丹參噴干粉對缺氧/復氧誘導的心肌細胞損傷的保護作用及其機制

謝 君， 蘆 波， 李建華， 桂明泰， 姚 磊， 周訓杰， 符德玉*

(1.上海中醫藥大學，上海 201203；2.上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院，上海 200437)

早期再灌注治療是治療心肌梗死的有效策略，但再灌注過程可誘發心肌缺血再灌注損傷(Ischemia/Reperfusion injury，I/R)，它涉及復雜的病理生理過程，包括氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡等，最終導致心肌細胞死亡[1-2]。研究發現，心肌細胞凋亡和氧化應激是缺氧/復氧(Hypoxia/Reoxygenation，H/R)極為重要的病理基礎，其過程與GPX1等蛋白的異常活化密切相關[3-4]。

丹參及其活性成分在臨床上被廣泛用于治療心腦血管缺血性疾病，療效顯著，可通過抗氧化、減輕炎癥反應、清除自由基等作用來減輕心肌H/R損傷[5-6]，但是否能通過GPX1通路調控氧化應激及細胞凋亡尚不明確。因此，本實驗探討丹參噴干粉對缺氧/復氧誘導的心肌細胞損傷的保護作用及其機制，以期為相關研究提供參考。

1 材料

1.1 細胞 H9c2心肌細胞、293T人腎上皮細胞(美國 ATCC細胞庫)。

1.2 藥物和試劑 丹參噴干粉(雷氏丹參片，上海雷允上藥業有限公司，批號Z31020192)。CCK8細胞增殖及細胞毒性檢測試劑盒、AnnexinV-FITC/PI細胞凋亡檢測試劑盒、活性氧(ROS)檢測試劑盒、羊抗兔HRP標記二抗、羊抗鼠HRP標記二抗(上海碧云天生物技術有限公司，貨號C0037、C1062L、S0033、A0208、A0216)；胎牛血清(美國Gibco公司，批號16000-044)；DEME培養基(美國HyClone公司，批號SH30243.01)；N-乙酰半胱氨酸(NAC)(美國MCE公司，貨號HY-B0215)；0.25%胰蛋白酶-EDTA消化液(北京索萊寶科技有限公司，貨號T1300-100)；丙二醛(MDA)檢測盒、超氧化物歧化酶(SOD)檢測盒(南京建成生物工程研究所，貨號A003-1、A001-3)；GPX1抗體(北京博奧森生物技術有限公司，貨號bs-3882R)；cleaved caspase3、cleaved PARP(英國Abcam公司，貨號ab2302、ab32064)；GAPDH(美國CST公司，貨號5174)；Trizol(美國Invitrogen公司，貨號1596-026)；SYBR Green PCR試劑盒(美國Thermo Fisher公司，貨號K0223)；逆轉錄試劑盒(美國Fermentas公司，貨號K1622)。

2 方法

2.1 細胞培養與轉染 H9c2細胞采用含10%胎牛血清、1%雙抗(青鏈霉素混合液)的DMEM培養，置于37 ℃、5% CO2培養箱中培養，在顯微鏡下發現為貼壁細胞，當細胞融合度達80%時加入0.25%胰蛋白酶消化，進行細胞傳代培養。使用慢病毒轉染過表達GPX1，插入載體質粒pLVX-Puro及包裝質粒psPAX2、pMD2G轉染293T細胞，48 h后獲得高滴度重組慢病毒。將細胞培養于含oeGPX1慢病毒的DMEM中培養12 h，在新鮮培養基中培養12 h，使用Lipofectamine 2000轉染相應的shRNA。采用Western blot法，檢測轉染效果。

2.2 細胞處理及分組 取對數生長期H9c2細胞，0.25%胰蛋白酶消化，加入含10%胎牛血清的DMEM培養基制備細胞懸液，調整細胞密度為5×104/mL，接種于96孔板(100 μL/孔)，置于37 ℃、5% CO2培養箱中培養24 h，待細胞生長至90%融合度時進行H/R處理。將培養液更換為無血清/無糖DMEM，置于37 ℃、94% N2、1% O2、5% CO2培養箱中缺氧處理5 h，在含10%胎牛血清的DMEM培養基中復氧(5% CO2，95% O2)培養1 h，不同質量濃度(0.1、0.5 μg/mL)丹參噴干粉培養H9c2細胞24 h，以正常條件下培養的細胞作為對照。然后，將H9c2細胞分為對照組、H/R組、H/R+0.1 μg/mL丹參噴干粉組、H/R+0.5 μg/mL丹參噴干粉組、H/R+N-乙酰半胱氨酸組。

