2018-4中国药理学通报封面

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1 544 中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBuletin 2018Apr;34(4):544~50 网络出版时间 : :27 网络出版地址 :htp://kns.cnki.net/kcms/detail/ r html 补骨脂二氢黄酮甲醚诱导 HepaRG 细胞损伤机制探讨 季宇彬 1, 王敏 1, 王姗 2, 罗云 2, 孙桂波 2 2, 孙晓波 (1. 哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心, 黑龙江哈尔滨 ; 2. 中国医学科学院药用植物研究所药理毒理中心, 北京 ) doi: /j.isn 文献标志码 :A 文章编号 : (2018) 中国图书分类号 :R282 71;R284 1;R322 47;R329 24; R329 25;R575;R977 3 摘要 : 目的利用 HepaRG 细胞, 探讨补骨脂二氢黄酮甲醚毒性剂量及其毒性作用机制 方法 MTT 法确定毒性及剂量 以浓度为 μmol L -1 的补骨脂二氢黄酮甲醚作用于细胞 24h 后, 首先利用 Hoechst33342/PI 及 LDH 的方法检测细胞死亡, 并检测凋亡相关蛋白 Bax Bcl 2 caspase 3 活性 通过检测线粒体膜电位 ATP 含量 线粒体膜通道开放孔开放性及细胞色素 C 的含量, 观察其对线粒体损伤的影响 结果补骨脂二氢黄酮甲醚给药 24h 后, 凋亡蛋白 Bax/Bcl 2 比例 caspase 3 活性随药物浓度增大而增加, 在 6 25~25μmol L -1 时, 其凋亡率呈现明显的剂量依赖性, 但在 25μmol L -1 时细胞以坏死为主 作用 24h 后线粒体损伤相关指标明显加剧 结论补骨脂二氢黄酮甲醚作用于 HepaRG 细胞后通过损伤线粒体诱导细胞凋亡和坏死 关键词 : 补骨脂二氢黄酮甲醚 ; 药物性肝损伤 ; 线粒体损伤 ; 凋亡 ; 坏死 ; 细胞色素 C 药物性肝损伤 (drug inducedliverinjury,dili) 是指各种的处方药及非处方药造成的肝损伤, 主要包括小分子化学物质 生物制剂 中药 天然药物 保健品和膳食补充剂 [1] 目前, 随着各种新药研发及临床联合用药的增多, 使 DILI 发病率逐年增多 [2] 但是其影响因素较多, 临床早期症状不明显, 发病具收稿日期 : , 修回日期 : 基金项目 : 国家科技部 重大新药创制 科技重大专项 (No 2015ZX ); 中国医学科学院医学与健康科技创新工程 (No M 1 013) 作者简介 : 季宇彬 (1956-), 男, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向 : 肿瘤药理学,E mail: @qq.com; 孙晓波 (1958-), 男, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向 : 中药及复方药效物质基础及分子机制, 通讯作者,E mail: sun_xiaobo163@163.com; 孙桂波 (1973-), 女, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向 : 中药及复方药效物质基础及分子机制, 通讯作者,E mail: sunguibo@126.com 有不可预测性, 近 10 年来, 已成为最常见且最严重临床副反应, 给临床用药和新药研发都造成巨大的障碍, 引起了广泛的关注 [3-4] 因此, 解决此问题已成为研究者的重大挑战 DILI 按其发病机制不同分为固有型 DILI 和特异质型 DILI, 前者与药物剂量有关, 后者涉及遗传代谢因素 [5] 其毒性作用机制主要涉及氧化应激 线粒体损伤 炎症反应 内质网应激等方面 HepaRG 人肝细胞能表现人原代肝细胞的大部分功能, 其对 CYP 酶的诱导和抑制作用与人原代肝细胞基本一致 有研究表明, 在毒理学研究方面, 其细胞毒性与原代肝细胞表现相吻合 [6], 而且还有异于原代肝细胞的优势, 非常有希望成为人原代肝细胞的替代物 根据最近文献报道,Hep arg 细胞系在用于药物诱导的肝毒性筛选方面显示出比 L 02 HepG 2 hiheps PRLs4 种肝细胞都优越的特点 [7] 线粒体是肝脏内重要的细胞器之一, 是细胞生存的主要能量来源, 对于细胞内能量代谢 凋亡和衰老具有重要作用, 