刺梨黄酮经由Caspase-3/AIF干预辐射损伤的分子机制

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背景:放疗是临床用于治疗肿瘤的三大方法之一,其原理是射线作用于肿瘤组织,引起肿瘤细胞凋亡,抑制肿瘤组织的生长来达到治疗目的;但放疗在损伤肿瘤细胞的同时也会对人体正常细胞造成伤害。刺梨黄酮(FRT)作为从刺梨果实中提取出来的黄酮类化合物,对体外的氧化自由基有较好的清除能力,前期实验表明,FRT能提高辐射后小鼠的存活率和存活时间,本实验利用60Coγ射线制备小鼠和细胞辐射损伤模型,来研究刺梨黄酮的辐射保护作用机制。目的:提取和纯化FRT并对其有效成分进行含量测定,通过体内外实验来评价FRT的辐射防护作用,以Caspase3和AIF为靶分子探讨其辐射防护作用的分子机制。方法:使用90%乙醇从刺梨果实中提取分离刺梨总黄酮,使用大孔树脂进行分离纯化得精制刺梨黄酮,HPLC和LC-MS方法对FRT中的主要成分进行定性和定量测定。将小鼠随机分为4组:(1)空白(Normal)对照组,(2)辐射(60Coγ射线,6 Gy)组,(3)FRT 30 mg/Kg,(4)FRT 60 mg/Kg;辐射前给药4天,60Coγ射线一次照射制备小鼠辐射损伤模型。观察FRT对辐射损伤小鼠的30天生存率的影响,辐射后不同时间点取材,观察FRT对肝脏、脾脏、胸腺和睾丸的病理学变化,脾结节形成率的变化以及精子畸变率的影响。MTT法检测FRT对小鼠胸腺细胞的毒性和防护作用,利用彗星尾实验观察FRT对辐射细胞DNA的保护作用,流式细胞仪检测FRT对辐射细胞凋亡的保护作用,DNA ladder实验检测FRT对DNA断裂的保护作用,Hoechst凋亡染色检测FRT对小鼠胸腺组织凋亡的保护作用,DCFH-DA荧光探针检测FRT对辐射损伤细胞ROS含量的影响,Fluo3-AM荧光探针检测FRT对辐射损伤细胞内Ca2+含量的影响。以Caspase3和AIF为靶分子研究FRT对辐射损伤细胞凋亡信号通路相关蛋白的影响,辐射后不同时间点提取蛋白,检测Caspase8、Caspase9、Caspase3、PARP-1和AIF蛋白的表达。使用Caspase3和PARP-1抑制剂给予细胞,检测抑制剂对Caspase3、PARP-1和AIF蛋白的表达和细胞凋亡的影响。使用RT-PCR检测细胞内Caspase3、PARP-1和AIF基因的表达变化趋势。结果:(1)FRT的提取分离和成分鉴定使用90%的乙醇提取,再经过大孔树脂进行分离纯化,能得到较高浓度的FRT,符合药用标准;FRT中含有儿茶素和槲皮素。(2)FRT对辐射损伤小鼠的保护作用FRT可以提高6Gy 60Coγ照射后小鼠的30天存活率和存活时间,增加小鼠肝脏和血清中SOD的含量,降低MDA的含量,降低脂质的过氧化。FRT可以减少辐射后小鼠脾脏组织形态学的损伤,内源性脾结节的形成较单纯辐射组小鼠明显增多。辐射后小鼠胸腺出现明显的萎缩,经FRT处理能减少小鼠胸腺的萎缩,抑制胸腺组织的凋亡和过度纤维化。FRT减少辐射导致的小鼠肝脏和睾丸的病理学变化,同时降低精子的畸形率。(3)FRT对辐射损伤小鼠胸腺细胞的保护作用提取给予FRT可以提高辐射损伤小鼠胸腺细胞的活力,减少辐射后胸腺细胞凋亡。(4)FRT辐射防护作用的分子机制FRT能够清除细胞内过量的ROS、降低DNA的损伤、减少辐射后细胞内钙离子内流来发挥辐射保护作用;通过抑制Caspase8、Caspase9和Caspase3的激活,来降低PARP-1的裂解,减少Caspase3/PARP-1信号通路的活化;FRT能够抑制AIF蛋白的核移位,减轻DNA的损伤;FRT还能够通过减少AIF基因的表达,同时增加Caspase3和PARP1基因的表达来减少细胞的凋亡。结论:FRT能够显著提高辐射小鼠的存活率和存活时间,对小鼠的组织器官具有较好的保护作用;给予FRT能够有效地抑制辐射对小鼠胸腺细胞的损伤,提高细胞活力,抑制细胞凋亡。FRT能够降低细胞内过量的ROS,维持氧化还原平衡,抑制细胞内Ca2+含量的增加,保护细胞DNA的结构完整性。FRT通过抑制Caspase3和AIF信号通路蛋白的激活来减少细胞的凋亡。FRT能够抑制AIF m RNA的表达同时增加Caspase3 m RNA和PARP1 m RNA的表达来减少细胞的凋亡。FRT通过调节细胞内多种蛋白和基因的表达,达到抗氧化、抗凋亡的辐射防护作用,有望成为应用广泛的辐射防护剂。
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