乳糖苷酶(SAβgal)染色法观察细胞衰老
改变,流式细胞仪分析细胞周期,激光共聚焦显微镜观察细胞内活性氧(ROS)含量,硝酸还原酶法检测培养液一氧化氮(NO)
和抗超氧阴离子水平,Westernblot法检测各组细胞AngⅡ 1型和2型受体(AT1R和AT2R),NAD(P)H氧化酶p47phox的
蛋白表达。结果:8代衰老模型组βgal染色阳性细胞数明显增多,细胞停滞在G0/G1期,激光共聚焦显微镜下ROS荧光强度
明显增强,培养液中抗超氧阴离子、NO含量减少,p47phox,AT1R,AT2R蛋白表达上调。给予高、低剂量中药处理后,可明显改
善细胞的衰老状态,βgal染色阳性细胞数减少,G0/G1期细胞减少,G2/M期细胞增加,ROS荧光强度减弱,抗超氧阴离子、NO
含量较8代衰老模型组增加,p47phox,AT1R,AT2R蛋白表达下调,差异均有统计学意义(均P<005)。结论:人参三七川芎提
取物能够延缓内皮细胞复制性衰老,通过活性氧途径下调 NADPH氧化酶 p47phox的表达,最终使 ROS产生减少;同时,中药
提取物还能降低衰老内皮细胞AT1R,AT2R的表达,改善内皮功能,这可能是益气活血中药延缓内皮细胞衰老的主要原因之一。
[关键词] 人参三七川芎提取物;NAD(P)H氧化酶;细胞复制性衰老;ROS
[收稿日期] 20081128
[基金项目] 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB5074
06)
[通信作者] 雷燕,Tel:(010)64013948,Email:leiy999@163.com
  我国已进入老龄化社会,因而研究和防治与增
龄有关的疾病,有效延缓衰老的进程已成为社会需
求。研究发现,衰老是造成心血管疾病相关发病率
和死亡率增高的主要独立危险因素之一[1],并且
心血管疾病中存在明显的血管老化表现,如内皮细
胞功能的紊乱和衰老。人参三七川芎属于中药益气
活血药范畴,中医学认为其有 “延年不老”的功
效。现代药理学研究显示,3种药物的有效成分与
抗衰老作用密切相关[24]。因此,本实验以内皮细
胞复制性衰老为衰老模型,观察人参三七川芎提取
物能否延缓内皮细胞的复制性衰老,为研究益气活
血中药延缓血管老化作用做初步探讨。
1 材料
1.1 药物制备 人参Panaxginseng,产自吉林抚松
镇;三七Panaxnotoginseng,产自云南;川芎 Ligustic
umchuanxiong,产自四川,经中国中医科学院中药研
究所黄璐琦研究员鉴定均符合《中国药典》2005年
版标准。人参三七川芎提取物为醇提物,由中国中
医科学院中药研究所提供(实验用药加入3倍70%
乙醇提取3次,每次2h,滤过,弃药渣,将醇提取液
进行乙醇回收,浓缩至无醇味,制成中药浸膏),生
药含量3164g·g-1浸膏;VitE购自Sigma公司,批
号085K1584。
1.2 细胞及试剂 脐静脉内皮细胞(HUVEC2C,
美国 CascadeBiologics公司,catNo:C0235C,Lot
No:4C0218);培养基Medium200(美国CascadeBi
ologics公司,catM200PRF500;Lot061115902);低
血清生长因子补充物(美国 CascadeBiologics公司,
catS00310,Lot061121901);荧光探针 7′Dichlo
rofluorescindiacetateDCFDA(美国 Sigma公司,批号
077K4037);细胞衰老测定试剂盒(上海杰美基因医
药科技有限公司,catNo:GMS100121,LotNo:11
5281812);二甲基亚砜(DMSO,批号T20080814,上
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海诺泰化工有限公司);NO试剂盒(南京建成生物
工程研究所,批号20071117)、抗超氧阴离子自由基
及产生超氧阴离子自由基测试盒(南京建成生物工
程研究所,批号20071218);AT1R多克隆抗体(武汉
博士德公司,货号 BA0582)、AT2R多克隆抗体(武
汉博士德公司,货号 BA0583);p47phox多克隆抗体
(美国Santacruz公司,货号sc17844)。
1.3 器材 TCSSP2激光扫描共聚焦显微镜(Lei
ca,德国);MCO20AIC型恒温CO2培养箱(Sanyo,日
本);CK2型倒置相差显微镜(OLYMPUS,日本);