是药物作用的关键靶标, 药物导致的肝细胞凋亡能改变线粒体的功能和能量状态, 因此, 线粒体被认为是介导肝细胞损伤和凋亡的中心环节, 介导肝细胞死亡的多种途径 [8] 线粒体损伤主要表现在线粒体呼吸酶活性的降低 氧自由基的增多 线粒体膜电位的降低 线粒体膜通透性增加 钙紊乱等方面 线粒体损伤导致肝细胞死亡的关键环节之一就是线粒体膜通道开放孔的开放, 随后介导线粒体膜电位的降低 线粒体呼吸链及 ATP 合成障碍, 大量离子和水等进入线粒体基质, 引起基质肿胀 线粒体膜破裂 细胞色素 C 等促凋亡因子释放, 进而激活凋亡家族蛋白引起细胞死亡 [9-10] 在我国引起 DILI 的前 5 类药物中, 中药排在第 1 位 因此对于中药造成的 DILI 更应加强监管 预测及治疗 补骨脂是豆科植物补骨脂的干燥成熟果实, 药理作用广泛, 临床应用较多 补骨脂二氢黄酮甲醚是补骨脂乙醇提取物中的一种黄酮类化合物, 研究表明其具有抗炎 抗肿瘤, 抗氧化 神经保护 治疗哮喘及心血管疾病等方面的作用 [11], 药物临床开发应用

2 中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBuletin 2018Apr;34(4) 545 价值较大 因此, 我们利用 HepaRG 细胞对其肝毒性进行检测, 并对其毒性作用机制做初步探究 1 材料 1.1 细胞 HepaRG 细胞购自上海冠导生物工程有限公司 ;HepG 2 细胞购自协和细胞库 1.2 药物与试剂补骨脂二氢黄酮甲醚 ( 批号 : ), 纯度 99 93%, 购自上海融禾医药科技发展有限公司 ;MTT JC 1 染料 (Sigma 公司 );Hoechst 33342/ 碘化丙啶 (propidiumiodide,pi) 凋亡检测试剂 (Invitrogen 公司 ); 乳酸脱氢酶 (lactatedehydrogen ase,ldh) 试剂盒 (C0016) ATP 试剂盒 (S0027) 均购自碧云天公司 ; 线粒体膜通道开放孔 (mitochon drialpermeabilitytransitionpore,mptp) 试剂盒 ( 杰美 GMS v.A);caspase 3 活性检测试剂盒 (Bio visionk105 25); 细胞色素 C(cytochromeC,cytC) 抗体 (Abcam 公司 );Bax 抗体 Bcl 2 抗体 (Protein tech 公司 );BCA 蛋白定量试剂盒 高灵敏度化学发光检测试剂盒, 均购自北京康为世纪生物科技有限公司 1.3 仪器 ZHJH C1115B 型超净工作台 ( 上海智成分析仪器制造有限公司 ),HeraeusBB15 型二氧化碳细胞培养箱 ( 美国 ThermoScientific),Infinite M1000 型酶标仪 ( 瑞士 Tecan 公司 ),EVOS FLIma ging 倒置荧光显微镜 ( 美国 LifeTechnologies), 电泳槽 转膜槽 凝胶成像仪 ( 美国 Bio Rad) 2 方法 2.1 补骨脂二氢黄酮甲醚对 HepaRG 细胞毒性作用取对数生长期的 HepaRG 细胞, 调整细胞密度至 L -1 接种于 96 孔板,37 5% CO 2 的培养箱中培养至密度达 70% ~80%; 分别设空白组, 不同浓度药物组与细胞作用 24h 后, 每孔加入 100 μlmtt 染液 (5g L -1 溶于 PBS 中 ),37 5% CO 2 培养箱中继续培养 4h; 弃上清, 每孔加 150μL 的 DMSO 溶液, 振荡 3min, 置于全自动酶标仪 570 nm 处测定其吸光度值, 并计算其半数致死量 2.2 补骨脂二氢黄酮甲醚对 HepaRG 细胞死亡方式的影响药物处理方式 : 分别设置空白组 补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 剂量组, 作用 24h Hoechst33342/PI 染色检测药物对 HepaRG 细胞凋亡的影响药物处理结束后, 弃上清, 用 PBS 洗 2 次, 加入 Hoechst33342 染料, 终浓度为 10g L -1,37 孵育 15min, 弃染料,PBS 洗 2 次, 加入 PI 染料 100μL(5g L -1 ),37 孵育 10min, 弃染料, 加 100μLPBS, 置荧光显微镜下拍片 LDH 试剂盒检测药物对 HepaRG 细胞坏死的影响药物处理结束后, 弃上清, 加入 150μL PBS 稀释 10 倍的 LDH 释放试剂, 孵育 1h, 静置, 每孔取上清 120μL 到新的 96 孔板中, 酶标仪检测 Westernblot 检测药物对 