不同表面电荷和尺寸纳米硒对血管内皮细胞功能障碍的影响及机制

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心血管疾病(CVDs)的发病率和病死率居首位,且仍处于上升阶段。动脉粥样硬化(AS)是心血管疾病的主要病理基础,因此研究AS的防治具有重要的意义。已有研究表明,适量硒摄入可以通过抑制氧化应激、炎症、血管细胞凋亡和血管钙化来预防AS。相较于传统的硒形态,纳米硒(Se NPs)具有优良的生物活性和较低的毒性,在生物医学领域受到较大关注。我们先前的研究发现,纳米硒可以抑制AS模型动物的高血脂和氧化应激,从而可能有预防AS的作用,但是对其作用机制还不甚清楚。众所周知,纳米材料与细胞的相互作用不仅取决于纳米颗粒的形状,还受纳米材料表面性质和尺寸的影响。因此,本文以人脐静脉内皮细胞(EA.hy 926)为研究对象,探究不同表面电荷和尺寸的纳米硒对AS发生发展的关键始发事件—血管内皮细胞功能障碍的影响及其可能的机制,为纳米硒预防AS提供机理解释,并为设计纳米医用材料提供实验依据。主要结果如下:(1)不同表面电荷Se NPs对内皮细胞功能障碍的影响及机制采用湿化学还原法,以亚硒酸钠为前驱体、抗坏血酸为还原剂、壳聚糖(CS)或海藻酸(SA)为表面修饰剂,分别制备表面带正电荷的壳聚糖纳米硒(CS-Se NPs)和表面带负电荷的海藻酸钠纳米硒(SA-Se NPs)。利用H2O2诱导EA.hy 926细胞构建氧化损伤导致的内皮功能障碍模型。与单独用H2O2处理的细胞相比,CS-Se NPs和SA-Se NPs预处理不仅显著抑制H2O2诱导的内皮细胞损伤及内皮细胞功能障碍相关标志物的表达,而且还抑制了H2O2诱导的氧化应激,促进抗氧化硒酶和硒蛋白的表达。此外,CS-Se NPs和SA-Se NPs还可逆转H2O2对Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)-核因子E2相关因子2(Nrf2)/抗氧化反应元件(ARE)信号通路的调控作用。这些结果表明,CS-Se NPs和SA-Se NPs被摄入内皮细胞后,可以通过调节Keap1-Nrf2/ARE信号途径,减轻H2O2诱导的氧化应激损伤,进而抑制内皮细胞损伤及功能障碍。从总体上看,SA-Se NPs和CS-Se NPs在改善H2O2诱导的内皮细胞功能障碍方面没有显著性差异。(2)不同尺寸Se NPs对内皮细胞功能障碍的影响及机制采用湿化学还原法,以亚硒酸钠为前驱体、谷胱甘肽为还原剂、牛血清白蛋白为表面修饰剂,通过控制反应条件,制备出小(约20 nm)、中(约40 nm)、大(约80 nm)三种尺寸的牛血清白蛋白纳米硒(BSA-Se NPs)。与单独用H2O2处理的细胞相比,三种不同尺寸Se NPs预处理不仅显著抑制H2O2诱导的内皮细胞损伤及内皮细胞功能障碍相关标志物的表达,而且还抑制了H2O2诱导的氧化应激,促进抗氧化硒酶和硒蛋白的表达。这些结果表明,三种不同尺寸Se NPs进入内皮细胞后,可以通过激活硒酶和硒蛋白,减轻H2O2诱导的氧化应激损伤,进而抑制内皮细胞损伤及功能障碍。从总体上看,大尺寸纳米硒改善H2O2诱导的内皮细胞功能障碍的作用强于其他两种尺寸的纳米硒。
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