川陳皮素抑制Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞氧化應激與凋亡作用

于晴 劉煜敏

(1深圳市龍華區中心醫院重癥醫學科，廣東 深圳 518000；2武漢大學附屬中南醫院神經內科)

阿爾茨海默病(AD)為記憶、認知功能障礙為主要特征的中樞神經系統退行性疾病，老年斑沉積、神經原纖維纏結及神經元大量丟失是其主要病理特點〔1〕。全球每年用于AD的治療費用高達數千億美元，給社會和家庭帶來沉重負擔〔2〕。目前臨床治療AD的藥物主要有抗氧化劑、雌激素、降脂藥、腦代謝改善藥、非甾體抗炎藥、鈣離子拮抗劑及膽堿酯酶抑制劑等，但這些藥物副作用多、價格昂貴、靶點單一且治療效果難以令人滿意〔3〕。因此，開發低毒副作用、價格低廉、多靶點且療效好的AD治療藥物具有重要意義。

川陳皮素為多甲氧基黃酮類化合物，是陳皮的有效成分之一，具有降血糖、抗心血管疾病、抗腫瘤、抗氧化、抗炎等多方面藥理作用〔4〕。近年來，川陳皮素對神經退行性疾病的治療也逐漸引起了研究人員的關注〔5〕。研究發現〔6〕，川陳皮素能夠通過減少半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-12蛋白表達，上調海馬CA1區γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCS)、血紅素氧合酶(HO)-1表達，增強抑制凋亡和抗氧化應激作用而改善糖尿病大鼠的學習、記憶能力。川陳皮素也可以上調腦啡肽酶表達及降低腦組織β淀粉樣蛋白(Aβ)水平，進而改善AD引起的學習、記憶障礙〔7〕。在轉基因AD小鼠模型中，川陳皮素治療有助于降低海馬組織Aβ含量及纖維纏結〔8〕。但迄今為止，川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷的保護作用未見報道，故本研究采用川陳皮素干預Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷模型，探討其保護作用及潛在機制，為進一步開發AD的新治療方法提供依據。

1 材料與方法

1.1藥物與試劑 川陳皮素(成都普瑞法公司)，純度≥95.0%。Aβ25～35(美國Sigma公司)，純度≥98.0%；Aβ25～35溶解于無菌蒸餾水中配成1 mmol/L儲備液，在37℃下放置7 d使其老化，保存于-20℃冰箱內備用。四甲基噻唑藍(MTT)測定試劑盒(杭州聯科美訊生物公司)；乳酸脫氫酶(LDH)、谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)及丙二醛(MDA)測定試劑盒(泉州睿信生物公司)；TRIzol及qPCR測定試劑盒(日本Takara公司)；膜聯蛋白V-異硫氰基熒光素/碘化丙啶(Annexin V-FITC/PI)檢測試劑盒(美國BD公司)；蛋白激酶B(Akt)、磷酸化Akt(p-Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)及磷酸化mTOR(p-mTOR)多克隆抗體(美國Abcam公司)。

1.2細胞株 人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞(美國ATCC生物標準品資源中心)。

1.3儀器 DMILHC倒置相差顯微鏡，德國徠卡公司；QuantStudio 3實時定量qPCR系統，美國賽默飛公司；MuttiSkan Mk3酶標儀，芬蘭Labsystem公司；Canpo-2流式細胞儀，美國BD公司；小型迷你伯樂電泳儀，美國Bio-Rad公司。

1.4MTT法測定細胞存活率 在飽和濕度、5% CO2及37℃條件下用含10%胎牛血清的DMEM培養液培養SH-SY5Y細胞至對數生長期，消化離心后計數，并用DMEM完全培養液調整細胞密度為5×105個/ml。設正常對照組、Aβ25～35損傷組及川陳皮素25、50、100 μmol/L組，培養2 h后，Aβ25～35損傷組及川陳皮素25、50、100 μmol/L組均加入終濃度為25 μmol/L的Aβ25～35，繼續培養24 h，通過MTT法測定562 nm處吸光度(OD)值，計算細胞存活率。