HepaRG 细胞中 Bax/Bcl 2 蛋白的影响培养瓶接种细胞, 药物处理结束后, 弃上清,PBS 洗 1 遍, 加入胰蛋白酶消化后, 1500r min -1 离心 5min 收集细胞,500μLPBS 重悬细胞,3000r min -1 离心 5min, 加入蛋白酶裂解液, 以 95% 的功率超声 1min,4 静置 30min, 12000r min -1 离心 30min, 取上清液 BCA 定量蛋白浓度 取定量后的蛋白加 5 loadingbufer 煮沸变性,SDS PAGE 电泳 80V 分离,300mA 恒流湿转至 NC 膜, 再用含 5% 脱脂奶粉的 TBST 封闭 2h, 一抗封闭过夜,TBST 清洗 3 次, 每次 15min, 二抗封闭 90min, 重复 TBST 清洗步骤, 加显色剂显影 caspase 3 试剂盒检测药物对 HepaRG 细胞 中 caspase 3 活性的影响药物处理结束后, 弃上清, 加入细胞裂解液, 冰上孵育 10min, 每孔加入 2 bufer20μl, 再每孔加入 DEVD AFC2μL, 混匀, 37 避光孵育 2h, 酶标仪 400~505nm 检测 2.3 补骨脂二氢黄酮甲醚对线粒体影响 线粒体膜电位检测试剂 (JC 1) 检测药物对 HepaRG 细胞线粒体膜电位的影响药物处理结束后, 加入 JC 1 染料 (10g L -1 )100μL,37 避光孵育 30min, 去除染料,PBS 洗 2 次, 每孔加 PBS100 μl, 荧光显微镜下拍片 另取 6 孔板, 药物处理结束后, 弃上清液,PBS 洗 2 次, 加入胰酶消化后, 1500r min -1 离心 5min 收集细胞, 弃上清, 加 JC 1 染料,37 避光孵育 30min, 离心, 去除染料,400 μlpbs 重悬细胞, 转移至 96 孔板, 每孔 100μL,3 个复孔 置酶标仪 514~585nm 检测 ATP 试剂盒检测药物对 HepaRG 细胞能量代谢的影响 6 孔板接种细胞, 药物处理结束后, 弃上清液, 每孔加入 200μL 裂解液, 充分裂解后, g 离心 5min, 取上清, 转移至 96 孔板, 每孔 60μL,3 个复孔, 每孔加 100μLATP 检测工作液, 并根据试剂盒做其标准曲线, 酶标仪检测 MPTP 试剂盒检测药物对 HepaRG 细胞线粒 体膜通道的影响药物处理结束后, 弃上清, 加入 100μL37 预热的 GENMED 清理液清洗细胞, 抽去清理液, 加 100 μl 含有 GENMED 染色液和 GENMED 中和液的 GENMED 染色工作液 (1 100) 到 1 个细胞培养孔, 覆盖培养皿表面,37 避光孵育 20min, 抽去染色工作液, 再加清理液 100μL,

3 546 中国药理学通报 C P m Bu 8A 3 4 4 F D b 4 珋± x 6 A C m 4 d b B 4 x u b C b b 5 6 5μm L b 3 5μm L d b 6 5μm L b 5μm L b 5 μm L b 5 μm L b L μm 洗 次 再加 μl清理液 酶标仪下 以激发波 4 8 8 m 发射波 5 5 m检测 并于荧光显微镜下拍照 4 W b 检测药物对 H RG细胞中 C蛋白的影响 方法同 3 3 结果 补骨脂二氢黄酮甲醚毒性剂量筛选结果 补 骨脂 二 氢 黄 酮 甲 醚 在 种 细 胞 中 以 浓 度 为 565 3 5 μm L 作用 4后 MTT 法检测其细胞存活率结果见 F B 细胞形态见 F RG细胞呈现肝细胞样颗粒状上皮细 A 正常 H 胞 随药物浓度增加 细胞出现死亡 细胞形态皱缩 呈圆形 计算其 I C5值分别为 H RG 97μm L H G 5 75μm L 补骨脂二氢黄酮甲醚诱导细胞损伤 补骨脂二氢黄酮甲醚对细胞凋亡的影响 补骨脂二氢黄酮甲醚 6 5 5 5μm L 作用 4后发现 在 6 5 5μm L 时 正常细胞 呈浅蓝色荧光 而具有细胞凋亡特征细胞核表现为 固缩形态或颗粒状的荧光 呈亮蓝色的细胞数量逐 珋± F E b 4 d x 3 渐增多 此时 PI染色的红色荧光并不明显 细胞以 W w E u Y w w N 凋亡为主 但是在 5μm L 时 毒性较强 细胞 u u A C B b 6 5μm L C b 呈红色荧光 细胞主要表现为坏死 F 5μm L D b 5μm L E Qu P

