全 文 :小檗碱对肝细胞核因子4α表达及
葡萄糖激酶活性的影响
闫忠卿1,冷三华1,陆付耳1,陆小红2,董 慧1,高志强1
(1华中科技大学 同济医学院 附属同济医院 中西医结合研究所,湖北 武汉 430030;
2湖北天茂集团制剂厂,湖北 荆门 448000)
[摘要] 目的:观察小檗碱对小鼠原代肝细胞核因子4α(HNF4α)表达及葡萄糖代谢关键酶葡萄糖激酶(GK)
活性的影响,探讨小檗碱治疗2型糖尿病的分子机制。方法:采用改良两步灌流法培养小鼠原代肝细胞,用不同浓
度的小檗碱(0,1,3,10,30,100μmol·L-1)和1mmol·L-1二甲双胍干预24h后,采用RTPCR方法检测 HNF4α
mRNA表达;采用Westernblot方法检测HNF4α蛋白的表达,同时检测GK的活性。结果:与阴性对照组相比,小檗
碱在10,30,100μmol·L-1时能够明显促进HNF4αmRNA及蛋白的表达,二者同时在30μmol·L-1时达到最大值
(HNF4αmRNA相对吸光度为048±020,蛋白相对吸光度为347±086,P<001);在10,30μmol·L-1时明显
上调GK活性,同时在30μmol·L-1时达到最大值(0080±0073,P<005);而二甲双胍对HNF4αmRNA、蛋白的
表达及对GK活性的影响则与阴性对照组无明显差异。结论:小檗碱改善糖代谢的作用可能与其调节肝细胞核因
子4α的表达进而调节GK活性有关。
[关键词] 小檗碱;肝细胞核因子;葡萄糖激酶;原代肝细胞
[中图分类号]R2855 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)18210505
[收稿日期] 20071018
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30500685)
[通讯作者] 陆付耳,Tel/Fax:(8627)83663237,Email:felu
@tjhtjmueducn
人们在研究鉴定调节肝脏基因表达的时候发现
了肝细胞核因子家族成员(hepatocytenuclearfac
tors,HNFs),进而发现 HNFs变异可引起3种年轻
的 成 人 发 病 型 糖 尿 病 (MODY1,MODY3,
MODY5)[1],因而 HNFs在糖代谢中的重要调节作
用及其变异参与糖尿病发病过程的重要性引起了高
度关注。最近的研究显示,肝细胞核因子(主要为
HNF4α,HNF6,HNF1α)相互合作、相互调节,构成肝
细胞、胰岛细胞转录因子调控网络中心,调节肝、胰
岛细胞多个代谢基因的表达。HNFs作为调控糖和
脂肪多层代谢过程的上游信号分子族,特别是
HNF4α表达异常,可引起机体糖和脂质代谢紊乱,
导致2型糖尿病[24]。小檗碱是中药黄连的主要成
分,具有广泛的生物化学和药理作用。近年来有多
项研究表明,小檗碱能够促进肝细胞摄取葡萄糖和
调节脂质代谢[56]。本实验通过研究小檗碱对小鼠
原代肝细胞HNF4α基因表达、蛋白表达以及 GK活
性的影响,探讨小檗碱改善糖代谢的分子机制。
1 材料
11 药物和试剂 Ⅳ型胶原酶、胰岛素、6磷酸葡
萄糖脱氢酶(G6PDH)、小檗碱(纯度 >98%)均购
自Sigma公司;二甲双胍(纯度99%)由武汉合中化
工制造厂馈赠;地塞米松购自武汉滨湖双鹤药业;促
肝细胞生长因子购自吉林省辉南辉发制药公司;
RPMI1640培养基、胎牛血清购自 Gibcol公司、二甲
基亚砜(DMSO)、四甲基偶氮唑盐(MTT),5′三磷
酸腺苷二钠(ATPNa2)均购自 Amresco公司;RT
PCR试剂均为 TOYOBO公司产品;抗 HNF4α抗体
购自SantaCruz公司;GAPDH一抗购自北京博奥森
生物技术有限公司。
12 仪器 ELX800全自动酶标测试仪,OLYMPUS
倒置显微镜,高精密度电子分析天平,低温高速离心
机(Sigma公司),进口水套式 CO2培养箱(美国),
Eppendorf梯度PCR仪(山东高密彩虹分析仪器有
限公司),半自动生化分析仪电泳仪(北京市六一仪
器厂)。
13 动物 6~8周SPF级雄性昆明种小鼠体重20
g左右,购自华中科技大学同济医学院实验动物学
·5012·
第33卷第18期
2008年9月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 18