1.5氧化應激水平及抗氧化能力測定 SH-SY5Y細胞培養至對數生長期，接種于6孔培養板中，2×105個/孔。分組及處理方法同“1.4”，4 000 r/min離心10 min，取上清液，按試劑盒說明書檢測SH-SY5Y細胞培養上清液中的LDH活性。各組細胞加100 μl裂解液后，在冰上充分裂解30 min，4 000 r/min離心10 min，吸取上清液，按試劑盒說明書分別測定SH-SY5Y細胞GSH-Px、CAT活性及MDA含量。

1.6流式細胞法測定凋亡率 收集各組細胞，經磷酸鹽緩沖液(PBS)重懸細胞，在避光、室溫下先加入Annexin V-FITC，孵育10 min；同樣條件下，再加入PI，繼續孵育5 min，用流式細胞儀檢測各組細胞凋亡率。

1.7實時定量qPCR法測定mRNA表達 收集各組細胞，TRIzol法提取總RNA，并逆轉錄為cDNA。根據Primer Bank公布的基因序列設計qPCR所需引物，Bcl-2：上游5'-GGGAGAACAGGGTACGATAA-3'，下游5'-CCACCGAACTCAAAGAAGG-3'；Bax：上游5'-TGTCCCGAAGGAGGTTTATT-3'，下游5'-TGT CCCGAAGGAGGTTTATT-3'；β-actin：上游5'-TGAACACGGCATTGTCACCAACTGG-3'，下游5'-ACTTGCGCTCAGGAGGAGCAATGAT-3'。常規方法進行qPCR，根據實時定量qPCR擴增曲線，按照2-△△Ct法計算目的基因相對表達量。

1.8Western印跡法測定蛋白表達 收集各組細胞，分別加100 μl裂解液后，在冰上充分裂解30 min，4 000 r/min離心10 min，吸取上清液，二喹啉甲酸(BCA)法測定總蛋白濃度。吸取上清液10 μl，經聚丙烯酰胺凝膠電泳分離目的蛋白，轉至聚偏氟乙烯(PVDF)膜上，在含5%脫脂奶粉的封閉液中封閉1 h。用PBS沖洗，分別加入Akt、p-Akt、mTOR和p-mTOR多克隆抗體，室溫下放置2 h。再用PBS沖洗，加入二抗，室溫下繼續放置1 h，顯色。采用凝膠圖像處理系統，觀測目的蛋白Akt、p-Akt、mTOR和p-mTOR的光密度值。

1.9統計學分析 采用SPSS16.0軟件進行t檢驗、單因素方差分析。

2 結 果

2.1川陳皮素保護Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷 與正常對照組比較，Aβ25～35損傷組細胞存活率顯著降低(P<0.05)；與Aβ25～35損傷組比較，川陳皮素各濃度處理組細胞存活率顯著增加(P<0.05)。與正常對照組比較，Aβ25～35損傷組SH-SY5Y細胞培養上清液中LDH活性顯著增加(P<0.05)；與Aβ25～35損傷組比較，川陳皮素各濃度處理組LDH活性顯著降低(P<0.05)，見表1。

表1 各組細胞存活率、LDH、GSH-Px、CAT、MDA水平比較

2.2川陳皮素減少Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞凋亡 與正常對照組〔(5.49±0.68)%〕比較，Aβ25～35損傷組SH-SY5Y細胞凋亡率〔(30.71±3.09)%〕顯著增加(P<0.05)；川陳皮素25、50、100 μmol/L組〔(25.63±2.03)%、(14.88±1.81)%、(11.20±1.24)%〕與Aβ25～35損傷組比較顯著降低(P<0.05)，見圖1。

2.3川陳皮素降低Aβ25-35誘導的SH-SY5Y細胞氧化應激水平 與正常對照組比較，Aβ25～35損傷組SH-SY5Y細胞GSH-Px、CAT活性明顯降低，而MDA含量顯著增加(P<0.05)；與Aβ25～35損傷組比較，川陳皮素各濃度處理組SH-SY5Y細胞GSH-Px、CAT活性均呈不同程度增加，而MDA含量顯著降低，差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。