4 中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBuletin 2018Apr;34(4) LDH 检测补骨脂二氢黄酮甲醚导致的细胞坏死在检测细胞凋亡的情况下, 我们有对坏死指标 LDH 活力进行检测, 发现补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 作用 24h 后, 细胞 LDH 活力在 6 25μmol L -1 时增加不明显, 而在 μmol L -1 时明显增加, 与之前 Hoechst33342 结果相吻合, 在 25μmol L -1 时 HepaRG 细胞以坏死为主 (Fig3) 作用 24h 后, 随药物浓度增大,caspase 3 活性不断增强 (Fig5) Fig5 Efectofbavachininfor24honactivity ofcaspase 3( x±s,n=3) 珋 P<0 01vscontrol Fig3 Efectofbavachininfor24honLDH leakage( x±s,n=3) 珋 P<0 01vscontrol 补骨脂二氢黄酮甲醚对 Bax Bcl 2 蛋白的影响补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 作用 24h 后, 随药物浓度增大,Bax/Bcl 2 比值不断增加 (Fig4) Fig4 Efectofbavachininfor24honactivity ofbaxandbcl 2( x±s,n=3) 珋 A:ProteinbandofBaxandBcl 2;B:GrayscalescanningBax/Bcl 2. P<0 01vscontrol 补骨脂二氢黄酮甲醚对 caspase 3 活性的影响补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L 补骨脂二氢黄酮甲醚对线粒体的影响 补骨脂二氢黄酮甲醚对线粒体膜电位的影响补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 作用 24h 后, 随药物浓度增大, 线粒体膜电位逐渐降低 (Fig6) 补骨脂二氢黄酮甲醚对细胞内 ATP 的影响补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 作用 24h 后, 随药物浓度的增大, 细胞内 ATP 含量不断降低 (Fig7) 补骨脂二氢黄酮甲醚对细胞 MPTP 的影响补骨脂二氢黄酮甲醚 μmol L -1 作用 24h 后,MPTP 通透性逐渐增大 (Fig8) 补骨脂二氢黄酮甲醚对细胞 cytc 蛋白的影响 Westernblot 检测发现,cytC 蛋白浓度随药物浓度的升高而升高 (Fig9), 说明细胞死亡过程中涉及 cytc 的释放, 且补骨脂二氢黄酮甲醚毒性作用诱导细胞凋亡 4 讨论肝脏作为药物代谢的主要场所, 也更容易成为药物损伤的主要器官 近年来, 关于 DILI 的报道越来越多, 且每年都呈上升趋势, 但是由于其临床发病的不可预测性及早期临床症状不明显等因素, 可能其发病率远大于报道 [2], 因此, 解决这一问题尤为重要 线粒体是多种药物作用的靶点, 因而成为药物临床应用及研发的又一大障碍 有研究表明, 线粒体在肝细胞损伤的早期即发生结构和功能的改变是

5 548 中国药理学通报 C P m Bu 8A 3 4 4 F 8 E b m b m d F 6 E b m m d 珋± 3 m mb 4 x 珋± m mb J C 4 x 3 A C B 6 5μm L C 5μm L D 5 A C B 6 5μm L C 5μm L D 5μm L E Qu J C d u μm L E Qu MPTP u P 5 P 5 P P F 7 E b m u ATP 珋± 3 4 x P 凋亡的执行者 3 MPTP在引起细胞的凋亡和坏死 中都具 有 重 要 作 用 MPTP开 放 初 期 启 动 细 胞 凋 亡 使线粒体肿胀 外膜破裂 细胞色素 C释放 但 是随药物损伤的加剧 线粒体氧化磷酸化解偶联 其 ATP的合成受阻 产生能量代谢障碍 在ATP耗 竭 F 9 E b 4 珋± C x 3 A C C dβ b d B G C β P 5 P

