銀杏葉提取物對慢性間歇性低氧大鼠胰島β細胞氧化應激的影響及機制探討

李無雙，周燕，周璇

(1桂林醫學院，廣西桂林541001；2桂林醫學院附屬醫院)

銀杏葉提取物對慢性間歇性低氧大鼠胰島β細胞氧化應激的影響及機制探討

李無雙1，周燕2，周璇1

(1桂林醫學院，廣西桂林541001；2桂林醫學院附屬醫院)

目的 探討銀杏葉提取物(EGB)對慢性間歇性低氧(CIH)大鼠胰島β細胞氧化應激反應的影響及其機制。方法 取10只SD大鼠置于低壓氧艙內模擬間歇性低氧條件制備CIH模型，另取10只大鼠在常氧條件下飼養。于造模12周結束后，提取CIH模型大鼠及常氧飼養大鼠的原代胰島β細胞，將常氧飼養大鼠的原代胰島β細胞作為常氧對照組，將CIH模型大鼠的原代胰島β細胞分為CIH模型組、抗核因子2相關因子(Nrf2)抗體組、Nrf2激活劑組、EGB低劑量組、EGB中劑量組、EGB高劑量組。常氧對照組、CIH模型組用普通DMEM培養基培養，抗Nrf2抗體組加入終濃度為20 μg/mL的Nrf2抗體，Nrf2激活劑組加入終濃度為20 μmol/L 的Nrf2激活劑萊菔硫烷，EGB低、中、高劑量組分別加入EGB 5、10、20 mg/mL。各組均干預24 h后，取各組細胞，檢測細胞中氧自由基(ROS)含量、細胞上清液中丙二醛(MDA)及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)水平。采用Western blotting法檢測Nrf2-抗氧化反應元件(ARE)信號通路相關蛋白Nrf2及下游抗氧化酶靶蛋白血紅素加氧酶-1(HO-1)、醌氧化還原酶(NQO1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)的表達。結果 與常氧對照組對比，CIH模型組MDA及ROS均升高，GSH-Px降低(P均<0.01)。與CIH模型組比較，抗Nrf2抗體組MDA及ROS均升高，GSH-Px降低(P<0.05或0.01)；Nrf2激活劑組、EGB中劑量組、EGB高劑量組MDA及ROS均降低，GSH-Px均升高(P<0.05或0.01)。EGB高劑量組MDA及ROS均低于EGB低劑量組，GSH-Px高于EGB低劑量組(P<0.01或0.05)。與常氧對照組對比，CIH模型組Nrf2升高，HO-1、NQO1、γ-GCS均降低(P均<0.01)。與CIH模型組比較，抗Nrf2抗體組HO-1、NQO1均降低(P均<0.01)；Nrf2激活劑組、EGB中劑量組、EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS均升高(P<0.05或P<0.01)。EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS均高于EGB中劑量組(P<0.05或0.01)。結論 EGB可減輕CIH導致的胰島β細胞氧化應激反應水平，其機制可能與激活Nrf2-ARE信號通路有關。

慢性間歇性低氧；胰島β細胞；銀杏葉提取物；氧化應激；核因子2相關因子;阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征