2.3 CCK8檢測心肌細胞存活率 將處于對數生長期的H9c2細胞收集離心，重懸后顯微鏡下計數，接種至96孔培養板，每孔3×103個細胞，設置3個復孔，在37 ℃下培養過夜。待細胞貼壁后，不同質量分數(1%、2%、2.5%、5%、10%、20%、50%、0.1%、0.5%)丹參噴干粉處理H9c2細胞，分別在0、24、48、72 h后吸去上清，按1∶10比例混合CCK-8和無血清必需基本培養基，每孔100 μL，加入96孔板中，在37 ℃、5% CO2培養箱中孵育1 h，酶標儀檢測450 nm波長光密度(OD)值，計算細胞存活率，公式為存活率=[(檢測組OD值-空白孔OD值)/(對照組OD值-空白孔OD值)]×100%。

2.4 流式細胞術檢測氧化應激與細胞凋亡 收集細胞，1 000 r/min離心5 min，棄上清，PBS輕輕重懸細胞并計數，取1×105個細胞，1 000 r/min離心5 min，棄上清，加入195 μL Annexin V-FITC結合液輕輕重懸細胞，加入10 μL Annexin V-FITC后混勻，再加入5 μL碘化丙啶(PI)染色液，輕輕混勻，室溫避光孵育15 min，置于冰浴中，以不加AnnexinV-FITC及PI的檢測管作為陰性對照，通過流式細胞儀檢測細胞凋亡情況。

2.5 MDA水平、SOD活性檢測 分別用黃嘌呤氧化酶法、TBA法檢測細胞SOD活性、MDA水平，嚴格按照試劑盒說明操作。

2.6 Western blot檢測相關蛋白表達 H9c2細胞用PBS洗滌2次，加入含蛋白酶、磷酸酶抑制劑的裂解液，在4 ℃下充分裂解，將細胞刮入1.5 mL EP管中，95 ℃以上加熱10 min，12 000 r/min離心10 min，取上清，進行蛋白定量。將配制好的PAGE膠放入電泳槽中，加入適量電泳緩沖液，將樣品加到上樣孔，濃縮膠在80 V下電泳20 min，分離膠在120 V下電泳60 min。將PVDF膜在甲醇中浸泡1～2 min，再孵育于冰冷的電轉緩沖液中5 min，凝膠在冰冷電轉緩沖液中平衡3～5 min，轉膜后用含5%脫脂奶粉室溫封閉1 h，加入一抗GPX1(1∶1 000)、cleaved-caspase3(1∶5 000)、cleaved-PARP(1∶2 000)、GAPDH(1∶2 000)，4 ℃孵育過夜，TBST洗滌3次后，按1∶1 000比例稀釋HRP標記的二抗，在37 ℃下孵育1 h，TBST洗滌3次，每次5 min，配制ECL發光液，取A和B等量混勻，加在膜正面，暗室避光5 min，倒掉顯色液，用紙吸取，在上面蓋上1層平整透明紙，將其放入成像系統中進行掃描。

2.7 RT-qPCR檢測細胞中GPX1 mRNA的表達 使用Trizol試劑采集H9c2細胞總RNA，用cDNA第一鏈合成試劑盒反轉錄成cDNA。使用SYBR Green Mix，進行PCR擴增，程序為95 ℃ 10 s，40個周期，95 ℃ 15 s，60 ℃ 45 s。以GAPDH為內參，GPX1正向引物5′-TCACCCGCTCTTTACCTTC-3′，反向引物5′-AACACCGTCTGGACCTACC-3′；GAPDH正向引物5′-GGAGTCTACTGGCGTCTTCAC-3′，反向引物5′-ATGAGCCCTTCCACGATGC-3′。