September,2008
部,许可证号SCXK(鄂)20040007。
2 方法
21 原代肝细胞分离和培养 按照 Seglen法[7]并
略加调整。小鼠腹腔麻醉,乙醇消毒体表,断头放血
后打开腹腔,使其充分暴露肝脏,剥离下腔静脉、门
静脉,从下腔静脉匀速灌流预温至37℃的无钙灌流
液(NaCl83g·L-1,KCl05g·L-1,Na2HPO4·
12H2O02513g·L
-1,EDTA0186g·L-1,HEPES
24g·L-1,pH74)30mL;待其流出液体澄清后,
用止血钳结扎门静脉改作灌流预温至 37℃的
005% Ⅳ型胶原酶灌流液(Ⅳ型胶原酶 05g·
L-1,NaCl39g·L-1,KCl05g·L-1,CaCl207g
·L-1,Na2HPO4·12H2O02513g·L
-1,HEPES
24g·L-1,pH75)20mL,待肝脏表面出现龟背
裂纹后停止灌流;取下肝脏用 RPMI1640(不含血
清)培养基终止消化,用镊子钝性分离肝细胞,得到
的肝细胞混悬液用200目尼龙网滤去不能消化的肝
包膜和纤维组织,500r·min-1离心3次,得到纯度
大于90%、活力大于90%的肝细胞。肝细胞培养液
(RPMI1640培养基,胎牛血清10%,促肝细胞生长
因子002g·L-1,地塞米松0005g·L-1,胰岛素
0005g·L-1,pH74)培养3d后用于实验。
22 MTT实验 将原代肝细胞接种在96孔板中,
加入不同浓度的小檗碱(0,1,3,10,30,100μmol·
L-1),1mmol·L-1二甲双胍干预,各组 DMSO含量
均为02%,且均是无血清培养,每组各5个复孔。
培养24h后,加入05%的 MTT溶液10μL。继续
培养4h,弃去培养液,加入100μL的 DMSO,充分
振荡混匀后,置于酶标仪上检测 490nm吸光度
(A)。
23 RTPCR检测原代肝细胞 HNF4αmRNA表达
药物干预细胞24h后提取RNA,提取按照说明书
操作。用核酸分析仪检测 RNA的浓度和纯度,取
A260/A280在18~20的 RNA进行实验。引物自行
设计由上海生工生物工程公司合成,HNF4α上游
5′GGTGCCAACCTCAACTCA3′,下 游 5′AGGCT
GCTGTCCTCGTAG3′,βactin上游 5′TGCCCATC
TATGAGGGTTAC3′,下游 5′GGAAGGTGGACAGT
GAGGC3′。取2μg的RNA逆转录合成cDNA单链
进行 PCR扩增,扩增条件:94℃预变性 5min;
HNF4α:94℃ 变性50s,退火588℃ 50s,72℃
延伸50s;βactin:94℃ 变性50s,退火54℃50s,
72℃ 延伸50s;扩增的循环数分别为32,34个循
环;最后72℃ 10min。扩增产物经16%琼脂糖凝
胶电泳,于凝胶成像分析仪上进行吸光度扫描。进
行电泳条带分析,以目的条带比 βactin的相对 A表
示结果。
24 Westernblot方法检测 HNF4α蛋白表达 每
组肝细胞2×106个加入300μL的三去污裂解液,充
分裂解30min,12000×g离心5min后取上清,考
马斯亮蓝测其蛋白浓度。取各组样本总蛋白 50
μg,变性 5min,以 12%分离胶,5%积层胶,SDS
PAGE胶分离蛋白,湿电转移法将蛋白转移到 PVDF
膜上。PVDF膜用含5%脱脂牛奶的TBST封闭2h。
抗HNF4α一抗以1∶500稀释,4℃孵育过夜,然后
TBST洗膜 4次,每次 15min,再用抗山羊二抗
1∶3300稀释,放室温在摇床上孵育2h,再用 TBST
洗膜4次,每次15min。在暗室中用ECL化学发光
试剂盒进行曝光,洗片后用激光扫描仪测各条带A,
以目的条带比GAPDH的相对A表示结果。
25 酶活性测定 GK活性用酶法分析的方法检
测[8]。原代肝细胞接种在6孔板中,待加入不同浓
度的药物培养24h后,弃去培养液,DHanks漂洗3
遍后,用 PBS清洗细胞单层3次,用含 K2HPO4(20
mmol·L-1),EDTA(1mmol·L-1)、MgCl2(110
mmol·L-1)以及DTT(5mmol·L-1)的预冷缓冲液
收集细胞并超声破碎处理,将处理后液体在4℃以
12000×g离心15min,收集上清。酶活性检测反应
液包括高糖(100mmol·L-1)和低糖(05mmol·
