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Protective effects and machanism of muskone on pheochromocytoma cell injure induced by glutamate

麝香酮对谷氨酸所致PC12细胞损伤的保护及作用机制研究



全 文 :麝香酮对谷氨酸所致 PC12细胞损伤的保护
及作用机制研究
孙蓉1,张作平2,黄伟3,吕丽莉1,尹建伟2
(1.山东省中医药研究院,山东 济南 250014;
2.济南杏林生物技术有限公司,山东 济南 250101;3.山东中医药大学,山东 济南 250355)
[摘要] 目的:考察麝香酮对谷氨酸引起 PC12细胞损伤的保护作用及作用机制。方法:将大鼠嗜铬细胞瘤细胞株
(pheochromocytomacels,PC12)分为正常组、模型组、麝香酮100,10,01μmol·L-1高、中、低剂量组和1μmol·L-1尼莫地
平组,用500μmol·L-1谷氨酸造成PC12细胞损伤,采用药物预处理给药方法,MTT法测定细胞存活率,流式细胞仪测定细胞
凋亡率,采用Fura3/AM为荧光指示剂,用Vector21420多标记免疫分析仪研究麝香酮对谷氨酸所致损伤PC12细胞内Ca2+的
作用,流式细胞仪检测线粒体跨膜电位,考察不同浓度麝香酮对PC12细胞的保护作用。结果:麝香酮可明显提高谷氨酸诱导
的PC12细胞还原能力,抑制该细胞LDH的释放,提高细胞存活率;抑制兴奋性氨基酸所引起的细胞内Ca2+含量的升高;降低
PC12细胞的凋亡百分率,并呈剂量相关性。结论:麝香酮可抑制谷氨酸诱导的PC12细胞凋亡,其作用机制可能与抑制细胞内
钙超载,稳定细胞线粒体跨膜电位有关。
[关键词] 麝香酮;谷氨酸;PC12细胞;凋亡;线粒体膜电位;Ca2+
[收稿日期] 20090120
[基金项目] 山东省自然科学基金项目(Y2003C02);济南市重大
科技招标项目(064036)
[通信作者] 孙蓉,硕士生导师,研究员。Tel:13605311799,Fax:
(0531)82968473,Email:sunrong107@163.com
  谷氨酸(glutamate,Glu)是中枢神经系统含量最
高的一种兴奋性氨基酸,在维持神经元正常信号传
递过程中起重要作用[1]。Glu大量释放或被靶组织
所摄取或清除抑制,导致神经细胞损伤,现代研究证
实,脑缺血及CIRI和 DND过程中的病理变化均与
Glu神经毒性有关,Glu具有作用靶点高并介导其他
一系列神经毒性和损伤机制[23]。
在神经元损伤保护作用的体外筛选实验中,作
者对氰化钠加缺糖致PC12细胞缺血损伤[4]和对连
二亚硫酸钠造成 PC12细胞缺氧损伤[5]进行了研
究,结果表明,麝香酮对缺血、缺氧和缺糖导致的细
胞损伤具有明显的保护作用,提示对缺血性脑损伤
有保护作用。同时在动物生理和病理状态下麝香酮
跨血脑屏障转运功能实验中发现有明显的药理活
性,也证实了其芳香开窍的功效。为了考察麝香酮
对神经元细胞的保护作用,本试验以大鼠嗜铬细胞
瘤细胞株(pheochromocytomacels,PC12)为对象,
用500μmol·L-1谷氨酸造成细胞损伤模型,考察
不同浓度麝香酮对 PC12细胞的保护作用及其作用
机制探讨。
1 材料
1.1 药品与试剂
麝香酮(纯度>970%,济南宏济堂制药有限责
任公司,批号20050708)。尼莫地平(山东新华制药
厂,批号 20041015)。谷氨酸(G8415)噻唑蓝(thia
zolylblue,MTT),Fura2/AM,碘化丙啶(PI),核糖核酸
酶(RNaseA),Rhodamine123(Rh123)购自 Sigma公
司;小牛血清(中国农业科学院),DMEM(GibcoBRL
公司);乳酸脱氢酶试剂盒(南京生物工程公司)。
1.2 细胞株
PC12细胞是大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞株,中
国科学院上海细胞生物学研究所提供。
1.3 仪器
XIDP超净台(苏州实验动物器材厂)。XSZD
倒置显微镜(重庆光学仪器厂)。BB16型二氧化碳
培养箱(德国 HERAEUS)。UV2100紫外可见分光
光度计(中美合资上海uninc仪器有限公司)。酶标