3 結果

3.1 H/R處理對H9c2細胞中GPX1表達的影響 圖1A～1B顯示，與對照組比較，H/R組細胞中GPX1的蛋白表達降低(P<0.05)。圖1C顯示，與對照組比較，H/R組細胞中GPX1的mRNA表達降低(P<0.05)。

注：與對照組比較，**P<0.01。

3.2 丹參噴干粉對H/R處理H9c2細胞的增殖和GPX1表達的影響 圖2A顯示，與對照組比較，H/R組H9c2細胞增殖下降(P<0.01)；與H/R組比較，0.1、0.5 μg/mL丹參噴干粉處理后對細胞增殖的抑制作用明顯(P<0.01)，因此選擇這2種質量濃度進行后續實驗。圖2B～2D顯示，與H/R組比較，丹參噴干粉能提高H/R處理H9c2細胞中GPX1表達(P<0.01)，在0.5 μg/mL下效果更強。為探究GPX1的具體作用機制，加入ROS抑制劑NAC，發現與H/R組比較，加入ROS抑制劑后H9c2細胞中GPX1表達增高(P<0.01)，說明GPX1是氧化應激的關鍵。

注：與對照組比較，**P<0.01；與H/R組比較，##P<0.01；與H/R+0.1 μg/mL丹參噴干粉組比較，△△P<0.01；與H/R+0.5 μg/mL丹參噴干粉組比較，●●P<0.01。

3.3 丹參噴干粉對H/R處理H9c2細胞凋亡的影響 圖3顯示，與對照組比較，H/R處理后的H9c2細胞凋亡率上升(P<0.01)，而丹參噴干粉預處理能降低 H/R 誘導的細胞凋亡水平(P<0.01)，并且質量濃度越高，作用效果越強。此外，ROS抑制劑NAC也能降低H/R誘導的細胞凋亡水平(P<0.01)。

注：A為丹參噴干粉對細胞凋亡的影響，B為細胞凋亡統計圖。與對照組比較，**P<0.01；與H/R組比較，##P<0.01；與H/R+0.1 μg/mL丹參噴干粉組比較，△△P<0.01；與H/R+0.5 μg/mL丹參噴干粉組比較，●●P<0.01。

3.4 丹參噴干粉對H/R處理H9c2細胞的ROS水平和抗氧化影響 圖4顯示，與對照組比較，H/R組ROS、MDA水平升高(P<0.01)，而ROS抑制劑NAC及丹參噴干粉能降低ROS水平(P<0.01)。與對照組比較，H/R組SOD水平降低(P<0.01)，而ROS抑制劑NAC及丹參噴干粉能增加SOD水平(P<0.01)。

注：A為丹參噴干粉對ROS的影響，B為ROS計數，C為丹參噴干粉對SOD的影響，D為丹參噴干粉對MDA的影響。與對照組比較，**P<0.01；與H/R組比較，#P<0.05，##P<0.01；與H/R+0.1 μg/mL丹參噴干粉組比較，△△P<0.01；與H/R+0.5 μg/mL丹參噴干粉組比較，●●P<0.01。

3.5 丹參噴干粉以及oeGPX1對H/R誘導H9c2細胞的相關蛋白影響 圖5顯示，與H/R組比較，過表達GPX1后GPX1表達增高(P<0.01)；H/R+oeGPX1+丹參噴干粉組GPX1表達更高(P<0.01)。與H/R組比較，H/R+oeGPX1組cleaved-caspase3、cleaved-PARP表達降低(P<0.01)；H/R+oeGPX1+丹參噴干粉組cleaved-caspase3、cleaved-PARP表達更低(P<0.01)。

注：A為丹參噴干粉及oeGPX1對相關蛋白的影響，B為丹參噴干粉及oeGPX1相關蛋白表達。與對照組比較，**P<0.01；與H/R+oeGPX1組比較，##P<0.01。

3.6 丹參噴干粉對oeGPX1緩解H/R誘導H9c2細胞損傷的影響 圖6顯示，與H/R組比較，H/R+oeGPX1組ROS及細胞凋亡水平降低(P<0.01)；H/R+oeGPX1+丹參噴干粉組降低程度更明顯(P<0.01)。