FACSCalibur型流式细胞仪,(BD,美国);SIAFRT
SYNERGYHT型酶标仪(BIOTEK,美国)。
2 方法
2.1 分组 细胞分为4组:8代衰老模型组(完全
培养基M200+LSGS);人参三七川芎高、低剂量组
(50,20mg·L-1);VitE组(50mg·L-1)。人参三
七川芎提取物所采用的剂量是根据噻唑蓝(MTT)
法实验筛选出的最佳有效作用浓度;VitE组 VitE
中加入体积分数为 2‰DMSO助溶,其余各组加入
相同剂量DMSO,达到同期对照的目的。
2.2 细胞培养 参照内皮细胞培养方法[5]进行细
胞传代,5代始细胞贴壁后,各用药组随每次换液
加入相应药物浓度,2d换液1次,持续刺激,传
至第8代,待各组细胞铺满瓶底80%左右,用质
量分数025%的胰酶消化,4℃,1500r·min-1
离心收集。
2.3 8代复制性衰老内皮细胞的判定 将 2代
HUVEC2C和8代HUVEC2C从细胞形态学、SAβ
gal染色和细胞周期三方面进行比较,判断8代内皮
细胞衰老状况。
2.4 衰老细胞鉴定 衰老相关 β半乳糖苷酶(SA
βgal)是1种可鉴定衰老细胞的生物学标志物[6],
按照细胞衰老测定试剂盒说明检测,观察并计数显
微镜下胞浆内有蓝色细胞的百分数,判断细胞衰老
的情况。
2.5 细胞周期分析 每组细胞以025%胰蛋白酶
消化、收集细胞,用预冷的 PBS洗涤2次,调整细
胞数至1×106个/mL,逐滴加入预冷的70%乙醇固
定,4℃过夜。次日,离心,PBS洗涤,用含有20g·
L-1RNaseA酶的50mg·L-1的碘化丙啶(PI)染液
避光染30min,300目筛网过滤细胞后,流式细胞
仪检测。应用CelQuestPro软件获取至少2万个细
胞的荧光2(FL2A)直方图,通过 ModiFit软件分
析细胞周期分布。
2.6 细胞内 ROS含量 以5×104个/孔细胞接种
于6孔培养板,加入1mL预温至37℃的10μmol·
L-1DCFDA工作液,轻轻混匀。37℃孵育30min,
无血清培养基清洗2次,激光共聚焦显微镜观察结
果。ROS特异性荧光探针 DCFDA临用前用无血清
培养基稀释成10μmol·L-1的溶液。蓝光激发,激
发波长488nm、发射波长525nm。
2.7 抗超氧阴离子自由基含量测定 检测细胞培
养液内抗超氧阴离子自由基活力的含量,间接反映
细胞内O2-的情况,操作依据试剂盒说明进行。
2.8 NO含量测定 内皮损伤时NO合成减少或生
物活性降低[7],通过检测细胞培养液中NO含量,可
间接反映内皮细胞的衰老情况。采用硝酸还原酶
法,按照NO试剂盒说明操作。
2.9 细胞 NAD(P)H氧化酶 p47phox,AT1R,AT2
R蛋白表达 采用Westernblot检测方法。RIPAbuf
er裂解液提取总蛋白,考马斯亮蓝法测蛋白含量,
调整蛋白浓度,煮沸变性5min,125%SDSPAGE
电泳后半干转印仪转膜,5%脱脂奶粉的 TBST
(005%的聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯)封闭 1
h,1∶300稀释的一抗4℃孵育过夜,辣根过氧化物
酶标记的二抗孵育15h,Odyssey荧光扫描,βactin
为内对照。
2.10 统计学方法 采用SPSS130软件进行统计
处理,观察指标以 珋x±s表示,采用单因素方差分
析,P<005为差异有显著性。
3 结果
3.1 8代复制性衰老内皮细胞的判定 预实验中
通过细胞形态学观察到,2代内皮细胞胞体呈多角
形,相互嵌合,胞浆清澈透明,细胞轮廓不清晰,呈
单层铺路石状排列;8代内皮细胞大小不均,形状混
浊,胞体轮廓变清晰,体积增大,生长缓慢,排列稀
疏,难于形成单层细胞。SAβgal染色显示,2代内
皮细胞基本不表达蓝染细胞,8代内皮细胞组表达
βgal蓝染细胞较多(P<005),约7833%。细胞
周期研究显示,2代内皮细胞 S期细胞比例较高,
G0/G1期细胞比例较低,G2/M期细胞活跃;8代内皮
细胞与2代细胞相比,G1期进入 S期的细胞比例明
显降低,G2/M期细胞明显减少,差异有统计学意义
(P<005)。表明8代内皮细胞已属于复制性衰老
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细胞,可用于细胞衰老的相关实验研究。
3.2 SAβgal细胞衰老测定 βgal染色显示,Vit
E组蓝染阳性细胞数约3900% ;8代衰老模型组
