桦木酸对环磷酰胺诱导小鼠肝损伤的保护作用及其机制研究

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背景:桦木酸(betulinic acid,BA)是一种羽扇豆烷型三萜类化合物,主要分布于桦树科中,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤和抗病毒等生物活性。前期研究发现,BA抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERs)信号通路,对酒精性肝损伤具有预防性保护作用,BA通过抑制核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)/MAPK和激活核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2)信号通路保护环磷酰胺(cyclophosphamide,CYP)诱导的小鼠肠道损伤。BA是否对CYP引起的肝损伤具有预防性保护作用,其内在机制如何?还未见相关报道。目的:本文旨在研究BA对CYP诱导的小鼠肝损伤的保护作用及其调控机制,为BA作为饲料添加剂及其临床应用提供理论支持,对BA的进一步开发应用具有重要意义。方法:(1)将60只雄性KM小鼠预饲养1 w后,随机分为6组(n=10):空白组,CYP组,单独BA(0.5 mg/kg)组,BA低、中、高(0.25、0.5、1.0 mg/kg)剂量与CYP联合组。BA连续灌胃14 d后,第14 d和15 d腹腔注射100 mg/kg CYP诱导肝损伤模型。收集血清和肝脏进行以下实验:BA对CYP致小鼠肝损伤的保护作用:检测小鼠血液中谷草转氨酶(aspartateaminotransferase,AST)与谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)活性;H&E染色观察肝脏的病理形态学变化;TUNEL检测肝脏细胞凋亡情况;试剂盒检测肝组织超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、过氧化氢酶(catalase,CAT)的活力和谷胱甘肽(glutathione,GSH)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)以及活性氧(reactive oxygen species,ROS)的含量;q PCR检测抗氧化酶SOD、GSH-Px和CAT的m RNA表达以及炎症因子白细胞介素1β(interleukin-1beta,IL-1β)、IL-6、IL-10和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)m RNA表达量。BA对CYP致肝损伤小鼠NF-κB/MAPK/Nrf2和线粒体凋亡信号通路的影响:Western blot检测MAPK通路中p38丝裂原活化蛋白激酶(p38mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)蛋白表达及其磷酸化;NF-κB通路中核转录因子kappa B(nuclear factor kappa B,NF-κB)、NF-κB抑制因子-α(NF-κB inhibitor-alpha,IκBα)蛋白磷酸化水平;Nrf2通路中Nrf2和血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)蛋白的表达;线粒体凋亡信号通路中B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)、Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)、半胱氨酸蛋白酶-9(Caspase-9)蛋白表达;荧光定量PCR检测分裂融合基因线粒体动力相关蛋白1(dynamin-related protein1,Drp1)、线粒体分裂因子(mitochondrial fission factor,Mff)、线线粒体分裂蛋白1(mitochondrial fission protein 1,FIS1)和视神经萎缩蛋白1(optic atrophy,OPA-1)的表达。(2)基于ERK信号通路研究BA缓解CYP致小鼠肝损伤的调控机制将50只雄性KM小鼠预饲养1 w后,分为5组(n=10):空白组,CYP组,BA(0.5 mg/kg)+CYP组、PD98059(ERK抑制剂)+CYP组和BA(0.5 mg/kg)+PD98059+CYP组。BA连续灌胃14 d,同时腹腔注射10 mg/kg PD98059,次/2 d,第14 d和15 d腹腔注射CYP(100 mg/kg)诱导小鼠肝损伤。收集血清和肝脏,检测小鼠血液中AST、ALT;H&E染色观察组织形态学变化;透射电镜观察肝脏细胞超微结构变化;Tunel检测肝脏细胞凋亡情况;WB检测肝脏JNK和ERK蛋白表达及其磷酸化水平以及Bcl-2、Bax和Caspase-9蛋白的表达。结果:(1)BA预处理后缓解由CYP导致的肝细胞空泡样变性,胞浆疏松,胞核增大,降低了血液中AST和ALT水平。BA通过上调抗氧化酶的基因表达,上调GSH-Px、CAT活性和GSH含量,代偿性下调SOD活性,清除肝脏ROS蓄积;Tunel检测发现BA降低CYP引起的肝细胞凋亡;BA通过抑制促炎因子IL-1β、TNF-α和促进抗炎因子IL-10 m RNA表达,代偿性促进IL-6 m RNA表达。说明BA通过抑制CYP引起的血清酶活力改变,改善小鼠肝脏的脂质过氧化,抑制促炎因子分泌,促进抗炎因子的分泌,对CYP诱导的肝脏损伤具有预防性保护作用。(2)BA预处理下调ERK和JNK磷酸化,上调p38磷酸化,抑制了CYP诱导的MAPK信号通路激活;BA上调NF-κB信号通路中IκBα和p65的蛋白表达,激活Nrf2信号通路Nrf2和HO-1的蛋白表达;同时BA预处理抑制线粒体分裂基因Drp1、Mff、FIS1 m RNA的表达和激活融合基因OPA1 m RNA的表达,从而恢复细胞线粒体分裂和融合平衡,而且BA升高线粒体凋亡通路Bcl-2/Bax比值,降低Cleave-Caspase-9/Pro-Caspase-9比值,缓解CYP引起的肝细胞凋亡。说明BA通过调控MAPK/NF-κB信号通路和激活Nrf2信号通路,以及调控细胞线粒体分裂融合基因介导的线粒体凋亡信号通路,对CYP诱导的肝细胞损伤具有预防性保护作用。(3)BA和/或PD98059预处理恢复了肝窦结构,降低了肝细胞内的空泡化,线粒体形态恢复正常,降低了CYP诱导的AST和ALT水平升高;Tunel检测BA和/或PD98059降低CYP引起的肝细胞凋亡;BA和/或PD98059预处理抑制MAPK信号通路中的ERK蛋白的表达,上调Bcl-2/Bax的比值和下降Cleave-Caspase-9/Pro-Caspase-9蛋白的表达。说明BA通过抑制ERK-MAPK介导的线粒体凋亡信号通路,对CYP诱导的肝脏损伤具有预防性保护作用。结论:BA通过调控Nrf2/NF-κB信号通路,降低ROS的水平,维持机体氧化还原平衡,调控炎性因子的分泌,恢复细胞线粒体分裂和融合平衡,通过部分抑制ER-MAPK介导线粒体凋亡信号通路,减少肝细胞凋亡,对CYP诱导的肝脏损伤起到预防性保护作用。
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