L-1)2组,其组成为:HEPES(50mmol· L-1,pH
74),KCl(100mmol·L-1),MgCl2(74mmol·
L-1),NAD(05mmol·L-1),005% BSA,G6PDH
(3mg·L-1),ATP(5mmol·L-1),βmercatoethanol
(15mmol·L-1)及上述不同浓度葡萄糖。将含 GK
的上清10μL加到200μL反应液中,并于30℃温
育1h,加入2mLNaHCO3(500mmol·L
-1,pH94)
来终止反应。在347nm发射光、448nm激发光下
测定A。每个测量中,以无 ATP的05,100mmol·
L-1葡萄糖时的值作为空白管。GK活性用 100
mmol·L-1葡萄糖浓度时的活性减去 05mmol·
L-1葡萄糖浓度时的活性。蛋白浓度用考马斯亮蓝
试剂盒测定。用以下公式计算GK活性。
GK活性=(高糖A-低糖A)/(蛋白质量×时间)
26 统计方法 所有试验数据均以 珋x±s表示,采
·6012·
第33卷第18期
2008年9月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 18
September,2008
用SPSS130软件,用单因素方差分析进行统计。
3 结果
31 分离得到的肝细胞 小鼠肝细胞大多为圆形
或类圆形,少数为不规则形状,胞浆丰富,其中可见
大量颗粒状内容物,HE染色可见较多单核、双核细
胞及少数三核细胞(图1,2)。
图1 分离纯化的原代肝细胞(×100)
图2 原代肝细胞(HE,×100)
32 对原代肝细胞活力的影响 MTT结果显示,
随着小檗碱浓度的增加,存活率逐渐有所下降,表明
其对原代肝细胞的抑制作用增强。见表1。
表1 不同浓度小檗碱干预原代肝细胞24h后
存活率比较(珋x±s,n=6)
小檗碱/μmol·L-1 A490 存活率/%
0 1984±0114 10000
1 2023±0150 10202
3 1671±03341) 8439
10 1628±02701) 8224
30 1530±02482) 7737
100 1505±01152) 7601
注:与阴性组比较1)P<005,2)P<001(表2,3同)
33 对原代肝细胞HNF4αmRNA及蛋白表达的影
响 与阴性组(0μmol·L-1)相比BFQ,当小檗碱浓
度为1,3μmol·L-1时HNF4αmRNA及蛋白表达无
明显差异;当小檗碱浓度为10,30,100μmol·L-1时,
各组HNF4αmRNA及蛋白表达明显增加,两者都是
在30μmol·L-1时表达最多(P<001)。见表2。
表2 不同浓度小檗碱对原代肝细胞HNF4αmRNA
及蛋白表达水平的影响(A,珋x±s,n=6)
干预组
浓度
/μmol·L-1
HNF4αmRNA HNF4α蛋白
小檗碱 0 021±004 151±034
1 022±008 153±021
3 031±009 205±039
10 033±0121) 255±4672)
30 048±0202) 347±0862)
100 033±0111) 238±0512)
二甲双胍 1000 024±006 160±050
34 小檗碱对GK活性的影响 与0μmol·L-1组
相比,小檗碱能够在一定程度上上调 GK活性的表
达,但只有当其达到10,30μmol·L-1时其活性才
明显增强(P<005)。见表3。
表3 不同浓度小檗碱和二甲双胍对GK活性的影响
组别 浓度/μmol·L-1 GK活性/U·min-1·mg-1
小檗碱 0 0009±0007
1 0028±0017
3 0048±0051
10 0069±00821)
30 0080±00731)
100 0013±0006
二甲双胍 1000 0009±0005
4 讨论
肝细胞核因子家族(HNFs)主要在肝脏中表达,
在胰岛、肾脏和生殖器中也有表达,HNFs构成转录
因子网络控制胚胎发育过程中和成人组织中的基因
表达,而HNF4α是家族中与糖脂代谢密切相关的重
要成员,可以调节多个葡萄糖及脂类代谢基因的表
达。GK是一种已糖激酶,是葡萄糖代谢的关键酶
之一,其特异性存在于成熟肝细胞和胰岛细胞中。
GK活性增强,促进肝脏葡萄糖磷酸化,使肝糖原合
成能力增加,抑制肝糖原异生,从而维持血糖稳定。
小檗碱是黄连的有效成分,中医用黄连治疗消