6 中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBuletin 2018Apr;34(4) 549 时, 细胞发生坏死 [14] 根据上述实验结果我们发现, 补骨脂二氢黄酮甲醚在低浓度 6.25μmol L -1 时就可以导致 MPTP 的开放, 在此期间还伴随着线粒体膜电位的降低,ATP 合成降低, 细胞色素 C 活性增强, 并且随药物浓度增加线粒体损伤加剧 对凋亡相关指标检测时发现, 随药物浓度增加,Bax/ Bcl-2 蛋白比例增大,caspase 3 活性增强, 但在高剂量 25μmol L -1 时, 此时细胞虽然仍有凋亡, 但主要表现为坏死 所以我们推测, 补骨脂二氢黄酮甲醚导致的 HepaRG 细胞的凋亡和坏死, 应该是通过损伤线粒体介导的, 在 μmol L -1 时, 损伤较轻, 细胞以凋亡为主, 而在 25μmol L -1 时, 损伤过重, 细胞以坏死为主 补骨脂由于其药理作用广泛, 深受临床用药的欢迎, 但是目前大量的临床及实验研究都表明补骨脂存在肝毒性, 而且其成分复杂, 毒性成分难以确认, 是否存在药物之间的相互作用关系也尚未知晓 此外, 国家食品药品监督管理总局药品评价中心对补骨脂进行的风险评估也表明, 补骨脂用药风险主要为肝损伤, 因此, 明确其肝毒性成分, 了解其毒性作用, 并有效规避其毒副作用, 对于提高补骨脂临床用药的安全性具有重要意义 目前针对补骨脂二氢黄酮甲醚的研究甚少, 主要集中在其保护作用方面, 而且其作用机制等尚不明确, 因此加强对补骨脂二氢黄酮甲醚研究, 对指导临床用药提高临床用药价值都具有非常重要的意义 参考文献 [1] YuYC,MaoYM,ChenCW,etal.CSHguidelinesforthediag nosisandtreatmentofdrug inducedliverinjury[j].hepatolint, 2017,11(3): [2] TujiosS,FontanaRJ.Mechanismsofdrug inducedliverinjury: frombedsidetobench[j].natrevgastroenterolhepatol,2011,8 (4): [3] Bj rnsones,bergmannom,bj rnsonh K,etal.Incidence, presentation,andoutcomesinpatientswithdrug inducedliverinju ryinthegeneralpopulationoficeland[j].gastroenterology,2013, 144(7): [4] MiguelA,AzevedoLF,AraújoM,etal.Frequencyofadverse drugreactionsinhospitalizedpatients:asystematicreview and meta analysis[j].pharmacoepidemioldrugsaf,2012,21(11): [5] 王书杰, 王沛, 李晓天, 等. 药物性肝损伤的代谢 遗传学机制 [J]. 中国药理学通报,2016,32(7): [5] WangSJ,WangP,LiXT,etal.Metabolicandgeneticmecha nismsofdrug inducedliverinjury[j].chinpharmacolbul, 2016,32(7): [6] 蒋黎, 王宇明.HepaRG 细胞的生物学特点及其应用 [J]. 肝脏,2010,15(5): [6] JiangL,WangYM.BiologicalcharacteristicsofHepaRGcels andtheirapplication[j].chinhepatol,2010,15(5): [7] WuY,GengXC,WangJF,etal.TheHepaRGcelline,asuperior invitromodeltol 02,HepG 2 andhihepscellinesforasesing drug inducedliverinjury[j].celbioltoxicol,2016,32(1): [8] DragovicS,VermeulenNP,GeretsH H,etal.Evidence based selectionoftrainingcompoundsforuseinthemechanism basedin tegratedpredictionofdrug inducedliverinjuryinman[j].arch Toxicol,2016,90(12): [9] KinnalyKW,PeixotoPM,RyuSY,etal.IsmPTPthegate keeperfornecrosis,apoptosis,orboth[j]?biochimbiophysacta, 2011,1813(4): [10] 冯癑, 霍璇, 胡金芳, 等. 替芬泰对 HepG 2 细胞的线粒体毒性 [J]. 