表没食子儿茶素没食子酸酯对棕榈酸诱导H9C2心肌细胞凋亡的保护作用及其机制研究

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目的:随着人们生活水平的日益提高,无论在发达国家或是发展中国家,代谢综合征发病率逐渐升高。2型糖尿病、肥胖等,已成为人类健康的重大威胁。此类人群比正常人群更易出现心血管疾病,其原因在于:长期的、慢性的血脂肪酸水平升高,可导致动脉粥样硬化,并可损伤冠状动脉内皮细胞,导致缺血性心肌损伤;值得引起重视的是,高脂肪酸水平也可直接损伤心肌细胞,诱导细胞凋亡,称为脂毒性心肌损伤。棕榈酸(palmitate,PA),一种常见的饱和脂肪酸,被广泛应用于体外细胞培养,制造脂毒性损伤模型进行实验研究。PA已被证实可诱导包括心肌细胞在内的多种组织细胞凋亡,而心肌细胞凋亡是心功能衰竭、再灌注损伤等的重要原因。因此,减轻心肌细胞凋亡可能是对抗脂毒性心肌损伤的关键策略。临床试验证实,长期、规律摄入绿茶可以降低血清胆固醇水平、降低体内脂肪含量、抑制脂肪细胞生成、降低体重,对于维持体内脂质代谢的稳态具有重要作用。作为绿茶中提取的茶多酚生物活性的主要成份,表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin-3-gallate,EGCG)被证实具有极强的抗氧化、抗炎、抗肿瘤等作用,被广泛应用于心血管领域和肿瘤领域的基础研究。重要的是,也有研究证实,无论是在体动物模型还是体外细胞模型,EGCG对于脂质代谢均可发挥调节作用。在体动物实验证实,于饮食中加入一定剂量EGCG可降低血清胆固醇含量和身体质量指数(body mass index,BMI)。体外细胞实验证实,EGCG可直接减轻PA导致的脂毒性内皮细胞凋亡。以上证据提示,EGCG具有调节脂质代谢和保护脂毒性损伤的双重作用。然而,针对EGCG对于心肌细胞的脂毒性损伤是否具有保护作用,目前尚未明确。本研究拟通过高脂培养基进行H9C2心肌细胞体外培养,建立心肌细胞脂毒性损伤模型,通过ERS抑制剂4-PBA研究ERS相关的凋亡在高脂损伤中的作用,研究脂毒性心肌损伤的分子机制;探讨EGCG预处理对于心肌细胞高脂损伤的保护作用,并通过信号通路抑制剂进一步研究EGCG对抗脂毒性心肌损伤的相关分子机制。  方法:⑴将H9C2心肌细胞分为4组,对照组培养基中含有0.1%BSA,模型组分别以不同浓度(100μM、200μM、400μM) PA培养12小时,油红O染色法鉴定高脂模型建立。⑵采用不同浓度的PA(0-500μM)处理细胞不同的时间(0小时,6小时,12小时,24小时),通过CCK-8法检测细胞活力,并根据该检测结果选择后续实验中合适的PA处理条件。⑶将H9C2心肌细胞分为4组,对照组培养基中含有0.1%BSA,模型组分别以不同浓度(100μM、200μM、400μM)PA培养12小时,诱导脂毒性损伤。分别用可见分光光度计检测细胞培养上清液中LDH含量,流式细胞术检测细胞凋亡情况,western blot技术检测不同浓度PA对心肌细胞中GRP78,CHOP, Cleaved caspase-12,PERK/eIF2α通路分子表达的影响。⑷将H9C2心肌细胞分为5组:分别以PA400μM培养不同时间(0小时,3小时,6小时,12小时,24小时),以western blot技术检测PERK,p-PERK,eIF2α,p-eIF2α,ATF4,CHOP,Cleaved caspase-12的表达情况,探讨PERK通路分子和ERS相关凋亡蛋白在PA诱导脂毒性损伤过程中的变化规律。⑸将H9C2心肌细胞分为3组:对照组培养基中含有0.1%BSA,培养12小时;PA模型组以PA400μM培养12小时;4-PBA组:先以5mM的4-PBA预处理90分钟,再加入PA400μM共同培养12小时。以流式细胞术检测4-PBA对PA导致细胞凋亡的影响,以western blot技术检测4-PBA对PA培养下ERS相关凋亡蛋白CHOP、Cleaved caspase-12的影响。