渴病近2000年,用小檗碱治疗糖尿病20多年,已
经证实小檗碱可以促进肝细胞摄取葡萄糖调节脂质
代谢[56]。那么小檗碱是通过什么环节起到治疗糖
尿病的作用目前尚不清楚。本研究从小檗碱与肝细
胞核因子的关系方面进一步探讨小檗碱治疗糖尿病
的机制,以揭示小檗碱抗糖尿病的重要作用环节。
本实验观察到,不同浓度的小檗碱作用于原代
肝细胞,引起 HNF4αmRNA及 HNF4α蛋白表达发
生变化,其总体趋势一致,即在一定浓度范围内随着
小檗碱浓度的增大HNF4αmRNA及蛋白表达增加,
·7012·
第33卷第18期
2008年9月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 18
September,2008
在30μmol·L-1时达到最大(P<001),当小檗碱
浓度较高时本实验中达到100μmol·L-1,HNF4α
mRNA及蛋白的表达反而下降,可能与其抑制原代
肝细胞的生长有关,这可以提示HNF4α的表达与小
檗碱呈一定的剂量依赖关系。而 HNF4α是肝细胞
内转录因子网络调控中心的关键因子,它通过直接
或间接作用于下游的葡萄糖代谢酶,从而调节肝脏
葡萄糖的代谢,还有人认为HNF4α可控制 GK基因
的表达[9]。本实验中,GK的活性与 HNF4α的表达
趋势一致,并同时在30μmol·L-1时达到最高。即
HNF4α表达最多时 GK的活性最高。两者合二为
一小檗碱可能先作用于 HNF4α,通过 HNF4α的变
化来调节其下游的肝细胞代谢关键酶 GK的活性,
从而达到调节糖代谢的作用。但是由于 HNFs之间
调控网络相互作用机制十分复杂,现在还不能确定
HNF4α表达与GK之间是否存在直接因果关系,这
些机制有待进一步研究。另外本实验可以证实二甲
双胍治疗糖尿病的机制与 HNF4α表达及 GK活性
无明显关系。本实验的不足之处在于尚未检测小檗
碱对下游效应基因LDH活性的影响。
综上所述,小檗碱能够调节 HNF4αmRNA及
蛋白表达,进而调节肝脏葡萄糖激酶的活性,从而
发挥其治疗糖尿病的作用,因此 HNF4α可能为小
檗碱治疗糖尿病的作用环节之一。但是小檗碱如何
调控HNF4α的表达、HNF4α如何调控糖脂代谢相
关激酶的表达以及它们之间的相互作用关系有待进
一步探讨。
[参考文献]
[1] FajansSS,BelGI,PolonskySKMolecularmeshanismsand
clinicalpathophysiologyofmaturityonsetdiabetesoftheyoung[J]
NEnglJMed,2001,345(13):971
[2] KulkarniRN,KahnCRHNFslinkingtheliverandpancreatic
isletsindiabetes[J]Science,2004,303(5662):1311
[3] OdomDT,ZizlspergerN,GordonDB,etalControlofpancre
aticandlivergeneexpressionbyHNFtranscriptionfactors[J]
Science,2004,303(5662):1378
[4] DuncanSA,NavasMA,DufortD,etalRegulationofatran
scriptionfactornetworkrequiredfordiferentiationandmetabolism
[J]Science,1998,281(5377):692
[5] YinJun,HuRenming,ChenMingdao,etalEfectsofberberine
onglucosemetabolisminvitro[J]Metabolism,2002,51(11):
1439
[6] KongW,WeiJ,AbidiP,etalBerberineisanovelcholesterol
loweringdrugworkingthroughauniquemechanismdistinctfrom
statins[J]NatureMedicine,2004,10(12):1344
[7] SeglenPOPreparationofisolatedratlivercels[J]Methods
CelBio,1976,13:29