仪Bio2Rad550型。FACSCalibur流式细胞仪(Bec
tonDickinsion公司)。1420Victor2多标记免疫分析
仪(PerkinElmerLifescience公司)。HH2数显恒温
箱(新华仪器有限公司)。
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2 方法
2.1 PC12细胞的培养
复苏后的 PC12细胞接种于培养瓶中进行培
养,培养液为含10%的小牛血清的 DMEM培养液,
在37℃ 5%CO2培养箱中培养。隔天传代细胞,待
细胞长满瓶底后,倾去培养液,用DHanks液轻轻荡
洗2次,加入适量的025%胰蛋白酶消化,然后用
含10%小牛血清的DMEM培养液终止消化,用吸管
轻轻吹打数次,使细胞在瓶底分散成单层细胞悬液,
根据实验所需调整细胞密度,接种培养板中培养,以
备实验时使用。
2.2 用药观察
细胞用含2mmol·L-1谷氨酰胺和10%的小牛
血清的DMEM培养基,在37℃ 5%CO2培养箱中培
养。隔天传代细胞在倒置显微镜下观察均匀贴壁生
长时加入500μmol·L-1Glu,常规继续培养。在加
入Glu前30min加入01,10,100μmol·L-1的
麝香酮和1μmol·L-1尼莫地平(Nim)进行药物预
处理。
2.3 观察指标
2.3.1 MTT测定及其抑制率 在96孔培养板中
每孔接种200μL共1×104个细胞,常规培养1d后
处理细胞,培养20h后,每孔加入MTT溶液(10mol
·L-1)20μL,37℃孵育4h,终止培养,小心吸弃培
养板中的液体,每孔加入 150μLDMSO,振荡 10
min,使结晶物充分溶解。在酶标仪上以570nm波
长测定各孔吸光度(A)。
2.3.2 LDH活性测定 由于细胞损伤至死亡过程
中LDH释放入培养上清液中,上清液 LDH水平反
映出细胞的损伤或死亡程度。损伤作用发生后的
24h,收集培养液05mL,测定细胞培养液中 LDH
活性,根据下式计算各给药组对 PC12细胞损伤模
型的抑制率。
抑制率=
LDH模型组 -LDH给药组
LDH模型组 -LDH正常组
×100%
2.3.3 细胞凋亡率测定 各组细胞以 PBS洗涤
后,用胰酶消化,离心弃去胰酶液,用pH74PBS液
制成单细胞悬液,调整细胞密度为 5×105个/mL。
取100μL样本液中加入500μL荧光染色液(50mg
·L-1碘化丙啶,和50mg·L-1核糖核酸酶),避光
37℃孵30min[3],用流式细胞仪采集数据进行亚二
倍体峰分析,以 G0~G1期前特征性亚二倍体峰
(subG1)所占比例计算细胞凋亡率。
2.3.4 细胞内钙测定 细胞经 DMEM洗涤后加
Ca2+荧光指示剂Fura2/AM,37℃孵育30min,再次
洗涤后,用1420Vector2多标记免疫分析仪在340~
380nm激发波长条件下进行检测。培养与96孔板
上的PC12细胞长满单层后,加入 Fura2/AM(终浓
度5mmol·L-1)于37℃孵箱中孵育60min,负载后
的细胞以含02%的牛血清白蛋白的 Hanks液洗2
次。分别加入含500μmol·L-1谷氨酸、500μmol·
L-1谷氨酸 +不同浓度麝香酮、500μmol·L-1谷氨
酸+1μmol·L-1Nim的DMEM培养液100μL,孵育
2,4,6,8,10,12h,用1420Victor2多标记免疫分析仪
分别以340,380nm为激发波长,510nm为发射波长,
测定荧光强度并计算荧光比值(F340/F380)。
2.3.5 细胞线粒体跨膜电位测定 将不同处理后
的PC12细胞用体积分数025%胰蛋白酶消化,收
集1×106个细胞,经PBS清洗2次,与1μmol·L-1
Rh123在37℃共同孵育30min,PBS清洗2次,用
流式细胞仪检测其荧光强度,以处理组细胞的荧光
强度与正常细胞的比值为相对跨膜电位。
2.4 统计学方法
采用SPSS115统计软件对各组数据进行采用
两样本均数比较的t检验,采用 珋x±s表示,P<005
为有显著性差异。
3 结果
3.1 对MTT比色的影响
加入500μmol·L-1Glu能导致细胞损伤,使细
胞对 MTT摄取能力明显降低,即在570nm处的 A
显著降低,麝香酮高、中、低浓度处理后的细胞可以
不同程度提高A,与模型组比较均有极显著性差异,
