富馬酸二甲酯對過氧化氫誘導(dǎo)心臟微血管內(nèi)皮細胞鐵死亡的影響

王賽 高靜

勝利油田中心醫(yī)院心內(nèi)科（山東東營 257000）

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是最常見的心律失常之一，多見于器質(zhì)性心臟病或其他器質(zhì)性疾病患者［1］。AF 引起的血栓栓塞并發(fā)癥（尤其是腦栓塞）是AF 患者致死、致殘的最主要原因之一［1］。近年來隨著對AF 的生理及病理研究的深入，發(fā)現(xiàn)AF 患者存在內(nèi)皮細胞功能障礙，且與AF的預(yù)后相關(guān)［2］。過氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞損傷已被證實在AF 中發(fā)揮重要作用，保護內(nèi)皮細胞損傷可作為AF 治療的潛在干預(yù)措施，因此揭示AF 患者內(nèi)皮細胞損傷的具體機制、尋找有效的改善藥物具有重要臨床意義。

目前國內(nèi)外對AF 的治療集中在抗凝、控制心室率、并發(fā)癥處理等，并且藥物與導(dǎo)管消融策略大多數(shù)是經(jīng)驗性的［3］，治療手段局限、手術(shù)并發(fā)癥及術(shù)后復(fù)發(fā)等一系列因素仍存在較大的爭議［4］。富馬酸二甲酯（dimethyl fumarate，DMF）是FDA 自1994 年以來批準用于治療嚴重銀屑病和復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化癥的藥物。DMF 主要通過激活核因子紅細胞2（Nrf2）抗氧化途徑發(fā)揮保護作用［5］。已有研究［6-8］報道DMF 具有保護心肌梗死、缺血再灌注損傷和膿毒癥引起的心功能不全的作用。DMF 還能夠減輕小鼠動脈粥樣硬化斑塊的形成［9］，但截至目前，并未有研究探索DMF 對AF 患者內(nèi)皮細胞損傷的作用及其可能機制。因此，本研究使用DMF 干預(yù)H2O2處理的內(nèi)皮細胞，探索DMF 保護內(nèi)皮細胞的潛在機制，為DMF 治療AF 提供實驗室依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗相關(guān)材料人心臟微血管內(nèi)皮細胞（HCMEC）（中國科學(xué)院細胞庫）；DMEM 培養(yǎng)基、胎牛血清（美國Gibco公司）；DMF（上海MCE公司）；H2O2（上海阿拉丁公司）；胰蛋白酶-EDTA 消化液（0.25%）、CCK-8試劑盒（上海MCE公司）；Nrf2、HO-1、p-JAK2、JAK2、p-STAT1、STAT1、GPX4、ACSL4 和GAPDH 抗體購自美國Abcam 公司；ML385 均購自上海MCE 公司；Western bolt 相關(guān)試劑、辣根過氧化酶標記的山羊抗兔二抗均購于上海碧云天生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器細胞培養(yǎng)箱（美國Thermo 公司）；全自動酶標儀（ELX-808，美國BioTek 公司）；Western blot 電泳及轉(zhuǎn)膜裝置（美國Bio-Rad 公司）；低溫高速離心機（美國Thermo 公司）；凝膠成像及圖像分析系統(tǒng)分析儀（美國Bio-Rad 公司）。

1.3 方法

1.3.1 細胞培養(yǎng)HCMEC 培養(yǎng)在含10%胎牛血清、青霉素（100 U/L）/鏈霉素（100 mg/L）的DMEM培養(yǎng)基中，于37 ℃、5% CO2的細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。當(dāng)細胞融合至90%左右時，使用0.25%胰蛋白酶按1∶3 的比例進行傳代。

1.3.2 細胞分組取10 μg 的DMF，用DMEM 培養(yǎng)基溶解為10 mg/mL 的母液，置于-80 ℃冰箱中保存。使用時稀釋為10、100、1 000 ng/mL 的DMF，分別干預(yù)HCMEC 細胞24 h 和48 h，評估DMF 對HCMEC 細胞的毒性作用，篩選最佳藥物濃度。

參考先前的文獻，使用DMEM培養(yǎng)配置10 mmol/L的H2O2，干預(yù)HCMEC 細胞24 h［10］，設(shè)為Control 組、H2O2組、H2O2+1 μmol/L DMF、H2O2+10 μmol/L DMF和H2O2+ 20 μmol/L DMF 組，評估DMF 對H2O2誘導(dǎo)的細胞損傷的保護作用。

使用Nrf2 抑制劑ML385（10 μmol/L）干預(yù)HCMEC 細胞24 h，隨后再加入相應(yīng)的干預(yù)因素，分為對照組、H2O2組、H2O2+ DMF 組和H2O2+ DMF +ML385 組，檢測細胞通路和鐵死亡的改變，評估Nrf2 通路在DMF 保護內(nèi)皮損傷中的作用。