表达βgal蓝染细胞较多(P<005),约7833%;中
药高、低剂量组阳性细胞数分别为 4933%,
4467%,较8代衰老模型组明显减少,差异有统计
学意义(均P<005)。
3.3 细胞周期分析 流式细胞仪分析表明,与VitE
组比较,8代衰老模型组细胞周期向G0/G1期明显停
顿,G2/M期细胞明显减少;与8代衰老模型组比较,
中药高、低剂量组及VitE组G0/G1期细胞明显减少,
处于G2/M期的细胞明显增多,差异有统计学意义
(P<005);但与VitE组比较,中药高、低剂量组G0/
G1期细胞增多,G2/M期细胞减少(P<005);这表明
随传代进行,人参三七川芎提取物高、低剂量组在一
定程度上能够延缓细胞的衰老(表1)。
表1 人参三七川芎提取物对各组细胞周期影响分析(珋x±s,n=3)
分组 剂量/mg·L-1 G0/G1/% G2/M/% S/%
衰老模型 - 5416±0231) 3597±1181) 986±096
中药提取物 50 3397±0131,2) 5983±0821,2) 619±070
  20 2964±1041,2) 6425±0221,2) 611±086
VitE 50 1662±0342) 7888±0122) 450±034
  注:与VitE组相比1)P<005;与衰老模型组相比2)P<005(表2,3同)。
3.4 细胞内 ROS含量测定 DCFDA是 ROS特异
性荧光探针,通过激光共聚焦显微镜发射发射光和
激发光,使细胞内活性氧呈现绿色荧光。8代衰老
模型组细胞所发荧光强度强,与8代衰老模型组比
较,中药高、低剂量组和 VitE组的荧光强度明显减
弱,差异有统计学意义(P<005),但中药2个剂量
组荧光强度比VitE组稍强(图1)。
3.5 抗超氧阴离子与NO含量测定 与各用药组
M.8代衰老模型组;E.VitE50mg·L-1组;H.中药50mg·L-1组;L.中药20mg·L-1组。
图1 人参三七川芎提取物对细胞内ROS含量影响(×100)
比较,8代衰老模型组培养液内的抗超氧阴离子和
NO含量明显减少(P<005);中药高、低剂量组培
养液内的抗超氧阴离子和NO含量比衰老组明显增
加,但较 VitE组含量降低,差异有统计学意义(均
P<005)。提示8代衰老内皮细胞产生的超氧阴离
子(O2-)相对增多,而人参三七川芎提取物高、低剂
量组能在一定程度上改善内皮的功能,增强抗氧化
能力,从而延缓细胞衰老(表2)。
3.6 Westernblot结果 与8代衰老模型组比较,
中药高、低剂量组与 VitE组 p47phox,AT1R,AT2R
表达明显下调,差异有统计学意义(均P<005);与
VitE组比较,中药高、低剂量组p47phox和AT2R表
达上调(P<005),AT1R表达仅有上调趋势,差异
  表2 人参三七川芎提取物对细胞培养液抗超氧阴离子
与NO含量的影响(珋x±s,n=4)
分组
剂量
/mg·L-1
抗超氧阴离子
/U·L-1
NO
/μmol·L-1
衰老模型 - 8071±0311) 814±0441)
中药提取物 50 8873±0331,2) 1219±0351,2)
  20 9100±0371,2) 1362±1171,2)
VitE 50 9653±1092) 1812±0372)
无统计学意义(表3)。
4 讨论
本实验在人参、三七、川芎提取物延缓小鼠血管
老化整体实验进行的基础上,通过观察人参、三七、
川芎提取物对内皮细胞衰老的影响,进一步研究益
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   表3 人参三七川芎提取物对细胞p47phox,AT1R,AT2R蛋白表达的影响(珋x±s,n=3)
分组 剂量/mg·L-1 P47phox AT1R AT2R
衰老模型 - 0498±00061) 0461±00071) 0566±00011)
中药提取物 50 0482±00041,2) 0350±00162) 0467±00051,2)
  20 0462±00011,2) 0324±00052) 0460±00041,2)
VitE 50 0387±00062) 0303±00032) 0392±00022)
气活血中药是否具有延缓血管老化的作用。
ROS学说是目前较公认的衰老假说。随增龄
活性氧产生增加,氧化损伤产物在细胞内积聚,最终
导致细胞功能失调和衰老[8]。研究表明,老年内皮
功能紊乱是由于 ROS与内生保护抗氧化剂之间的