提示麝香酮能够提高细胞的生存率,且高低浓度之
间有显著性差异(表1)。
表1 麝香酮对谷氨酸致PC12损伤细胞的影响
(A,珋x±s,n=8)
组别 浓度/μmol·L-1 A570
正常   - 1128±01021)
模型   0315±0040
麝香酮  100 0930±01301)
  10 0824±01141)
  01 0694±01431,3)
尼莫地平 10 0804±01041,2)
  注:与模型组比较1)P<0001;与麝香酮高剂量组比较2)P<
001,3)P<0001(表2同)。
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3.2 对乳酸脱氢酶活性的影响
加入500μmol·L-1Glu能导致细胞损伤,使细
胞大量释放 LDH,使培养介质的 LDH活性明显升
高。麝香酮高、中、低浓度处理后的细胞可以不同程
度抑制LDH的释放,与模型组比较均有极显著性差
异,麝香酮高浓度组抑制率达6708%,中浓度组抑
制率达6708%,低浓度组抑制率达6708%,尼莫
地平组抑制率达 5979%;提示麝香酮对 Glu所致
PC12细胞损伤有减弱Glu的细胞毒性作用(表2)。
表2 麝香酮对谷氨酸致PC12细胞损伤的保护作用
(珋x±s,n=8)
组别 浓度/μmol·L-1 LDH抑制率/%
正常   - 1261±1711)
模型   7058±1103
麝香酮  100 3170±5861)
  10 4392±10111,2)
  01 4580±9261,3)
尼莫地平 10 3592±4231)
3.3 对细胞凋亡的影响
Glu作用24h后,PC12细胞出现凋亡,用流式
细胞术进行亚二倍体峰分析,以G0~G1期前特征性
亚二倍体峰所占比例计算细胞凋亡率,正常组凋亡
率为136%,模型组凋亡率可达到4133%,麝香酮
高、中、低剂量组凋亡率分别为 1745%,2357%,
2712%,均可显著降低 PC12细胞的凋亡率,提示
麝香酮可减少Glu对PC12细胞凋亡的诱导。
3.4 对线粒体跨膜电位的影响
Glu处理的PC12细胞荧光强度明显升高(P<
0001);给予麝香酮后,高、中浓度组荧光强度则显
著低于模型组,有极显著性差异(P<0001),麝香
酮低浓度组呈显著性差异(P<005),表明麝香酮
具有显著的降低 PC12细胞内游离钙超载作
用(图1)。
注:与模型组比较1)P<005,2)P<0001。
图2 PC12细胞内钙测定
3.5 Glu作用
24h后,PC12细胞内 Rh123荧光强度下降
(P<0001),表明线粒体跨膜电位下降,提示 Glu
对PC12细胞的线粒体造成了损伤。经过不同浓度
的麝香酮预处理后,细胞相对线粒体跨膜电位有明
显的提高(P<0001),提示麝香酮对 Glu引起的线
粒体损伤有明显的保护作用(表3)。
表3 麝香酮对Glu引起的线粒体损伤的保护作用
(珋x±s,n=6)
组别 浓度/μmol·L-1 MMP/%
正常   - 1000±00311)
模型   0395±0076
麝香酮  100 0722±00891)
  10 0570±00951,2)
  01 0557±00781,3)
尼莫地平 10 0573±00801,2)
  注:与模型组比较1)P<0001;与麝香酮高剂量组比较2)P<
001,3)P<0001。
4 讨论
Glu是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质,
在脑缺血造成的神经元损伤过程中发挥重要作用。
脑缺血时多种机制参与了 Glu释放的的调节,如
Ca2+依赖性的出胞式释放、Glu转运体调节释放、水
肿诱发释放和受体调节释放等[6]。Glu是脑组织内
主要的兴奋性氨基酸(EAA),过量则对神经元有毒
性作用[7]。脑缺血时,有Glu大量释放,其兴奋毒性
是神经细胞变性坏死的重要原因之一[8]。Glu神经
毒性是由GluR介导。根据药理学特征,将受体分
为NMDAR,KAR,AMPAR,LAP4R和反式 ACPD
R5个亚型。在脑缺血时 EAA产生的早期兴奋毒
性主要是通过 KAR和 AMPAR,而迟发性损伤主
要是通过NMDAR这一配体门控性 Ca2+通道来实
现。Glu可通过多种机制引起神经细胞内钙超载,
使神经细胞内钙失衡,引起神经细胞凋亡。另外,