慢性間歇性低氧(CIH)及由此導致的氧化應激反應是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(OSAS)最主要的病理生理特征。研究發現，CIH所致的氧化應激反應在機體損傷過程中起關鍵作用[1]。本課題組前期研究表明，OSAS可導致高胰島素血癥、胰島素抵抗和胰島功能受損，OSAS引起的氧化應激損傷是導致胰島細胞毒性作用的重要原因，加重胰島β細胞的損傷[2]。研究發現，CIH導致的氧化應激可以引起胰島β細胞功能降低，并與氧化應激水平呈正相關[3]。對于OSAS的治療，抗氧化劑可以成為一個有效的輔助療法[4]。銀杏葉提取物(EGB)是從銀杏葉中提取的活性物質，主要成分為黃酮苷及銀杏內酯，具有強抗氧化作用和清除自由基活性[5,6]。核因子E2相關因子(Nrf2)信號通路是迄今為止發現的最重要的內源性抗氧化應激通路，參與細胞氧化應激等多種防御機制，在機體氧化應激反應早期起重要保護作用。研究[7]發現，應用抗氧化劑可以延緩胰島β細胞凋亡的進程。2014年9月～ 2016年7月，我們通過建立CIH模型來模擬OSAS的病理過程[8]，探討EGB經Nrf2信號通路對CIH大鼠模型胰島β細胞氧化應激的作用，為治療OSAS及其并發癥提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 動物、材料及儀器 健康8周齡雄性SD大鼠20只，SPF級，體質量(180±20)g，由桂林醫學院實驗動物中心提供。Nrf2、血紅素加氧酶-1(HO-1)、醌氧化還原酶(NQO1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)單克隆抗體(美國Abcam公司)；大鼠β-actin(北京中杉金橋生物技術有限公司)；丙二醛(MDA)檢測試劑盒(南京建成生物研究所有限公司)；谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)檢測試劑盒(碧云天生物技術有限公司)；氧自由基(ROS)測定試劑盒(碧云天生物技術有限公司)；BCA蛋白濃度測定試劑盒(碧云天生物技術有限公司)；EGB761(金納多，德國Schwabe制藥集團)。間歇性低氧動物艙由南京新飛分析儀器有限公司提供(型號：JXOC-12型)；紫外分光光度計(UV-2401PC，日本島精公司)；MLDEL680酶標儀(美國Bio-RAD公司)；EPS 301型SDS-PAGE電泳儀(Amersham Pharmacia Biotech公司)；JS-780全自動數碼凝膠成像分析系統(培清科技公司)。

1.2 CIH模型制備方法 SD大鼠適應性喂養1周后，取10只用于制備CIH模型。置于低壓氧艙內模擬間歇性低氧，向艙內循環通入氮氣和氧氣，每一次循環時間120 s(即30 s充入氮氣，保持60 s，隨之10 s充入氧氣，保持20 s);調節氣體流量，使每一循環艙內最低氧濃度達4%～6%，然后逐漸恢復至21%左右，每天8 h；其余時間置飼養籠，在室溫、空氣條件下正常飲食，造模時間為12周。其余10只SD大鼠在常氧條件下飼養，每日同時置于相同規格的有機玻璃艙內，輸入空氣，無缺氧。

1.3 大鼠原代胰島β細胞提取 于造模12周結束后，提取CIH模型大鼠及常氧飼養大鼠的原代胰島β細胞。在無菌操作下暴露大鼠胰膽管，于近肝門段和入十二指腸開口處結扎，將膠原酶Ⅴ經膽管逆行向大鼠胰腺注入，取出膨大的胰腺;參考Lambert分離方法提取原代胰島β細胞，Ficoll密度梯度離心法純化胰島β細胞，得到純度約為85%的胰島β細胞。顯微鏡下見胰島β細胞呈圓形或橢圓形，形態完整，有折光性，雙硫腙(DTZ)染色后胰島β細胞呈猩紅色，表明胰島β細胞提取成功。

1.4 細胞分組與干預處理 將提取成功的常氧飼養大鼠原代胰島β細胞作為常氧對照組，將CIH模型大鼠的原代胰島β細胞分為CIH模型組、抗Nrf2抗體組、Nrf2激活劑組、EGB低劑量組、EGB中劑量組、EGB高劑量組。常氧對照組用含15%胎牛血清的DMEM，CIH模型組使用普通培養基相同條件培養，抗Nrf2抗體組加入終濃度為20 μg/mL的Nrf2抗體，Nrf2激活劑組加入終濃度為20 μmol/L 的Nrf2激活劑萊菔硫烷(SFP)，EGB低、中、高劑量組分別加入EGB 5、10、20 mg/mL。于5%CO2、37 ℃恒溫培養箱培養，各組均干預24 h。