⑹以不同浓度(1.0μM,5.0μM,10μM,25μM,50μM)的EGCG预处理细胞后加入PA400μM共同培养12小时,以CCK-8法检测EGCG对于PA培养下细胞活力的影响,根据该检测结果选择后续实验中合适的EGCG处理条件。⑺选择具有最佳保护作用的2个浓度EGCG5μM和10μM作为后续实验条件,检测培养上清液中LDH含量、DAPI染色检测细胞凋亡、western blot技术检测p-Akt与Akt表达。进一步观察EGCG的保护作用及对PI3K/Akt信号通路的调控作用。⑻在EGCG实验基础上,加入PI3K/Akt信号通路抑制剂LY294002,以western blot技术检测Cleavedcaspase-3,CHOP,Cleaved caspase-12,PERK,p-PERK,eIF2α,p-eIF2α蛋白表达,探讨EGCG对抗脂毒性损伤作用的分子机制。  结果:①PA培养12小时即可导致H9C2细胞活力下降,从PA200μM至500μM心肌细胞活力逐渐下降,呈PA剂量依赖性。选择PA100μM,200μM,400μM进行后续实验,发现PA200μM以上浓度处理12小时可引起LDH释放增加。②流式细胞术结果提示PA200μM以上浓度可引起细胞凋亡率增加;western blot结果提示PA可上调ERS标志性分子GRP78、ERS凋亡蛋白CHOP和Cleaved caspase-12、PERK通路蛋白的表达,且上述改变均呈现明显的正性PA剂量依赖性。③以PA400μM处理细胞3小时、6小时、12小时、24小时,western blot技术结果提示,PERK分子在PA处理后的3小时显著激活,表现为磷酸化水平的提高;作为p-PERK的特异性底物,p-eIF2α在3小时显著激活,6小时达峰值;下游的ATF4在PA处理的6小时显著激活,此后表达量逐渐升高,24小时达峰值。作为ERS相关凋亡的特异性分子,CHOP和Cleaved caspase-12在PA处理的12小时表达量显著提高,并持续至PA处理后的24小时。④流式细胞术结果显示,以ERS特异性抑制剂4-PBA5mM预处理90分钟,显著降低PA导致的心肌细胞凋亡,western blot结果提示4-PBA可显著下调ERS相关凋亡特异性蛋白CHOP和Cleaved caspase-12的表达,说明ERS相关的凋亡作为重要机制参与PA导致的心肌细胞脂毒性损伤。⑤以EGCG预处理细胞,CCK-8结果显示EGCG5μM和10μM对于PA400μM导致的细胞损伤有最佳保护作用,该结果被进一步的LDH含量和DAPI染色结果所证实。PA处理可显著降低心肌细胞的Akt分子磷酸化水平,EGCG5μM和10μM可部分恢复Akt分子的磷酸化水平的降低,发挥上调PI3K/Akt信号通路活性,对抗脂毒性损伤的作用。⑥EGCG10μM预处理前加入LY294002预处理1小时,可部分抵消EGCG10μM对于脂毒性损伤的保护作用,体现为:EGCG降低凋亡率、下调凋亡执行蛋白Cleaved caspase-3表达、下调ERS特异性凋亡蛋白CHOP和Cleaved caspase-12的表达、抑制PERK/eIF2α通路过度活化的作用均被LY294002部分抵消。  结论:⑴PA可呈剂量依赖性和时间依赖性的方式激活H9C2心肌细胞ERS、PERK/eIF2α/ATF4信号通路,继而激活ERS相关的凋亡通路,导致细胞损伤。ERS抑制剂4-PBA可显著减轻PA导致的心肌细胞凋亡。⑵EGCG可提高PA培养下的H9C2心肌细胞活力,降低细胞凋亡率及凋亡蛋白Cleaved caspase-3的表达,降低LDH释放,对抗脂毒性损伤。⑶EGCG可上调PA培养下的H9C2心肌细胞PI3K/Akt信号通路活性,进而抑制ERS、PERK/eIF2α信号通路的过度激活,下调ERS相关凋亡蛋白CHOP、Cleaved caspase-12的表达,减轻细胞凋亡。PI3K/Akt信号通路抑制剂LY294002可部分抵消EGCG的上述保护作用,故EGCG的保护作用可能是通过PI3K/Akt信号通路实现的。
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