失衡造成的,而NAD(P)H氧化酶是血管壁内皮细
胞ROS的主要来源[9],其中p47phox是NAD(P)H
氧化酶活性必需的亚单位。ROS参与血管损伤过
程中许多细胞信号转导,可引起内皮细胞衰老。本
研究在前期预实验的基础上,结合相关文献的研究
方法[10],从细胞形态学、β半乳糖染色和细胞周期
三方面进行分析,确定以8代 HUVEC2C为复制性
衰老细胞模型,观察中药提取物能否从活性氧途径
延缓内皮细胞衰老。
实验中首先观察到,8代衰老内皮细胞 β半乳
糖染色阳性细胞显著增加,应用高、低剂量中药和
VitE处理后,阳性细胞数明显减少。观察细胞内活
性氧发现,中药高、低剂量组细胞 ROS所发荧光强
度明显低于8代衰老模型组,比 VitE组稍强,提示
中药提取物能降低衰老内皮细胞 ROS的合成。细
胞周期研究中发现,应用中药干预后的细胞,G0/G1
期细胞显著降低,G2/M期的细胞明显增加,表明中
药能够使处于休眠静止期的细胞重新活跃,进入增
殖期,在一定程度上延缓了细胞的衰老。NO能抑
制炎细胞的浸润,减少氧自由基生成,加速氧自由
基灭活[7],对细胞培养液 NO和抗超氧阴离子的检
测发现,8代衰老模型组 NO含量、抗超氧阴离子活
力降低,在应用中药培养后 NO含量和抗超氧阴离
子活力显著上升,间接证明了给予中药后的细胞氧
自由基生成减少,扩血管物质生成增加,减少了内皮
的损伤,延缓细胞的衰老。
进一步观 察 益 气 活 血 中 药 对 衰 老 细 胞
p47phox,AT1R,AT2R显示,8代衰老内皮细胞
p47phox的蛋白表达上调,中药高、低剂量组降低衰
老细胞p47phox的表达,低剂量组比高剂量组下调
更明显;内皮细胞可释放内皮源性收缩因子如 Ang
Ⅱ,当内皮功能受损时,AngⅡ合成和释放增加,可
引起血管紧张度增加、血小板聚集、白细胞黏附和血
栓形成等[1112]。本实验通过观察 AngⅡ受体 AT1R
和AT2R发现,8代衰老内皮细胞 AT1R,AT2R含量
明显增高,表明衰老内皮细胞AT1R,AT2R表达相对
较多。各用药组与衰老组比较,AT1R,AT2R表达均
显著减少,提示益气活血中药与 VitE可能影响内
皮源性收缩因子 AngⅡ的释放,改善内皮功能。研
究报道,AT2R具有促凋亡、抑增殖的作用
[13],而外
源性AngⅡ可通过 AT1R途径经由 NADPH氧化酶
刺激活性氧增加,引起内皮细胞衰老[14],对于本实
验中用药后内皮细胞释放的 AngⅡ引起的 AT1R的
改变是否与NADPH氧化酶亚单位 p47phox的降低
存在直接关系,还需进一步研究。以上结果分析表
明,中药高、低剂量组干预后,内皮细胞培养液 O2-
生成减少,细胞p47phox蛋白表达下降,支持中药
提取物通过活性氧途径下调NADPH氧化酶亚单位
p47phox表达,减少活性氧生成,延缓内皮细胞
衰老。
综上,益气活血中药人参三七川芎提取物可延
缓内皮细胞复制性衰老,可能经由活性氧途径通过
下调 NADPH氧化酶 p47phox的表达,使 HUVECs
产生ROS减少,从而延缓细胞的衰老。研究中发
现,中药提取物能降低衰老内皮细胞AT1R,AT2R的
表达,但是否通过细胞产生的 AngⅡ引起的相关途
径使p47phox下调,导致内皮细胞的复制性衰老,有
待进一步研究。
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Mechanismsofdelayendothelialcelreplicativesenescencebyextractsfrom
Panaxginseng,PanaxnotoginsengandLigusticumchuanxiong
YANGJing1,LEIYan1,CUIWei2,FANGSuping3,CHENKeji1
(1.XiYuanHospitalAfiliatedtoChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100091,China;
2.DongzhimenHospitalAfiliatedtoBeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100700,China;
3.Guang'anmenHospitalAfiliatedtoChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100053,China)