1.5 氧化應激相關指標檢測 取各組細胞，采用Fenton反應及Gress顯色法檢測細胞中的ROS，硫代巴比妥酸法測定細胞上清液中的MDA，比色法檢測細胞上清液中的GSH-Px，嚴格按試劑盒說明書進行操作。

1.6 Nrf2-抗氧化反應元件(ARE)信號通路蛋白及下游抗氧化酶靶蛋白檢測 采用Western blotting法檢測Nrf2-ARE信號通路相關蛋白Nrf2及下游抗氧化酶靶蛋白HO-1、NQO1、 γ-GCS的表達。用PBS將貼壁細胞吹打下來，與收集到的細胞培養液混勻，離心棄上清。冰上裂解細胞，轉移至EP管，加1×Buffer煮8 min使蛋白變性。BCA蛋白濃度測定試劑盒測定總蛋白濃度，根據標本蛋白濃度計算上樣量，使每孔蛋白上樣量一致；行SDS-PAGE凝膠電泳，將蛋白轉移至PVDF膜上；用5%的脫脂奶粉封閉后，分別加入抗Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS、β-actin抗體，過夜孵育；洗膜后加入二抗室溫孵育2 h；TBST充分洗滌后，定影、顯影，X線膠片曝光記錄影像；凝膠成像分析系統分析膠片。各目的蛋白表達水平用目的蛋白條帶光密度值與內參β-actin 條帶光密度值之比表示。

2 結果

2.1 各組氧化應激相關指標比較 與常氧對照組對比，CIH模型組MDA及ROS均升高，GSH-Px降低(P均<0.01)。與CIH模型組比較，抗Nrf2抗體組MDA及ROS均升高，GSH-Px降低(P<0.05或P<0.01)；Nrf2激活劑組、EGB中劑量組、EGB高劑量組MDA及ROS均降低，GSH-Px升高(P<0.05或P<0.01)。EGB高劑量組MDA及ROS均低于EGB低劑量組，GSH-Px高于EGB低劑量組(P<0.05或P<0.01)。見表1。

表1 各組ROS、MDA、GSH-Px水平比較

注：與常氧對照組比較，*P<0.01；與CIH模型組比較，﹟P<0.01，△P<0.05；與EGB低劑量組比較，▲P<0.01。

2.2 各組細胞中Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS蛋白表達比較 與常氧對照組對比，CIH模型組Nrf2升高，HO-1、NQO1、 γ-GCS均降低(P均<0.01)。與CIH模型組比較，抗Nrf2抗體組HO-1、NQO1均降低(P均<0.01)；Nrf2激活劑組、EGB中劑量組、EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS均升高(P<0.05或P<0.01)。EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS均高于EGB中劑量組(P<0.05或P<0.01)。見表2、圖1。

表2 各組細胞中Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS蛋白表達比較±s)

注：與常氧對照組比較，*P<0.01；與CIH模型組比較，﹟P<0.01，△P<0.05；與EGB低劑量組比較，▲P<0.01。

圖1 各組細胞中Nrf2、HO-1、NQO1、γ-GCS蛋白表達情況(Western blotting法)

3 討論

OSAS特征性的表現為睡眠狀態時反復出現的低氧血癥、高碳酸血癥及睡眠結構紊亂，可引起組織器官缺血、缺氧，繼而導致多器官系統功能不全或障礙[9]。OSAS是一種氧化應激性疾病，而氧化應激的發生與CIH有著直接的關聯[10]。胰島組織中抗氧化酶含量在所有組織中是最低的，對氧化應激也最為敏感；與機體其他細胞相比，胰島β細胞更易受到氧化應激損傷產生凋亡。氧化應激可使胰島β細胞對ROS反應性增高，體內產生的ROS進一步增多。研究[11]發現，OSAS與2型糖尿病(T2DM)關系密切，OSAS與糖耐量、胰島素抵抗獨立相關，是糖尿病患者血糖紊亂的獨立危險因素；并且,OSAS患者中普遍存在胰島素抵抗狀態，與病情嚴重程度相關。而胰島素抵抗與胰島β細胞功能缺陷是T2DM發病機制的兩個要素，OSAS導致胰島β細胞功能受損的具體機制未見文獻報道。