[8] AalinkeelR,SrinivasanM,KalhanSCAdietaryintervention
(highcarbohydrate)duringtheneonatalperiodcausesisletdys
functioninrats[J]AmJPhysiolEndocrinolMetab,1999,277
(6):1061
[9] HatzisP,KyrmiziI,TalianidisI,etalMitogenactivatedprotein
kinasemediateddisruptionofenhancerpromotercommunication
inhibitshepatocytenuclearfactor4αexpression[J]MolCelBi
ol,2006,26(19):7017
Effectsofberberineonexpressionofhepatocytenuclearfactor4αand
glucokinaseactivityinmouseprimaryhepatocytes
YANZhongqing1,LENGSanhua1,LUFuer1,LUXiaohong2,DONGHui1,GAOZhiqiang1
(1InstituteofIntegrativeTraditional&WesternMedicine,TongjiHospital,TongjiMedicalColege,
HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430030,China;
2HubeiBiocausePharmaceuticalCo,Ltd,Jingmen448000,China)
[Abstract] Objective:Toobservetheexpressionofhepatocytenuclearfactor4α(HNF4α)andtheactivityofkeyenzymeglu
cokinase(GK)inglucosemetabolism,andfurthertoinvestigatethepossiblemechanismofberberineintreatingtype2diabetes
Method:MouseprimaryhepatocyteswereisolatedbyanimprovedsingletwostepperfusionmethodThemurinehepatocyteswerecul
turedandincubatedwithberberine(0,1,3,10,30,100μmol·L-1)and1mmol·L-1metforminfor24hrespectivelyThemR
NAexpressionofHNF4αwerequantifiedbyRTPCRandtheproteinexpressionofHNF4αwerequantifiedbyWesternblotAndthe
activityofGKweredetectedwithenzymekineticsmethodResult:Ascomparedwiththenegativecontrolgroup,atacertainconcen
trationrange,theexpressionofHNF4αmRNAandproteinandtheactivityofGKwerepromotedbyberberineBothofthemreached
·8012·
第33卷第18期
2008年9月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 18
September,2008
thetopattheconcentrationof30μmol·L-1(P<001)Butthemetforminmadenodiferencewiththenegativecontrolgrouponthe
expressionofHNF4αandtheactivityofGKConclusion:Itissuggestedthattheefectsofberberineonimprovingglucosemetabolism
canbemechanicalyassociatedwithitsupregulatingtheHNF4αexpressionandinducingtheactivityofhepaticglucokinase