[Abstract] Objective:ToexploreefectofextractsfromPanaxginseng,PnotoginsengandLigusticumchuanxiongonhuman
umbilicalendothelialcels(HUVECs)replicativesenescence.Method:HUVECswereinducedtoagingbygenerationcultivatingto
theeighthcelsinordertoestablishamodelofendothelialcelsreplicativesenescence.TheculturedHUVECsinvitroweredividedin
to4groups,theeighthgenerationcelsenescenceuntreatedgroup,VitaminEgroup,herbaltreatedhighdoseandlowdosegroups.
ChangesofHUVECsagingwereobservedbymethodofSAβgalstainedHUVECsandcelscyclewereanalyzed.ContentsofROSin
cels,thelevelsofantisuperoxide(O2-)andnitricoxide(NO)incelmediumswereexamined.Westernblotwereusedtoanalyse
proteinexpressionofNADPHoxidasep47phox,angiotensintype1and2receptor(AT1R,AT2R).Result:ComparedwithVitaminE
group,thepositivecelnumbersofβgalstainedHUVECswereenhanced,celproliferationwasdepressed,andthefluorescenceinten
sityofROSwasincreased,atthesametime,lessNOandmoreO2-incelswereproducedintheeighthgenerationcelsenescenceun
treatedgroup.Proteinexpressionofp47phox,AT1RandAT2RincelsincreasedcomparedwithVitEgroup.Chineseherbsofhigh
doseandlowdosecouldimprovecondutionsofHUVECsaging.Chineseherbsofhighdoseandlowdosecouldreducethepositivecel
numbersofβgalstainedHUVEC,increasecelproliferationanddecreasefluorescenceintensityofROSincels,atthesametime,
celssecretingmoreNOandlessO2-.Proteinexpressionofp47phox,AT1RandAT2RincelstreatedwithChineseherbsofhighdose
andlowdoseweredecreasedcomparedwithVitEgroup.Conclusion:ThestudyindicatedthatextractsfromP.ginseng,P.notogin
sengandL.chuanxiongcoulddelayendothelialcelreplicativesenescence.HerbalextractsdownregulatetheexpressionofNAD(P)H
oxidasesubunitp47phoxbymeansofROS,hencedecreaseO2-productionandultimatelydelayHUVECsinvitrosenescence.
[Keywords] extractsfromPanaxginseng;PanaxnotoginsengandLigusticumchuanxiong;NAD(P)Hoxidase;celreplica
tivesenescence;ROS
[责任编辑 古云侠]
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