实验研究
虾青素对晶状体上皮细胞氧化应激损伤的抑制作用及其机制
中华实验眼科杂志, 2023,41(5) : 428-435. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200624-00448
摘要
目的

研究虾青素对过氧化氢(H2O2)诱导晶状体上皮细胞HLEB-3氧化应激损伤的调控作用及其可能的作用机制。

方法

将HLEB-3细胞于不同浓度H2O2(0、50、100、200、500、750 μmol/L)下培养,噻唑蓝(MTT)法检测细胞抑制率,计算半数抑制浓度(IC50)。将HLEB-3细胞使用不同浓度(0、5、10、20、50 μmol/L)虾青素培养,MTT法检测细胞存活率。将HLEB-3细胞分为4个组,其中正常对照组用完全培养基培养、氧化应激组于250 μmol/L H2O2培养基中培养,10 μmol/L虾青素组和20 μmol/L虾青素组分别于相应浓度虾青素+250 μmol/L H2O2培养基中培养,各组均培养24 h。采用流式细胞仪检测细胞凋亡率;采用ELISA法检测细胞一氧化氮(NO)浓度、超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)活性和丙二醛(MDA)含量;采用Western bolt法检测细胞核核因子E2相关因子2(Nrf2)、细胞质Nrf2和血红素加氧酶-1(HO-1)、醌氧化还原酶1(NQO1)蛋白表达。另将细胞分为正常对照-小干扰RNA(NC-siRNA)组、Nrf2-siRNA组、NC-siRNA+虾青素组和Nrf2-siRNA+虾青素组,分别转染NC-siRNA或Nrf2-siRNA,转染后24 h分别于含0或10 μmol/L虾青素和250 μmol/L H2O2培养基中培养24 h。采用流式细胞仪检测细胞凋亡率,采用ELISA法检测细胞NO浓度、SOD活性、GSH活性和MDA含量。

结果

随着H2O2浓度的增加,HLEB-3细胞抑制率升高,不同浓度H2O2处理细胞的抑制率总体比较差异有统计学意义(F=12.358,P<0.05)。H2O2对HLEB-3细胞的IC50为264.20 μmol/L。0、5、10、20、50 μmol/L虾青素处理HLEB-3细胞的存活率分别为(100.00±0.00)%,(102.20±1.34)%、(109.50±3.60)%、(115.40±4.13)%和(93.60±2.59)%,后续选取10 μmol/L和20 μmol/L作为实验剂量。氧化应激组细胞凋亡率为(38.50±2.38)%,高于正常对照组的(9.20±0.24)%,差异有统计学意义(P<0.05);10 μmol/L虾青素组细胞凋亡率为(27.60±4.33)%,低于氧化应激组,高于20 μmol/L虾青素组的(14.90±1.23)%和正常对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。氧化应激组细胞中NO浓度、MDA含量高于正常对照组、10 μmol/L虾青素组和20 μmol/L虾青素组,SOD、GSH活性低于正常对照组、10 μmol/L虾青素组和20 μmol/L虾青素组,差异均有统计学意义(均P<0.05);10 μmol/L虾青素组NO浓度、MDA含量高于20 μmol/L虾青素组和正常对照组,SOD、GSH活性低于20 μmol/L虾青素组和正常对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。各组间细胞核Nrf2、细胞质Nrf2、HO-1和NQO1蛋白相对表达量总体比较,差异均有统计学意义(F=43.512、20.381、31.014、23.435,均P<0.001);正常对照组、氧化应激组、10 μmol/L虾青素组和20 μmol/L虾青素组细胞质Nrf2蛋白相对表达量逐渐下降,细胞核Nrf2、HO-1和NQO1蛋白相对表达量逐渐升高,组间两两比较,差异均有统计学意义(均P<0.05)。Nrf2-siRNA组和Nrf2-siRNA+虾青素组细胞凋亡率高于NC-siRNA组和NC-siRNA+虾青素组,NC-siRNA组细胞凋亡率高于NC-siRNA+虾青素组,差异均有统计学意义(均P<0.05);Nrf2-siRNA+虾青素组和Nrf2-siRNA组细胞凋亡率差异无统计学意义(P>0.05)。Nrf2-siRNA组细胞NO浓度、MDA含量高于NC-siRNA组,SOD、GSH活性低于NC-siRNA组,差异均有统计学意义(均P<0.05);NC-siRNA+虾青素组NO浓度、MDA含量低于NC-siRNA组和Nrf2-siRNA+虾青素组,SOD、GSH活性高于NC-siRNA组和Nrf2-siRNA+虾青素组,差异均有统计学意义(均P<0.05);Nrf2-siRNA+虾青素组细胞NO浓度、SOD和GSH活性及MDA含量与Nrf2-siRNA组比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。

结论

虾青素能提高晶状体上皮细胞抗H2O2诱导的氧化应激损伤能力,其作用可能是通过活化Nrf2相关信号通路而实现的。

引用本文: 李勇, 刘钊臣, 彭华琮. 虾青素对晶状体上皮细胞氧化应激损伤的抑制作用及其机制 [J] . 中华实验眼科杂志, 2023, 41(5) : 428-435. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200624-00448.
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白内障是一种由氧化损伤、钙紊乱、年龄、遗传等多种因素诱发的致盲眼病,其表现为晶状体混浊。晶状体的透明性和正常功能依赖晶状体上皮细胞数量、结构和功能的完整性[1]。研究证实,高浓度过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)是导致晶状体上皮细胞凋亡的重要因素之一,氧化应激所产生的一系列产物使晶状体上皮细胞的通透性、蛋白构象发生改变,其生理功能也随之改变,从而导致晶状体混浊[2,3]。因此提高晶状体上皮细胞的抗氧化应激能力有助于预防和控制白内障。虾青素是叶黄素家族的一种,广泛存在于海洋动物、藻类及少数陆生植物体内[4]。研究证实,虾青素有强大的抗氧化能力,能有效清除氧自由基,抑制氧化应激损伤[5,6]。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2)与氧化应激密切相关,参与白内障形成[7],通过抑制Nrf2信号通路可预防糖尿病大鼠白内障进展[8]。有研究报道,虾青素对糖尿病性白内障模型大鼠晶状体氧化应激损伤有缓解作用,也能减少紫外线诱发的晶状体上皮细胞凋亡[9,10]。Li等[11]研究证实,虾青素能通过调控Nrf2/Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like epichlorohydrin-associated protein 1,Keap1)通路抵抗赭曲霉素A诱发的小鼠肾脏氧化应激损伤;闫孟利等[12]证实,虾青素能通过激活Nrf2通路从而抑制H2O2诱导的Hela细胞凋亡;Kubo等[13]报道虾青素刺激Nrf2通路防止氧化应激损伤,改善吸烟所致的小鼠肺气肿。以上研究提示虾青素能通过刺激Nrf2信号通路活性缓解多种细胞的氧化应激损伤,但虾青素对于晶状体上皮细胞氧化应激损伤的作用机制尚鲜有报道。基于此,本研究拟探索虾青素对H2O2诱导人晶状体上皮细胞氧化应激损伤的调控作用及其作用机制。

 
 
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