人参环氧炔醇通过调控铁死亡对LPS诱导小鼠ALI的作用及机制研究

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目的急性肺损伤(acute lung injury,ALI)/急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是常见的呼吸系统疾病之一,患病率和死亡率极高,临床上尚无疗效显著的药物,因此寻找有效且经济的治疗药物迫在眉睫。铁死亡是一种铁和脂质过氧化氢依赖的细胞死亡,有研究表明,铁死亡在ALI发生发展过程中发挥重要作用,抑制铁死亡可以有效缓解ALI。Keap1-Nrf2/ARE是机体重要的抗氧化信号通路,与铁死亡密切相关。人参环氧炔醇(panaxydol,PX)是从人参中提取的一种聚乙炔化合物,具有抗疲劳、抗肿瘤和神经退行性保护活性等。最近有研究发现PX可以通过激活Keap1-Nrf2/HO-1信号通路来抑制氧化应激,从而减轻肾衰竭。但是,PX是否以及如何在ALI的治疗中发挥作用尚未见报道。本研究通过构建体内和体外ALI模型,探讨PX在ALI中的作用,分析PX对铁死亡及Keap1-Nrf2/HO-1信号通路的影响,阐明PX的作用机制,为PX治疗ALI/ARDS提供理论依据。方法1.通过脂多糖(LPS)构建小鼠ALI模型,按照分组分别用PX、Fe-citrate(III)(Fe)干预小鼠。收集肺组织及肺泡灌洗液(BALF)。Wright染色法进行BALF细胞分类计数,ELISA法检测BALF TNF-α、IL-1β和IL-6水平,BCA法检测BALF蛋白浓度;计算肺湿/干重比,HE染色法进行肺组织病理学观察及评分,ELISA法检测肺组织GPX4活性,比色法检测肺组织MPO、Fe2+、MDA水平,酶循环法检测肺组织GSH水平,q RT-PCR检测肺组织GPX4 m RNA,Western blot检测肺组织GPX4、Keap1、Nrf2和HO-1蛋白表达水平。2.LPS刺激BEAS-2B细胞诱导ALI细胞模型,分别用PX(不同浓度)、铁死亡抑制剂(Fer-1、DFO)、铁死亡诱导剂(Fe、RSL3)、Nrf2抑制剂(ML385)和HO-1抑制剂(Sn PP)刺激细胞,收集细胞及培养上清液。ELISA法检测上清液TNF-α、IL-1β、IL-6水平;MTT法检测细胞活性,FDA染色法检测细胞死亡,ELISA法检测细胞GPX4活性,比色法检测细胞Fe2+、MDA水平,酶循环法检测细胞GSH水平,q RT-PCR检测细胞GPX4 m RNA,Western blot检测细胞GPX4、Keap1、Nrf2和HO-1蛋白表达水平。结果1.用LPS干预小鼠后,与Ctrl组相比,LPS组的铁死亡相关指标Fe2+和MDA水平显著升高(both P<0.05),GSH水平以及GPX4活性、m RNA和蛋白质表达水平均明显降低(all P<0.05),提示LPS诱导的ALI中铁死亡水平升高。2.用Fe干预小鼠后,与LPS组相比,Fe+LPS组肺组织表现为更严重的肺结构破坏、肺泡间隔增厚、炎性细胞浸润、肺泡出血以及间质和肺泡内水肿,肺损伤分数升高;肺水肿指标BALF总蛋白及肺W/D比升高;BALF总细胞、中性粒细胞占比、促炎细胞因子及肺组织MPO活性等炎症指标明显升高;铁死亡相关指标Fe2+和MDA水平显著升高,GSH水平及GPX4的活性、m RNA和蛋白表达均明显降低(all P<0.05),提示随着铁死亡水平升高,ALI加重。用PX干预后,与LPS组相比,PX+LPS组肺组织上述病理变化减轻,肺损伤分数降低,肺水肿与炎症相关指标降低,铁死亡水平降低(all P<0.05)。用PX、Fe共同干预后,与Fe+LPS组相比,PX+Fe+LPS组肺组织上述病理变化减轻,肺损伤分数降低,肺水肿与炎症相关指标降低,铁死亡水平降低(all P<0.05),提示在体内PX抑制LPS诱导的ALI和铁死亡。3.用LPS、PX干预细胞,与Ctrl组相比,LPS组表现为细胞存活率降低,细胞死亡、铁死亡、促炎细胞因子水平升高(all P<0.05)。与LPS组相比,随着PX浓度的增加,细胞存活率逐渐升高,细胞死亡、铁死亡、促炎细胞因子水平逐渐下降。以上结果提示,PX在体外抑制LPS诱导的铁死亡和炎症,PX具有剂量依赖性抑制作用。4.用铁死亡抑制剂(Fer-1、DFO)、铁死亡诱导剂(Fe、RSL3)、LPS干预细胞,与LPS组相比,Fer-1+LPS及DFO+LPS组细胞存活率升高,细胞死亡、铁死亡、促炎细胞因子水平降低(all P<0.05);而Fe+LPS及RSL3+LPS组细胞存活率降低,细胞死亡、铁死亡、促炎细胞因子水平升高(all P<0.05)。提示铁死亡在LPS处理的BEAS-2B细胞中介导炎症。5.分别用PX、LPS干预小鼠和细胞,与Ctrl组相比,无论在体内还是体外,LPS组均表现为Keap1、Nrf2和HO-1蛋白的增加。与LPS组相比,无论在体内还是体外,PX+LPS组均表现为Keap1表达显著降低,Nrf2和HO-1表达增加(all P<0.05)。以上结果提示PX上调Keap1-Nrf2/HO-1信号通路。6.分别用PX、ML385、Sn PP、LPS干预细胞,与PX+LPS组比较,PX+ML385+LPS、PX+Sn PP+LPS组表现为细胞存活率降低,细胞死亡、铁死亡、促炎细胞因子水平升高(all P<0.05)。进一步验证了PX通过Keap1-Nrf2/HO-1通路起作用。结论1.在LPS诱导的ALI中铁死亡水平升高,PX对LPS诱导的ALI具有保护作用。2.PX可能通过Keap1-Nrf2/HO-1通路减轻铁死亡对LPS诱导的ALI的影响,是一种有希望的ALI新疗法。
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