Glu神经毒性可致 PC12细胞 NMDAR表达增强和
CB表达下降,导致离子通道开放,使得更多 Ca2+进
入细胞内进而加重了神经细胞损伤[9]。线粒体是
细胞能量代谢的主要部位,对细胞内 Ca2+有一定的
缓冲作用。线粒体内Ca2+累积,可直接或间接损伤
线粒体膜,造成膜电位下降,所以 EAA是导致脑损
伤一个早期最主要的因素。
本研究发现麝香酮可对抗 Glu引起的 Ca2+浓
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度升高、LDH释放增多、线粒体膜电位下降,通过
不同程度的提高 MTT吸光度、降低 LDH释放和降
低 PC12细胞内游离钙来抑制谷氨酸诱导的 PC12
细胞细胞凋亡,其对细胞的保护作用与浓度密切
相关,实验结果表明,麝香酮高、中、低不同浓度之
间有显著性差异。因此,麝香酮对过量谷氨酸通
过 NMDA受体介导的神经元内 Ca2+超载,继而级
联细胞内许多酶激活,细胞膜磷脂代谢异常而最
终导致细胞死亡的病理过程呈现明显的保护
作用。
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Protectiveefectsandmachanismofmuskoneon
pheochromocytomacelinjureinducedbyglutamate
SUNRong1,ZHANGZuoping2,HUANGWei3,LVLili1,YINJianwei2
(1.ShandongResearchAcademyofTraditionalChineseMedicine,Jinan250014,China;
2.JinanXinglinBiologyTechonologyCorporation,Jinan250101,China;
3.ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine,Jinan250355,China)
[Abstract] Objective:Toexplorethemechanismofglutamate(Glu)inducedPC12celapoptosisandtheprotectiveefectof
muscone.Method:PC12celswererandomlydividedintosixgroups:normalgroup(Normal),modelgroupinjuredbyglutamate
(Glu),nimodipinegroup(Nim)andmuskonegroups(Mus)ofhigh,middleandlowdoses.ThePC12celswerepretreatedwithor
withoutdiferentconcentrationsofmuskonefor30minandthenexposedtoglutamate.MTTassayforcelsurvival,flowcytometricde
tectionofapoptoticcels,DCFassayforreactiveoxygenspecies(ROS)andflowcytometricassaywasperformedtodeterminethemi
tochondrialmembranepotentialinPC12cel.Result:PC12celdamage,theconcentrationsof[Ca2+],andapoptosisinducedbyGlu
weredecreasedafterbeingadministratedwithpaeoniflorin.Conclusion:MuskoneinhibitedGluinducedapoptosisinPC12cels.The
mechanismisrelatedtoinhibitingintracelularCa2+overloadandmaintainingmitochondralmembrancepotential.
[Keywords] muscone;glutamate;PC12cels;apoptosis;mitochondrialmembranepotential;Ca2+
[责任编辑 古云侠]
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