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二甲基亚砜(DMSO,dimethyl sulfoxide)长期被广泛应用于生物、化学和药学领域。DMSO能用作细胞保护剂,膜融合剂和膜渗透增强剂。DMSO重要的一条性质就是增加膜的通透性,研究其作用的分子机制对寻求一种化学方法去增强或阻断生物活性分子进入皮肤具有极其重要的意义。
由于DMSO能增加细胞膜对许多分子的通透性,因此DMSO经常被用作药物载体来帮助药物分子穿过细胞膜。虽然分子模拟实验证实了DMSO能在细胞膜模型(脂质双分子层)上诱导出瞬时的水性孔道,但是到目前为止,没有直接的实验证据说明DMSO拥有这种能力。本实验利用Ca2+和T1+离子胞内成像的方法,验证了DMSO是否具有在细胞膜上诱导出离子通透性的水性孔道的能力。
CHO-K1细胞T1+离子胞内成像结果显示,DMSO能瞬时增加细胞膜对T1+的通透性(大约在10s内急剧增加T1+的跨膜转运),表现为细胞胞内荧光强度增加,并且此效应在体积百分比为0~4%的浓度范围内呈剂量依赖性。巨噬细胞T1+离子胞内成像结果也得出同样的结论。K+通道的广谱阻断剂TEA和Na+-K+泵的特异性阻断剂Ouabain的实验表明,对照组与阻断剂组瞬时增加T1+的跨膜转运的能力(表现为细胞荧光强度的增加)没有显著性差异,提示了DMSO瞬时增加T1+通透性不是通过K+离子通道或Na+-K+泵起作用。CHO-K1细胞Ca2+离子胞内成像结果显示,Ca2+的跨膜转运在0.5%DMSO作用下就能明显增加,使得胞内的Ca2+染料的荧光强度在短时间(约12s)升高,提示DMSO增加细胞膜的离子通透性没有离子选择性。
综合上述实验结果,我们可以得出如下结论:DMSO可浓度依赖性地在细胞膜上诱导出瞬时水性孔道,从而瞬时增加细胞膜对T1+和Ca2+离子的通透性。这个结果很好地解释了为什么DMSO可增加细胞膜通透性并作为载体帮助药物分子穿过细胞膜。