基于氧化应激及炎症探究黄芩黄连药对改善非酒精性脂肪性肝炎的作用机制

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目的:应用蛋白质组学、转录组学技术、体内和体外试验分析黄芩黄连药对(Scutellaria coptis herb couple,SC)对非酒精性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis,NASH)相关氧化应激、炎症的影响,进一步研究其作用机制。方法:1.SC在大鼠肝组织水平上的蛋白质组学和转录组学研究。在课题组前期已发表论文的动物实验基础上选取组织样本进行实验,肝脏病理结果表明大鼠NASH模型构建成功,SC有效改善NASH。样本选取空白组(C)、模型组(M)、SC高剂量组(SC-H,11.2 g/kg·d)。(1)提取肝组织蛋白样品进行前处理,用LTQ-Orbitrap静电场轨道阱液质联用检测,对筛选得到的差异表达蛋白(differentially expressed protein,DEPs)进行KEGG、GO富集分析,挖掘SC对于NASH可能存在的作用机制。(2)提取肝组织RNA,通过转录组学测序技术,对筛选得到的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)再进行KEGG、GO富集分析,探究SC对于NASH可能存在的作用机制。(3)q RT-PCR法检测大鼠肝组织中Nrf2、HO-1、KEAP1、NF-κB、NQO1、SOD的m RNA表达水平。2.采用转录组学和蛋白质组学技术研究SC对FFA诱导Hep G2细胞NASH模型的影响。(1)通过1m M游离脂肪酸(Free fatty acid,FFA)模拟NASH体外脂质代谢环境,并加入SC含药血清和白藜芦醇共同干预24 h。将细胞分成3组:空白组(C);模型组(M);SC含药血清高剂量组(SC-H)。(2)通过加入TRIzol提取,各组肝细胞中的RNA,通过转录组学测序技术,对检测得到的DEGs再进行KEGG、GO富集,以解析SC作用于NASH的潜在靶点和途径。(3)造模给药后,加入RIPA强裂解液提取各组的肝细胞蛋白,预处理后进行液质联用检测,对筛选得到的DEPs进行KEGG、GO富集分析,分析SC作用NASH的潜在靶点和通路。3.SC对NASH中Nrf2/TXNIP/NLRP3信号通路介导的抗氧化应激以及抗炎的作用机制研究。把Hep G2细胞和RAW264.7细胞各分成6组:空白组(C);模型组(M);SC含药血清高、中、低三剂量组(SC-H、SC-M、SC-L);白藜芦醇组(R)。(1)利用1 m M FFA诱导Hep G2细胞模拟体外NASH环境,加入SC含药血清和白藜芦醇,脂质染色、检测TG含量。(2)流式细胞术测定ROS浓度。(3)试剂盒测试各组细胞中MDA、SOD和GSH-PX。(4)WB法测定细胞内Nrf2(Nfe2l2)和TXNIP蛋白表达水平。(5)PCR法测定了各组细胞的Nrf2(Nfe2l2)、NF-κB、HO-1、KEAP1、NQO1、SOD、TXNIP、NLRP3、ASC和IL-1β的m RNA表达水平。(6)LPS(0.1μg/ml)诱导RAW264.7细胞形成体外炎症模型,给药组给予不同浓度的SC含药血清和白藜芦醇进行干预,q RT-PCR法检测各组RAW264.7细胞中Nrf2、NQO1、TXNIP、NF-κB、NLRP3、ASC的m RNA表达水平。(7)细胞转染小分子干扰核糖核酸(si RNA)沉默Nrf2,Nrf2-si RNA影响SC对NASH的作用。Nrf2-si RNA转染Hep G2细胞后,将细胞随机分为:(1)si NC组(转染NC-si RNA,无沉默作用):空白组(C-si NC)、模型组(M-si NC)、含药血清高中低三个剂量组(SC-H-si NC、SC-M-si NC、SC-L-si NC)、白藜芦醇组(R-si NC)。(2)si Nrf2组(转染特异性针对Nrf2的si RNA):含药血清高中低三个剂量组(SC-H-si Nrf2、SC-M-si Nrf2、SC-L-si Nrf2);白藜芦醇组(R-si Nrf2)。沉默Nrf2后,再次染色检测细胞内脂肪含量;用流式细胞术检测每组ROS含量;ELISA法检测IL-1β在细胞培养上清中的浓度;WB法测定Hep G2细胞内Nrf2和TXNIP蛋白表达;PCR法测定了各组Nrf2、TXNIP、NLRP3、ASC和IL-1β的含量。结果:1.(1)经过肝组织转录组学分析,我们找出SC与NASH相关的DEGs有Nrf2(Nfe2l2)Ptgs2(COX2)、Gpx2、Txn1、Il1b、Cxcl1、Ccl3、Olr1、Trem2、Igfbp6、Ccl2、Maff、Hspa1b、Junb、Atf3、Ccrl2、Nfkbiz、Tubb2a、Clec7a、Il15、Traf3、Casp1、Atf4、Lcn2Cryab、Sharpin、Traf6、Itpkc、Nfkb2、Cpt1a、Ccl4、Hmgcr、Ddit3、Card6、Relb、Ndufs1Cebpb、Ifrd1、Mcu、Sdc4、Egr1、Gsk3b、Traf2、Cd74、Trib1、Trim25、Gclm、Gsta1、Cyp2e1、Hsp90aa1、Itch、Grb2、Gpt2、Ikbkg、Insr、Gpx3、Mapk8、Ube2z、Mfn2、Hif1anPpara、Rxra、Atf6,DEGs主要参与了氧化应激、炎症、胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)信号通路等。