中国药理学通报,2017,33(9): [10]FengY,HuoX,HuJF,etal.Themitochondrialtoxicityofbentys repinineonhepg 2 cels[j].chinpharmacolbul,2017,33(9): [11] ZarmouhNO,MazioEA,ElshamiFM,etal.Evaluationofthe inhibitoryefectsofbavachininandbavachinonhumanmonoamine oxidasesa andb[j].evidbasedcomplementalternatmed, 2015,2015: [12] 杨婷婷, 江振洲, 张陆勇. 经由线粒体损伤诱发的药源性肝损伤研究进展 [J]. 药学进展,2014,38(11): [12] YangTT,JiangZZ,ZhangLY.Researchprogresindrug in ducedliverinjuryviamitochondrialdamage[j].progpharmsci, 2014,38(11): [13]NagleyP,HigginsGC,AtkinJD,etal.Multifaceteddeathsor chestratedbymitochondriainneurons[j].biochimbiophysacta, 2010,1802(1): [14]KonK,KimJS,JaeschkeH.Mitochondrialpermeabilitytransition inacetaminophen inducednecrosisandapoptosisofculturedmouse hepatocytes[j].hepatology,2004,40(5): Studyonmechanism ofheparg celinjuryinducedbybavachinin JIYu bin 1,WANGMin 1,WANGShan 2,LUOYun 2,SUNGui bo 2,SUNXiao bo 2 (1.ResearchCenteronLifeSciencesandEnvironmentalSciences,HarbinUniversityofCommerce, Harbin ,China;2.PharmacologyandToxicologyCenter,InstituteofMedicinal PlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,Beijing ,China) Abstract:Aim Toprobeintothebavachinintoxic mechanismsinhepargcels.methods MTTasay

7 wasusedtodeterminetoxicityanddose.aftertreated with6 25,12 5and25μmol L -1 bavachininfor24 h,theceldeathwasinvestigatedbyhoechst33342/ PI,LDH,caspase 3activity,andBax,Bcl 2expresion levels.mitochondrialdamagewasdetectedbymito chondrialmembranepotential,atpcontent,opennes ofmitochondrialpermeabilitytransitionporeandcyto chromec level.results Bavachininadministration up regulatedbax/bcl 2 ratioand caspase 3 activity withincreaseofdrugconcentrationafter24h.apop toticrateincreasedinadose dependentmannerbe tween6.25and25μmol L -1,butwhenreachedto 25μmol L -1,celsshowedmorenecrosis.Mitochon drialinjuryindicatorssignificantlyincreasedafter24h. Conclusion BavachinininducesHepaRGcelapopto sisandnecrosisthroughmitochondriainjury. Keywords:bavachinin;drug inducedliverinjury;mi tochondrialinjury;apoptosis;necrosis;cytochromec

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