4 討論

GPX1是參與主要抗氧化分子谷胱甘肽的抗氧化系統中最重要的成分之一，通過降低氧化應激來抑制細胞凋亡[7]。GPX1表達的改變或異常與心血管疾病、神經退行性變、自身免疫性疾病等疾病的病因密切相關[8]。本研究結果顯示，缺氧/復氧刺激使H9c2心肌細胞的GPX1表達降低，氧化應激水平及細胞凋亡率增加；給予丹參噴干粉或ROS抑制劑預處理后，心肌細胞的生長活性增加，凋亡率降低，此外，丹參噴干粉協助oeGPX1來緩解H/R誘導H9c2細胞損傷，表明丹參噴干粉抑制心肌細胞凋亡及抗氧化的作用是通過GPX1實現的。

丹參化合物具有良好的抗氧化、抗炎、抗血栓、心臟保護活性等多種生物活性[9]，因此在臨床是被廣泛用于治療心腦血管疾病。如Zhang等[10]研究證明丹參注射液能夠逆轉氧化應激標志物SOD活性、MDA水平的變化，發揮保護小鼠心肌細胞作用。Ai等[11]研究發現，丹參腹腔注射4周，能夠改善心肌梗死模型大鼠心肌血管受損情況，改善射血分數(EF)和縮短分數(FS)的作用，表明其具有改善心功能的作用。Huang等[12]發現丹參川芎嗪注射液可保護冠狀動脈閉塞和再灌注2 h小鼠心肌缺血/再灌注(I/R)和缺氧/復氧(H/R)損傷，降低MDA水平，增加SOD活性。體外實驗證明，用丹參川芎嗪處理H9c2細胞后，細胞凋亡受到抑制，caspase-3表達降低，Bcl-2/Bax比值升高。

多項研究證明細胞凋亡參與心肌缺血再灌注過程，抑制細胞凋亡成為治療心肌缺血再灌注手段之一。而氧化應激是H/R誘導的細胞凋亡[13]的重要機制。H/R誘導的氧化應激的主要機制是通過細胞內大量ROS的積累，破壞細胞內氧化和抗氧化活性之間的平衡。ROS的積累損傷膜上的磷脂和脂蛋白，導致脂質過氧化，進而通過傳遞鏈反應[14]損傷DNA。細胞內氧化應激可導致氧化損傷，促進細胞凋亡。本研究結果顯示，H/R刺激后H9c2 心肌細胞凋亡率增加，丹參噴干粉及ROS抑制劑的預處理能降低心肌細胞凋亡率。此外，過表達GPX1及丹參噴干粉處理能夠降低凋亡相關蛋白cleaved-caspase3、cleaved-PARP表達，這表明了丹參噴干粉對H/R誘導的心肌細胞的保護作用是通過調控關鍵基因GPX1實現的。

心肌缺血再灌注加速氧化代謝并產生ROS，導致細胞退化[15]。本研究發現，H/R誘導的H9c2細胞ROS水平升高，伴隨SOD活性降低。抗氧化劑通過誘導參與細胞保護的基因表達來清除ROS，活性氧自由基的產生需要SOD的誘導并伴隨GPX1的增加，這與本研究結果一致。有報道，高同型半胱氨酸血癥可降低GPX1表達[16]，這是心血管疾病的危險因素。因此，疾病特異性基因的改變可能導致心血管疾病發生，GPX1的上調可能有助于減緩疾病的進程。

GPX1在氧化應激中發揮著雙重作用。本實驗證明了GPX1在氧化應激反應下對心肌細胞起保護作用。然而，GPX1敲除小鼠更容易受到嚴重的急性氧化應激，而過表達GPX1則更容易獲得額外的保護作用[17]。異常情況下，GPX1的過量導致細胞缺乏必要的氧化劑，因而產生有害影響[18-19]，這會導致以缺乏氧化劑和/或過量還原劑為特征的還原應激[20-21]。因此，未來仍需要更多的研究來進一步研究GPX1在氧化還原反應中的復雜調控以及其在相關疾病中的潛在應用。