1.3.3 CCK-8 法測細胞增殖取生長狀態(tài)良好的HCMEC，每孔5 × 103個細胞接種于96 孔板，待細胞融合至80%左右時加入不同的干預(yù)因素干預(yù)相應(yīng)的時間。待檢測時每孔加入10 μL 的CCK-8 溶液，將96 孔板放入37 ℃、5% CO2恒溫培養(yǎng)箱中孵育2 h 后，用酶標儀測定在450 nm 處的吸光度（OD）值，以表示細胞增殖能力的改變。

1.3.4 Western blot 檢測蛋白表達量各組細胞干預(yù)后提取細胞總蛋白，BCA 法進行定量，分別取30 μg 蛋白行SDS-PAGE 電泳，濕轉(zhuǎn)法90 min 將蛋白轉(zhuǎn)印至0.45 μm 孔徑的PVDF 上。轉(zhuǎn)膜后TBST洗膜3 次，5%脫脂牛奶封閉1 h，加入Nrf2、HO-1、p-JAK2、JAK2、p-STAT1、STAT1、GPX4、ACSL4 和GAPDH 抗體（濃度均為1∶1 000）4 ℃孵育過夜。次日，TBST 洗膜，加入二抗室溫搖床孵育1 h（濃度1∶5 000）。采用底物化學(xué)發(fā)光法，凝膠成像系統(tǒng)分析。以目的蛋白與相應(yīng)非磷酸化蛋白的灰度值比表示相對表達量。

1.3.5 ELISA 測炎癥指標的改變收集干預(yù)后的各組細胞上清5 mL，按照ELISA 說明書檢測上清中TNF-α、IL-1β 和IL-18 的表達量，繪制標準曲線，計算炎癥因子的濃度。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 22.0 軟件和GraphPad Prism 9.0 軟件進行統(tǒng)計分析。各組數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示，各組之間比較用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同濃度DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 損傷的影響體外成功培養(yǎng)HCMEC，細胞生長良好，呈長梭形（圖1）。低濃度（1～20 μmol/L）DMF 對HCMEC 活力無明顯影響，高濃度（50 μmol/L）DMF降低了細胞活力，具有一定細胞毒性。于是選擇1～20 μmol/L 的DMF 進行后續(xù)實驗。見表1。

表1 DMF 對HCMEC 增殖的影響Tab.1 Effects of different concentrations of DMF on cell proliferation of HCME ±s

表1 DMF 對HCMEC 增殖的影響Tab.1 Effects of different concentrations of DMF on cell proliferation of HCME ±s

注:與0 μmol/L 組比較，*P＜0.05

時間24 h 48 h DMF 0 μmol/L 0.26 ± 0.03 0.44 ± 0.05 1 μmol/L 0.24 ± 0.04 0.53 ± 0.06 10 μmol/L 0.29 ± 0.03 0.48 ± 0.05 20 μmol/L 0.31 ± 0.05 0.50 ± 0.04 50 μmol/L 0.19 ± 0.03*0.37 ± 0.04*F 值7.223 8.114 P 值0.009 0.005

圖1 光鏡下HCMEC生長狀態(tài)（200×）Fig.1 Growth state of HCMEC under light microscope（200×）

10 mmol/L 的H2O2干預(yù)HCMEC 細胞24、48、72 h 后，細胞增殖能力較對照組均下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；與H2O2組相比，不同濃度DMF 處理組HCMEC 增殖能力增加（P＜0.05）。見表2。

表2 不同濃度DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMECs 增殖的影響Tab.2 The role of different concentration of DMF on H2O2-induced cell proliferation of HCMECs ±s

表2 不同濃度DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMECs 增殖的影響Tab.2 The role of different concentration of DMF on H2O2-induced cell proliferation of HCMECs ±s

注：與Control 組比較，*P＜0.05；與H2O2組比較，#P＜0.05

組別Control組H2O2組H2O2+1 μmol/L DMF組H2O2+10 μmol/L DMF組H2O2+20 μmol/L DMF組F值P值24 h 0.49±0.05 0.31±0.02*0.35±0.04 0.42±0.06#0.48±0.07#12.02＜0.001 48 h 0.86±0.08 0.44±0.04*0.61±0.05#0.78±0.07#0.82±0.12#25.60＜0.001 72 h 1.22±0.10 0.53±0.06*0.63±0.08#0.85±0.08#1.09±0.11#55.87＜0.001

表3 DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 炎癥因子的影響Tab.3 The influence of DMF on the content of TNF-α，IL-1β，and IL-18 in cell supernatant of HCMECs damaged by H2O2 ±s，pg/mL