氧化應激可導致抗氧化類物質增多，打破體內氧化和抗氧化平衡，引起組織和細胞內ROS增多，造成ROS在細胞內的毒性作用，形成脂質過氧化及DNA損害。MDA由體內ROS氧化胞膜上不飽和脂肪酸而形成，可間接反映脂質過氧化水平。GSH-Px是體內廣泛存在的重要的過氧化物分解酶，可阻斷脂質過氧化鏈鎖反應，保護細胞膜免受過氧化損害，是衡量機體抗氧化能力的重要指標。ROS、MDA、GSH-Px可反映機體氧化應激及抗氧化系統的程度。本研究發現，與常氧對照組對比，CIH模型組MDA及ROS均升高，GSH-Px降低。提示CIH模型大鼠胰島β細胞中出現氧化活性物質的堆積、脂質過氧化及抗氧化系統水平減弱，出現氧化系統及抗氧化系統失衡，導致氧化應激反應的發生。這表明CIH模型大鼠胰島β細胞中氧化應激水平升高，從而可導致胰島β細胞的氧化損傷。

Nrf2信號通路由轉錄因子Nrf2、調控蛋白Keap1以及ARE組成。Nrf2是細胞氧化后應激反應中的關鍵因子，通過與ARE相互作用，調節下游靶基因及其產物，對于維持體內抗氧化物及過氧化物的平衡有重要作用，是機體各類細胞參與抗氧化損傷的關鍵轉錄因子[12]。本研究發現，與CIH模型組比較，抗Nrf2抗體組MDA及ROS均升高、GSH-Px降低，而Nrf2激活劑組MDA及ROS均降低、GSH-Px升高。這提示激活Nrf2信號通路能夠改善CIH模型大鼠胰島β細胞的氧化應激水平，表明發生CIH時胰島β細胞氧化應激損傷的發生與Nrf2信號通路有關。

Nrf2-ARE信號通路的主要抗氧化蛋白和酶類可分為HO-1、NQO1及γ-GCS。其中，HO-1參與氧化反應，轉錄表達后為重要的抗氧化細胞保護蛋白[13]；NQO1參與調節細胞內氧化還原狀態；γ-GCS可增強機體的抗氧化應激能力。氧化應激發生時，過量的ROS能激活Nrf2-ARE信號通路，調控下游抗氧化酶的靶基因蛋白表達[14]，減少ROS的產生，減輕氧化應激對機體的損傷。本研究發現，與常氧對照組對比，CIH模型組Nrf2升高，HO-1、NQO1、γ-GCS均降低，這表明CIH導致的氧化應激能激活抗氧化應激因子Nrf2的表達，且氧化應激消耗信號通路下游抗氧化蛋白HO-1、NQO1、γ-GCS。

EGB是從銀杏葉中提取的活性物質，具有顯著的抗氧化作用和清除自由基活性能力[5,6]。EGB可阻止脂質過氧化，清除超氧陰離子及清除氧自由基，上調谷胱甘肽水平。EGB在胰島β細胞內也表現出類似其他組織的抗氧化活性作用，具有改善胰島微環境、保護胰島β細胞的作用，其機制與減少氧化應激的來源有關。本研究發現，與CIH模型組相比，EGB中劑量組、EGB高劑量組MDA及ROS均降低，GSH-Px升高，提示EGB可以增加抗氧化能力，減輕氧化應激反應，具有抗氧化作用；EGB高劑量組MDA及ROS均低于EGB低劑量組，GSH-Px高于EGB低劑量組，提示EGB改善CIH模型大鼠氧化應激水平的作用與劑量有關，劑量較高時其改善作用更明顯；EGB中劑量組、EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、 γ-GCS均升高，且EGB高劑量組Nrf2、HO-1、NQO1、γ-GCS均高于EGB中劑量組。這些均提示EGB降低CIH模型大鼠的氧化應激水平的作用與激活Nrf2信號通路、調節通路下游抗氧化蛋白的水平有關，且劑量較高時作用更明顯，從而減輕胰島β細胞的氧化應激損傷，對胰島β細胞發揮保護作用。

