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矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin3-O-glucoside,C3G)是自然界中分布最广的植物色素,属花色苷类,广泛存在于各种植物膳食成分中。C3G作为植物化学物质,其生物活性备受关注,研究表明C3G在各种慢性疾病如动脉粥样硬化、糖尿病、癌症等慢病的防治中发挥重要作用。动脉粥样硬化、糖尿病、癌症等慢病的发生和发展与某些细胞核内受体(NRs)的表达和功能的改变密切相关。近年来NRs与炎症的关系备受关注。LXRα和PPARγ可抑制某些受NF-κB激活的基因的转录,如病原体感染、IL-1β、TNFα、LPS引起的iNOS、IL-1β、IL-6、COX-2、MMP-9、MCP-1、MCP-3的增加。报道认为PPARs和LXRs能通过与p65形成胞质穿梭复合物、调节p38MAPK活性、与NCoR共抑制复合体结合于NF-κB的靶基因等途径抑制NF-κB激活的靶基因的表达。同时TNFα或LPS也可抑制LXRα和PPARγ的表达和活性,从而降低受二者调控的功能基因如载脂蛋白E、ABCA1、ABCG1和SREBP-1c等的表达。
我们实验室的前期研究和相关文献报道C3G增加了PPARγ和LXRα的表达以及转录活性。但是C3G调节核受体的作用机制尚不清楚,尤其是C3G是否作为配体直接调节核受体转录活性尚未见报道。我们在前期工作的基础上研究了C3G调节核受体PPARγ和LXRα转录活性的作用机制,并检测了C3G对受二者抑制的炎症因子TNFα和IL-6表达的影响。
方法:
⑴C3G对PPARγ、LXRα等核受体的调节作用及机制分析。将人肝脏细胞系LO2接种于细胞培养板,用FuGENE(R)6分别将核受体(RXR、PXR、ER、FXR、LXRα、LXRβ、PPARα、PPARγ、PPARδ)质粒、对应的核受体反应元件-萤光素酶和绿色萤光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)转染到细胞中。培养过夜,更换新鲜培养基继续培养,第二天加入相应浓度的C3G孵育24小时,检测Luciferase强度和GFP强度;将非洲绿猴肾细胞株COS-7接种于10cm细胞培养板,按生产商提供的操作步骤,用FuGENE6转染试剂将含PPRE的质粒(PPRE×3-tk-Luciferase plasmid,PPRE×3-tk-LUC)和内参质粒pRL-TK-Renilla转染至细胞,或者将PPRE×3-TK-LUC、pCGN4-hPPARγ-HA质粒和pRL-TK-Renilla转染至细胞。重新接种并贴壁培养24小时。将不同浓度的C3G溶解到不含胎牛血清的DMEM中,孵育已转染质粒的COS-7细胞,以罗格列酮孵育组为阳性对照。PBS清洗细胞,细胞裂解液裂解,采用罗氏公司的Dual Luciferase Reporter Assay System和萤光检测仪检测,以Renilla的强度作为校正;将人THP-1细胞接种于六孔细胞培养板,以PMA诱导分化48小时。PBS洗3次,换成含10%(v/v)胎牛血清的新鲜RPMI1640培养基培养24小时。饥饿12小时后用不同浓度的C3G干预培养16小时,实时定量PCR检测LXRα和其下游基因ABCG1 mRNA的表达。
⑵C3G对LPS诱导核受体的活性及炎症因子TNFα和IL-6表达的影响。将COS-7接种于培养板,用FuGENE6转染试剂将PPRE×3-TK-LUC、pCGN4-hPPARγ-HA质粒和pRL-TK-Renilla转染至细胞。重新接种并贴壁培养24小时。50μM C3G预孵育已转染质粒的COS-7细胞(对照为DMSO处理)15min,而后换成含罗格列酮和LPS的DMEM培养细胞16小时。PBS清洗细胞,以细胞裂解液裂解,采用罗氏公司的Dual Luciferase Reporter Assay System和萤光检测仪检测萤光强度,以Renilla的强度作为校正。