表3 DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 炎癥因子的影響Tab.3 The influence of DMF on the content of TNF-α，IL-1β，and IL-18 in cell supernatant of HCMECs damaged by H2O2 ±s，pg/mL

注：與對照組比較，#P＜0.01；與H2O2組比較，*P＜0.05，**P＜0.01

組別Control組H2O2組H2O2+1 μmol/L DMF組H2O2+10 μmol/L DMF組H2O2+20 μmol/L DMF組F值P值TNF-α 25.23±4.03 46.39±10.68#41.39±10.68 35.75±6.89**25.55±9.60**6.952＜0.001 IL-1β 14.65±3.20 37.37±6.40#34.14±2.54 25.57±2.28**19.91±3.14**27.35＜0.001 IL-18 32.37±6.40 72.88±6.28#62.96±8.00**50.94±4.16**41.49±2.84**46.48＜0.001

2.2 不同濃度DMF 對H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 炎癥因子的影響ELISA 結(jié)果顯示，H2O2處理細胞后，細胞上清液中TNF-α、IL-1β 和IL-18 水平顯著增加（P＜0.05）；使用不同濃度的DMF 干預(yù)細胞，上述炎癥因子的水平較H2O2組具有明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

2.3 DMF 對H2O2處理的HCMECs 細胞鐵死亡的影響Western blot結(jié)果顯示，H2O2處理HCMECs后，GPX4 較對照組顯著下降，ACSL4 蛋白水平較對照組顯著增加（P＜0.05），表明H2O2可誘導(dǎo)HCMECs發(fā)生鐵死亡。不同濃度的DMF 干預(yù)細胞后，DMF組的細胞中GPX4 表達下降，ACSL4 蛋白的水平較H2O2組逐漸上升，成濃度依賴性（P＜0.05），見圖2。

圖2 不同濃度DMF 對H2O2處理的HCMEC 中GPX4 和ACSL4 蛋白表達的影響Fig.2 The effect of different concentrations of DMF on the protein expression of GPX4 and ACSL4 in H2O2 treated HCMEC

2.4 DMF 干預(yù)對Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 通路的影響H2O2處理引起Nrf2 和HO-1 蛋白表達水平下降，不同濃度DMF 組中Nrf2 和HO-1 蛋白表達較H2O2組升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（圖3A，P＜0.05）。H2O2組JAK2 和STAT1 磷酸化水平的下降（P＜0.05），不同濃度IGF1 可刺激HCMEC 細胞內(nèi)JAK2 和STAT1 的磷酸化水平的增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（圖3B，P＜0.05）。

圖3 DMF 對H2O2處理的HCMEC 中Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 通路的影響Fig.3 The effect of DMF on Nrf2/HO-1 and JAK2/STAT1 pathways in H2O2-treated HCMEC

2.5 Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 通路在DMF 改善HCMECs 損傷中的作用與H2O2+ DMF 組比較，H2O2+DMF+ML385 組中鐵死亡蛋白GPX4 蛋白下降，ACSL4蛋白升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見圖4。

圖4 使用Nrf2 抑制劑后DMF 對GPX4 和ACSL4 蛋白表達的影響。Fig.4 The effects of DMF on GPX4 and ACSL4 protein expression after using an Nrf2 inhibitor

24、48 和72 h 時，與H2O2+DMF 組比較，H2O2+DMF + ML385 組的HCMECs 細胞增殖水平均明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表4。

表4 JAK2/STAT1 通路在H2O2介導(dǎo)的HCMEC 細胞增殖中的作用Tab.4 The role of JAK2/STAT1 signaling pathway in H2O2-induced cell proliferation in HCMEC ±s

表4 JAK2/STAT1 通路在H2O2介導(dǎo)的HCMEC 細胞增殖中的作用Tab.4 The role of JAK2/STAT1 signaling pathway in H2O2-induced cell proliferation in HCMEC ±s

注：與對照組比較，aP＜0.05；與H2O2組比較，bP＜0.05；與H2O2+DMF 組比，cP＜0.05

組別Control 組H2O2組H2O2+DMF 組H2O2+DMF+ML385 組F 值P 值24 h 0.51 ± 0.03 0.27 ± 0.03a 0.44 ± 0.06b 0.31 ± 0.05c 31.62＜0.001 48 h 0.87 ± 0.09 0.42 ± 0.06a 0.91 ± 0.07b 0.66 ± 0.09c 41.05＜0.001 72 h 1.17 ± 0.12 0.67 ± 0.05a 1.14 ± 0.07b 0.87 ± 0.10c 36.36＜0.001