[Keywords] berberine;hepatocytenuclearfactor;primaryhepatocytes;glucokinase
[责任编辑 古云侠]
[收稿日期] 20071120
[基金项目] 国家自然科学基金(30740053);北京市自然科
学基金 (7062031,7050001,7032013);北京 市科技计划项目
(D0206001043191);国家“973”计划项目(2003CB517104);首都医
科大学基础临床课题(2004JL02,2006JL09);神经病性疾病学教育部
重点实验室2007年课题(200704)
[通讯作者] 王文,Tel:(010)83198881,Email:lzwwang@ya
hoocomcn
莫诺苷抑制 H2O2诱导的神经细胞凋亡
艾厚喜1,王 文1,孙芳玲2,黄文婷2,安 宜2,李 林1
(1首都医科大学 宣武医院 药物研究室 神经变性病学教育部重点实验室,北京 100053;
2北京理工大学 生命科学与技术学院 生物技术系,北京 100081)
[摘要] 目的:研究莫诺苷对氧化应急诱导的神经细胞凋亡的影响。方法:培养的人神经母细胞瘤(SH
SY5Y)神经细胞加入莫诺苷(1,10,100μmol·L-1)预孵育24h,加入H2O2(500μmol·L
-1)作用18h诱导产生氧
化损伤,测定对细胞内超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响;用 Westernblot方法检测 caspase3,caspase9,Bcl2和
Bax的表达。结果:莫诺苷(10,100μmol·L-1)抑制氧化损伤,与模型组相比,SOD活性分别增加了14%(P<
001)和11%(P<005);莫诺苷(1,10,100μmol·L-1)与模型组相比,caspase3的含量分别减少了31%(P<
001),103%(P<0001)和95%(P<0001),caspase9的含量分别减少了71%(P<0001),132%(P<0001)和
37%(P<005),Bcl2分别增加了88%(P<001),121%(P<0001)和60%(P<001),对Bax没有影响。结论:
莫诺苷可通过抗氧化作用抑制H2O2诱导的神经细胞凋亡,具有神经保护作用。
[关键词] 莫诺苷;SHSY5Y细胞系;氧化应激;细胞凋亡
[中图分类号]R2855 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)18210904
脑血管疾病是当前威胁人类健康的三大主要疾
病之一,缺血性脑血管病占脑血管病的80%以上。
在脑缺血早期,自由基损伤、兴奋性神经毒性和反复
细胞膜去极化导致能量衰竭引起级联式瀑布反应,
破坏了“神经血管单元”(neurovascularunit)稳态,
导致神经元细胞凋亡以及微血管、血脑屏障破
坏[1]。脑保护药具有抑制自由基损伤,降低兴奋性
神经毒性,减小脑缺血/再灌注损伤,保护或者修复
神经功能的作用,目前临床应用的脑保护药有动物
实验有效而临床应用无效的问题,从中药、天然药物
中筛选先导化合物,发现具有脑保护作用的新药就
显得非常重要[2]。笔者对33味中药进行了神经保
护作用筛选,发现山茱萸环烯醚萜苷对 D半乳糖致
脑老化痴呆小鼠模型及光化学诱导的脑梗死大鼠模
型均具有改善作用,并能提高隔海马穹隆伞切断拟
Alzheimer病(AD)模型大鼠的学习记忆功能,明显
减少模型鼠内侧隔核区和海马齿状回多形层神经元
的丧失[34]。对山茱萸环烯醚萜苷进一步分离,得
到莫诺苷,已经研究了莫诺苷对正常神经细胞以及
氧化损伤诱导的神经细胞凋亡的影响[56],通过本实
验观察中药有效成分莫诺苷对 H2O2诱导的 SH
SY5Y细胞超氧化物歧化酶(SOD),caspase3,
caspase9,Bcl2,Bax的影响,确定它抑制神经细胞
凋亡的作用及机制,为进一步研究莫诺苷脑保护作
用提供依据。
1 材料
11 药物与试剂 莫诺苷由本室从山茱萸中提取
制备,用 HPLC分析,纯度985%;分别用001mol
·9012·
第33卷第18期
2008年9月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 18
September,2008