Western blotting实验检测了C3G对PPARγ磷酸化的影响;分化贴壁的THP-1细胞中加入PPARγ抑制剂GW9662或LXRα抑制剂GGPP与LPS,或C3G和LPS干预培养16小时,采用实时定量PCR检测TNFαmRNA含量,观察GW9662和GGPP对C3G作用效果的影响;分化贴壁的THP-1先以IκBα磷酸化抑制剂BAY11-7082预处理细胞0.5小时,再进行C3G和LPS共同干预培养。实时定量PCR检测BAY11-7082预处理对LPS引起的炎症因子TNFα和IL-6表达改变的影响以及对C3G作用效果的影响;Western blotting检测BAY11-7082预处理对LPS引起的SRC-1蛋白改变的影响以及对C3G作用效果的影响。
结果:
①C3G对核受体的调节作用及机制分析。高通量核受体筛选实验表明C3G在高浓度条件下(100μM)对核受体PXR、LXRα、LXRβ、PPARγ表现出一定的激活作用,与对照0.1%DMSO组相比,分别为对照的1.87、1.51、1.65、1.74倍;利用人THP-1单核/巨噬细胞研究C3G对PPARγ mRNA和蛋白质表达的影响。实时定量PCR结果显示1-100μM C3G处理细胞16小时未增加PPARγ mRNA的表达,但50μM C3G显著增加了PPARγ的蛋白质含量(P<0.05)。在加入蛋白酶体抑制剂PS341后,与DMSO组相比,C3G不再显著增加PPARγ的蛋白质含量(P>0.05);在TR-FRET试验中,人工合成的LXRα配体GW3965在1.69nM-11111.11nM范围内随浓度增加而增强了荧光能量转移的能力(TR-FRET比率),并且TR-FRET比率—浓度的对数作图呈现了典型的配体结合的S型曲线,而C3G并未显著增加荧光能量转移,在1.69nM-300000nM范围内亦未呈现TR-FRET比率—浓度对数的S型曲线,说明C3G不是LXRα的直接配体。
②C3G对LPS影响的核受体活性及炎症因子TNFα和IL-6表达的作用。在转染了PPARγ和PPRE×3-TK-LUC的COS-7细胞中,LPS处理16小时降低了PPARγ的转录活性;与LPS组相比,50μM C3G预处理细胞15min即显著抑制了LPS对PPARγ转录活性的降低(P<0.05)。Western blotting实验表明C3G抑制了PPARγ的磷酸化;1ng/mL LPS干预培养16小时显著增加了THP-1细胞TNFα和IL-6 mRNA的表达和蛋白质的分泌。1ng/mL LPS与0.5μM C3G共同干预培养则显著抑制了LPS对二者mRNA和蛋白质表达的诱导;在PPARγ抑制剂GW9662和LXRα抑制剂GGPP处理的THP-1中,C3G对LPS诱导的TNFαmRNA表达的影响不再显著;1ng/mL LPS干预培养16小时对THP-1细胞SRC-1 mRNA表达无影响,却显著降低了蛋白质水平,0.5μM C3G干预培养16小时对SRC-1 mRNA表达也无影响,但恢复了LPS降低的SRC-1蛋白质水平;C3G显著抑制了LPS刺激的IκBα磷酸化及NF-κB的入核转运。抑制剂BAY11-7082预处理细胞0.5小时,抑制了LPS引起的炎症因子TNFα和IL-6表达的升高和SRC-1蛋白的降低,并且C3G的干预效果亦不再显著。
结论:
⑴高通量筛选实验表明C3G在高浓度条件下对部分核受体表现出弱的激活作用。这些核受体包括PXR、LXRs、PPARγ等。细胞实验和体外TR-FRET实验表明C3G具有增强PPARγ、LXRα转录活性的功能(如增加了ABCG1的表达),并抑制了PPARγ蛋白质降解,但C3G不是PPARγ、LXRα的直接配体。
⑵C3G显著抑制了LPS造成的核受体转录活性的降低,分析其机制,可能与抑制核受体磷酸化和增加核受体转录共激活因子SRC-1的蛋白水平有关。
⑶C3G显著抑制了LPS刺激的THP-1巨噬细胞中TNFα和IL-6的表达,表现出显著的抗炎症活性;C3G抑制LPS引起的IκBα磷酸化及NF-κB细胞核转运也是其发挥抗炎症作用的部分原因。