2.4川陳皮素調控Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞凋亡相關基因的表達 與正常對照組比較，Aβ25～35損傷組Bcl-2 mRNA表達及Bcl-2/Bax值明顯降低(P<0.05)，而Bax mRNA表達顯著增加(P<0.05)；給予不同濃度川陳皮素處理后，與Aβ25～35損傷組比較，SH-SY5Y細胞Bcl-2 mRNA表達及Bcl-2/Bax值顯著增加(P<0.05)，而Bax mRNA表達明顯降低(P<0.05)，見表2。

表2 川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞Bcl-2、Bax mRNA表達及Bcl-2/Bax值的影響

2.5川陳皮素激活Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞Akt/mTOR通路 與正常對照組比較，Aβ25～35損傷組SH-SY5Y細胞p-Akt及p-mTOR蛋白表達明顯降低(P<0.05)；不同濃度川陳皮素處理后，與Aβ25-35損傷組比較，SH-SY5Y細胞p-Akt及p-mTOR蛋白表達顯著增加(P<0.05)，見圖2，表3。

1～5：正常對照組、Aβ25～35損傷組、25 μmol/L川陳皮素組、50 μmol/L川陳皮素組、100 μmol/L川陳皮素組圖2 川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞Akt/mTOR通路的影響

表3 川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞Akt/mTOR通路的影響

3 討 論

Aβ是由β淀粉樣蛋白前體蛋白(β-APP)的異常代謝而生成的具有β折疊結構的淀粉樣肽段，可以在神經元外聚集成Aβ寡聚體〔9〕。Aβ寡聚體可以直接破壞離子通道進入胞內發生聚集，也可以與細胞膜表面的多種受體結合激活胞內信號通路，使細胞發生脂質過氧化、升高活性氧、線粒體功能紊亂等損傷，誘導細胞凋亡〔10〕。Aβ25～35為人工合成的Aβ活性片段，具有與Aβ1～42相似的生物學活性，常用于建立AD的體外與體內模型〔11〕。本研究結果提示川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷具有保護作用。

在眾多的AD發病機制中，氧化應激機制受到越來越多的關注。抗氧化系統功能紊亂和自由基水平升高可能導致腦神經細胞損傷，進而形成AD的病理變化〔12〕。Aβ可以介導神經細胞中活性氧簇(ROS)大量生成，如不能及時清除，ROS會攻擊神經細胞膜，損害神經細胞的基本結構并造成細胞的凋亡或死亡〔13〕。抗氧化物可以阻止或消除ROS生成，緩解神經細胞退化，如具有清除自由基作用的褪黑激素，可以顯著抑制膠質細胞的異常活化和Aβ的沉積，進而改善AD模型小鼠學習、記憶能力〔14〕。本研究結果表明川陳皮素保護Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷作用與降低氧化應激水平有關。

神經元凋亡是AD的病理特征之一，主要表現為神經元數量的顯著減少；Aβ對神經元具有強烈的毒性，能夠導致神經元凋亡〔15〕。本研究結果提示川陳皮素具有抗Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞凋亡作用。神經元凋亡過程受到胞內的同源異二聚體蛋白Bax和Bcl-2調控，前者促進細胞凋亡，后者抗細胞凋亡，二者的比例決定細胞的凋亡進程〔16〕。研究發現〔17〕，人參總蛋白可抑制Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞釋放細胞色素C，上調Bcl-2表達，下調Bax表達。本研究結果進一步表明川陳皮素保護Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷作用與抗凋亡作用有關。

Akt/mTOR通路是一條重要的細胞存活信號通路，參與神經細胞增殖與凋亡過程〔18〕。Akt是原癌基因c-Akt的表達產物，處于這一通路的中心環節，其激活受PI3K調控，是神經元存活、突觸間信息傳遞、突觸結構形成、軸突及樹突形成、神經和血管新生所必需〔19〕。當細胞發生氧化損傷時，活化的Akt可以保護神經細胞免受Aβ蛋白等氧化性毒物誘導的細胞凋亡，對細胞存活至關重要〔20〕。mTOR可以由Akt直接活化，在神經細胞的代謝、生長及凋亡中同樣扮演重要的角色〔21〕。本研究結果提示川陳皮素保護Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷作用與活化Akt/mTOR通路有關。

綜上，川陳皮素對Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞損傷具有保護作用，該保護作用與調控Akt/mTOR通路抑制Aβ25～35誘導的SH-SY5Y細胞氧化應激及凋亡有關，但具體機制還有待于深入研究。