3 討論

AF 最大的危害是左心房形成附壁血栓，血栓脫落后導(dǎo)致腦栓塞和外周血管栓塞。內(nèi)皮損傷后暴露的膠原激活凝血因子引起血小板聚集，引發(fā)凝血過程，導(dǎo)致機體促凝/抗凝失衡，誘導(dǎo)血栓形成［11］。因此，尋找有效的AF 治療藥物迫在眉睫。本研究以AF 內(nèi)皮細胞損傷為切入點，細胞鐵死亡和Nrf2 基因為靶點，揭示內(nèi)皮損傷的機制并尋找有效的干預(yù)措施。本研究發(fā)現(xiàn)H2O2可以誘導(dǎo)HCMEC 炎癥和鐵死亡，DMF 干預(yù)可通過激活Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 通路，減輕H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 損傷。

鐵死亡是一種鐵離子依賴的由脂質(zhì)過氧化引起的程序性細胞壞死形式；被描述為一種自噬性細胞死亡過程［12-13］。鐵死亡在動脈粥樣硬化、心肌缺血再灌注損傷和心律失常中發(fā)揮著重要作用［14-15］。然而，目前有關(guān)鐵死亡與AF 發(fā)生發(fā)展的研究較少。FANG 等［16］發(fā)現(xiàn)鐵轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)的鐵死亡通過惡化鈣轉(zhuǎn)運蛋白失調(diào)參與脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)毒素血癥相關(guān)新發(fā)AF 的發(fā)生。在快速心房起搏構(gòu)建的犬AF 動物模型中，心臟成纖維細胞起源的外泌體能夠通過分泌miR-23a-3p 來調(diào)控SLC7A11 促進鐵死亡，參與AF 的持續(xù)發(fā)展［17］。本研究首次報道H2O2可以誘導(dǎo)HCMEC 鐵死亡。H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 細胞TNF-α、IL-1β 和IL-18 等炎癥因子升高的同時，引起GPX4 下降和ACSL4 上升。細胞發(fā)生鐵死亡時引起GPX4 下降，ACSL4 上升［18］。心血管保護性多肽Elabela 也能夠抑制血管緊張素Ⅱ介導(dǎo)的HCMEC 鐵死亡，減輕高血壓心肌結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙［19］。上述研究均提示內(nèi)皮細胞鐵死亡在內(nèi)皮細胞損傷中的調(diào)控作用。因此靶向改善HCMEC 鐵死亡可作為AF 潛在治療的干預(yù)靶點。

DMF 可作為Nrf2 通路的調(diào)節(jié)劑在多種疾病中發(fā)揮抗氧化和抗炎作用［20-21］。DMF 有緩解心肌缺血再灌注損傷，改善動脈粥樣硬化等作用［22-23］，但是并未有研究報道DMF 對H2O2介導(dǎo)的HCMEC 損傷的作用及潛在機制。本研究首次發(fā)現(xiàn)DMF 可顯著改善H2O2誘導(dǎo)的HCMEC 鐵死亡。DMF 在抑制彌漫性大B 細胞淋巴瘤中JAK/STAT 信號通路的同時，還誘導(dǎo)了細胞的鐵死亡［24］。JAK2/STAT1 通路已被報道具有改善細胞衰老和抑制炎癥的作用，且我們的前期研究證實TNFSF18 蛋白通過調(diào)節(jié)STAT1 的磷酸化改善冠脈內(nèi)皮細胞功能障礙［25］。為明確DMF 在H2O2誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞損傷和鐵死亡中的作用，使用Nrf2 抑制劑ML385 干預(yù)細胞。發(fā)現(xiàn)ML385 可有效逆轉(zhuǎn)DMF 對H2O2介導(dǎo)HCMEC 的細胞增殖和鐵死亡，表面DMF 通過調(diào)節(jié)Nrf2/HO-1和JAK2/STAT1 通路保護HCMEC 鐵死亡的發(fā)生。

同時本研究也存在一定局限性。只對HCMEC細胞進行造模，沒有直接從AF 患者心臟中獲得組織來提取原代細胞，這一定程度上限制了我們細胞實驗證據(jù)的可靠性。此外，我們使用了Nrf2 的抑制劑來下調(diào)Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 的表達。盡管也能證明DMF 通過Nrf2 來發(fā)揮生物學(xué)作用，但仍可能需要對Nrf2 基因進行敲除［26］，或者動物模型中來進一步明確DMF 對AF 內(nèi)皮細胞的保護作用是通過激活Nrf2 來實現(xiàn)的。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)H2O2通過誘導(dǎo)細胞炎癥和鐵死亡介導(dǎo)HCMEC 損傷，而DMF 可能通過調(diào)節(jié)Nrf2/HO-1 和JAK2/STAT1 通路改善H2O2介導(dǎo)HCMEC 的細胞鐵死亡，可能是潛在的治療AF 的藥物。后續(xù)可進一步探索DMF 是否具有改善AF電生理機制的作用。