(2)经过肝组织蛋白质组学分析,SC和NASH相关的DEPs中有AcadmCpt1a、Echs1、Fbp1、Acsl1、Adh1、Aldob、Cat、COX2、Cps1、Cyp1a2、Cyp2c11、Eef1a1Eef1a2、Fasn、Gapdh、Glo1、Gsta4、Hmgcs2、Hsp90b1、Hspa8、Ide、Ldha、Ldhb、Mat2aNdufb8、Prdx6、Tuba8、Vcp,主要参与了氧化应激、脂质代谢通路等。(3)q RT-PCR法检测Nrf2通路相关基因,在大鼠肝组织中的表达量:与空白组相比,模型组肝组织Nrf2、HO-1、NQO1和SOD的m RNA表达量显著减少,KEAP1、NF-κB的m RNA表达量显著增多;SC与白藜芦醇干预后Nrf2、HO-1、NQO1和SOD的m RNA表达均明显上升,KEAP1NF-κB的m RNA表达量显著减少。2.(1)经过Hep G2细胞转录组学分析,我们找出SC与氧化应激相关的DEGs有IL11、GCLM、FGF2、HMOX1(HO-1)、SQSTM1、TXNRD1,主要参与了TNF-α、Toll样受体等炎症通路等。(2)经过Hep G2细胞蛋白质组学分析,我们找出SC与NASH相关的DEPs有TUBA1A、CDKN1B、PKM、YWHAB、YWHAZ、AKR1A1、ENO1、LDHB、H3F3B、HSP90B1、HSPA1A、HNRNPA1,主要参与了糖脂代谢等。3.(1)油红O染色结果:结果显示,FFA成功诱导HepG2细胞模拟体外类脂代谢坏境。相比空白组,模型组显微镜视野内细胞周围环绕大量红色脂滴;SC和白藜芦醇干预后模型组细胞周围的红色脂滴数量显著减少。进一步使用ELX800吸收光酶标仪(Bio Tek)对细胞内脂肪定量分析,模型组脂肪含量增多;SC和白藜芦醇减少细胞内TG、脂肪含量。(2)试剂盒方法检测结果:与空白组比较,模型组TG、MDA浓度明显提高、SOD和GSH-PX活力值显著下降,SC和白藜芦醇干预后减少了TG、MDA浓度、提高SOD和GSH-PX活性。(3)流式细胞术结果:相比空白组,模型组ROS百分比明显提高;SC和白藜芦醇干预后减少ROS的百分比。(4)Western Blot结果:相比空白组,模型组Nrf2蛋白水平下降,TXNIP蛋白水平增加。SC干预后,Nrf2蛋白水平升高,SC降低TXNIP蛋白表达。(5)q RT-PCR结果(Hep G2细胞):相比空白组,模型组Nrf2、HO-1、SOD的m RNA水平降低,Keap1和NF-κB的m RNA水平升高;SC和白藜芦醇升高Nrf2、HO-1、NQO1、SOD的m RNA表达,降低NF-κB、Keap1的m RNA表达。(6)PCR结果(RAW264.7细胞):相比空白组,模型组Nrf2、HO-1、NQO1、SOD的m RNA含量明显降低,升高了TXNIP、NF-κB、Caspase-1、NLRP3和ASC的m RNA含量。SC和白藜芦醇干预后提高了Nrf2、NQO1、HO-1、SOD的m RNA表达;下调了TXNIP、NF-κB、ASC、Caspase-1、NLRP3的m RNA含量。(7)细胞转染小分子干扰核糖核酸(si RNA),沉默Nrf2后,SC对NASH的影响。转染Nrf2 si RNA的数据表明,SC抑制ROS生成、降低炎症因子和改善脂质沉积的作用,被Nrf2 si RNA抵消。si RNA各组由于Nrf2 si RNA,细胞脂肪含量升高、炎症因子水平显著升高和ROS生成显著增多。Nrf2 si RNA显著降低Nrf2的表达水平,显著升高TXNIP、NLRP3、ASC和IL-1β的表达水平。结论:1.通过对NASH模型大鼠肝组织的转录组学、蛋白质组学研究,表明SC可能是通过氧化应激(Nrf2信号通路)或炎症等相关信号通路来影响NASH。2.通过对Hep G2细胞NASH体外模型的转录组学、蛋白质组学研究,发现SC可能是通过氧化应激、脂质代谢相关信号通路来影响NASH。3.SC可以减弱FFA诱导的Hep G2细胞脂肪变性,减少RAW264.7细胞内炎症因子水平;降低Hep G2细胞ROS的百分比,提高SOD、GSH-Px活性,激活Nrf2信号通路,从而增强细胞的抗氧化功能并缓解炎症。转染Nrf2-si RNA后发现,SC对ROS及其炎症因子所致的细胞损害产生了保护功能,其作用机理是通过Nrf2/TXNIP/NLRP3信号通路,达到改善氧化应激和炎症反应的目的,最终改善NASH。
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