綜上所述，CIH時可導致胰島β細胞氧化應激反應的發生，而EGB可減輕氧化應激水平，其機制可能與激活Nrf2-ARE信號通路有關，可作為治療OSAS及其并發癥的潛在靶點。

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Effects of ginkgo biloba extracts on oxidative stress of islet β-cells in chronic intermittent hypoxic rats

LIWushuang1,ZHOUYan,ZHOUXuan

( 1GuilinMedicalUniversity,Guilin541001,China)

Objective To investigate the effects of ginkgo biloba extracts (EGB) on oxidative stress of islet β-cells in rats with chronic intermittent hypoxia (CIH) and its mechanism.Methods Ten SD rats were placed in hypoxia chamber to simulate intermittent hypoxia to prepare CIH models, and the other 10 rats were fed under normoxic conditions. At the end of 12 weeks, the primary islet β-cells from CIH model rats and normoxic rats were extracted. The primary islet cells of the normoxic rats were used as the normoxic control group; the primary islet cells of CIH model rats were divided into the CIH model group, anti-Nrf2 antibody group, Nrf2 activator group, low-dose EGB group, medium-dose EGB group, and high-dose EGB group. Rats in the oxygen control group and CIH model group were cultured in DMEM medium; Nrf2 antibody was added to the Nrf2 antibody group; Nrf2 activator sulforaphane with final concentration of 20 μg/mL was added to the Nrf2 activator group; 5, 10, and 20 mg/mL EGB were added to the low-dose EGB group, medium-dose EGB group, and high-dose EGB group, respectively. The cells were taken from rats in each group after 24-hour intervention. The content of reactive oxygen species (ROS), the content of malondialdehyde (MDA) and glutathione peroxidase (GSH-Px) in the supernatant was measured. The expression levels of Nrf2-ARE signal pathway related protein Nrf2 and downstream antioxidant enzyme-target protein HO-1, NQO1 and γ-GCS were detected by Western blotting.Results Compared with the normoxic control group, MDA and ROS increased and GSH-Px decreased in the CIH model group (allP<0.01). Compared with the CIH model group, MDA and ROS increased and GSH-Px decreased in anti-Nrf2 antibody group (P<0.01 orP<0.05). In the Nrf2 activator group, medium-dose EGB group, and high-dose EGB group, MDA and ROS were reduced, and GSH-Px increased (P<0.01 orP<0.05). MDA and ROS were lower and GSH-Px was higher in the high-dose EGB group than in the low-dose EGB group (P<0.01 orP<0.05). Compared with the normoxic control group, the level of Nrf2 increased, and HO-1, NQO1 and γ-GCS decreased in the CIH model group (allP<0.01). Compared with the CIH model group, HO-1 and NQO1 decreased in the anti-Nrf2 antibody group (bothP<0.01). In the Nrf2 activator group, medium-dose EGB group, and high-dose EGB group, Nrf2, HO-1, NQO1, and γ-GCS increased (P<0.01 orP<0.05). The levels of Nrf2, HO-1, NQO1, and γ-GCS in the high-dose EGB group were higher than those of the medium-dose EGB group (P<0.01 orP<0.05).Conclusion EGB can reduce the level of oxidative stress in islet cells caused by CIH, and its mechanism may be related to the activation of Nrf2-ARE signaling pathway.

chronic intermittent hypoxia; islet β-cells; oxidative stress; ginkgo biloba extract; nuclear factor 2 related factor; obstructive sleep apnea syndrome

國家自然科學基金資助項目(81460019)。

李無雙(1990-)，女，碩士研究生，住院醫師，主要研究方向為睡眠呼吸疾病。E-mail: 1009964826@qq.com

周燕(1972-)，女，碩士研究生，主任醫師，主要研究方向為睡眠呼吸疾病。E-mail: 180876118@qq.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.30.002

R852.11；R322.5

A

1002-266X(2017)30-0005-05

2017-02-12)