姜黄素调控JAK2/STAT3通路以及巨噬细胞功能在非酒精性脂肪性肝病的机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shimin_job
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背景:非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指除酒精和其他明确的肝损伤因素导致的,以肝细胞内脂质过度沉积为主要特征的一种临床病理综合征,其发生发展过程中脂滴形成率、脂滴动员率和脂蛋白或胆汁酸分泌之间的不平衡均可导致脂质过多积聚。NAFLD包括不同的组织病理学阶段,从临床上无症状的肝脂肪变性到非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH),乃至肝纤维化、肝硬化,最终可能发展为肝细胞癌。姜黄素是姜黄中主要的活性多酚类成分,对神经炎性疾病、风湿性疾病、传染病、恶性肿瘤、动脉粥样硬化和心肌梗死等具有良好的治疗作用,已成为研究热点。近年来有较多研究表明姜黄素在治疗肝病方面有良好的应用前景,例如通过作用于不同种类的细胞因子、调节多种信号通路,发挥抗纤维化作用,诱导脂质积累和氧化应激,以及在抑制肝癌的发生和发展中起关键作用。然而,姜黄素保护非酒精性脂肪肝的确切机制仍不清楚。研究发现两面神激酶2/信号转导与转录激活子3(The Janus kinase/signal transducer and activator of transcripions 3,JAK2/STAT3)信号通路在多种炎症疾病的发生发展过程中扮演重要角色,在肝脏疾病中,缺血再灌注损伤、缺血后处理以及一些药物的抗肝损伤作用都与活化JAK2/STAT3信号通路有关。此外,JAK2/STAT3通路的活化与抗细胞氧化应激以及维持线粒体功能密切相关。因此我们提出假设:姜黄素可能通过激活JAK2/STAT3信号通路发挥抗非酒精性脂肪肝作用。此外,我们还探究了姜黄素对于肝脏纤维化发生发展的影响。目的:1.明确姜黄素是否具有抗非酒精性脂肪肝细胞内质网氧化应激以及细胞凋亡作用,进一步明确姜黄素是否通过调控JAK2/STAT3信号通路发挥抗非酒精性脂肪肝的保护作用;2.探究姜黄素对于肝脏纤维化发生发展的影响,明确姜黄素是否可以抑制非酒精性脂肪肝发生发展过程中肝星状细胞的异常激活,以及初步阐述其抑制机制。方法:第一部分:1.体内实验:对8-10周龄C57BL/6J雄性小鼠(18-22g)自适应喂养1周后,随机分为对照组(Control组)、对照+姜黄素组(Control+Cur组)、高脂饮食组(HFD组)和高脂饮食+姜黄素组(HFD+Cur组),每组10只,Control组及Control+Cur组仅饲喂常规饲料,其余2组饲喂60%高热量饲料诱导脂肪肝。喂食6周后,Control+Cur组及HFD+Cur组给予姜黄素灌胃(150 mg/(kg·d))4周,其余2组给予等体积0.9%生理盐水作为对照。完成造模后:(1)尾静脉注射DHR-ROS,并采用荧光显微镜对小鼠肝脏进行了拍摄,进行活体肝脏氧化应激的观察。(2)处死小鼠采集标本:采集外周血,ELISA法测定ALT、AST、炎性细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α趋化因子(CCL2,CCL3和CCL5);取肝脏组织,进行H&E染色、油红染色、天狼星红染色,ELISA法测定肝组织TG、MPO、ROS,PCR法测定COL1A1 m RNA,流式细胞术进行中性粒细胞定量、凋亡细胞定量。2.体外实验:(1)采用油酸刺激肝原代细胞制作非酒精性脂肪肝细胞模型,并按不同浓度姜黄素处理分为四组:油酸组(Oleic组);油酸+姜黄素1μM组(Oleic+Cur1μM组);油酸+姜黄素4μM组(Oleic+Cur4μM组);油酸+姜黄素8μM组(Oleic+Cur8μM组)。ELISA法检测细胞培养上清液中ALT、AST以及细胞TG定量,CCK8法检测细胞活力,脂质荧光染色并进行脂质荧光强度定量,Western blotting法检测BCL2、BAX、P-JAK2、p-STAT3表达情况并根据蛋白条带的表达灰度值,进行量化分析。(2)采用油酸刺激肝原代细胞制作非酒精性脂肪肝细胞模型,按照先给予JAK2 si RNA转染,后加入姜黄素干预的不同处理方法分为四组:油酸组(Oleic组)、;姜黄素+油酸组(Cur+Oleic组);JAK2 si RNA+油酸组(JAK2 si RNA+Oleic组);JAK2 si RNA+姜黄素+油酸组(JAK2 si RNA+Cur+Oleic组)。ELISA法检测细胞培养上清液中ALT、AST、IL-1β、IL-6、TNF-α,CCK8法检测细胞活力,PI染色并量化分析荧光图像以评价细胞凋亡程度,Western blotting法检测P-JAK2、p-STAT3、GRP78、p-e IF2α蛋白表达水平并根据蛋白条带的表达灰度值,进行量化分析。第二部分:1.体内实验:(1)对8-10周龄雄性小鼠随机分为对照组(Control组)、高脂饮食组(HFD组)和高脂饮食+姜黄素组(HFD+Cur组),每组20只,Control组仅饲喂常规饲料,其余2组饲喂高热量饲料诱导脂肪肝。喂食6周后,HFD+Cur组给予姜黄素灌胃4周,其余2组给予等体积0.9%生理盐水作为对照。完成造模后流式细胞术检测各组巨噬细胞的招募情况,对检测的流式数据进行定量统计分析;对HFD组和HFD+Cur组分别进行流式细胞术检测巨噬细胞极化情况;通过流式分选术,从HFD组与HFD+Cur组小鼠中分选出巨噬细胞,收集巨噬细胞,并裂解提取总RNA,PCR检测IL-10 m RNA水平。(2)NAFLD小鼠造模成功后,同前方法给予姜黄素灌胃4周,再分为CLL组和PBS组,前者给予隔日尾静脉注射CLL,后者以PBS作对照,PCR检测IL-10 m RNA,天狼星红染色并进行定量分析。(3)NAFLD造模小鼠,随机分为Anti-IL-10组和Isotype组,前者给予Anti-IL-10尾静脉注射干预,后者给予Isotype对照,使用天狼星红染色检测小鼠肝脏体内的肝纤维化程度。2.体外实验:(1)采用流式分选出的肝星状状细胞进行GFAP荧光鉴定,体外培养,实验组采用IL-10进行干预,以PBS作对照,12小时后,用流式细胞术和Ed U染色对肝星状细胞进行凋亡检测,采用Transwell实验检测肝星状细胞的迁移和侵袭能力。(2)对分选的肝星状细胞进行体外培养,采用油酸刺激肝星状细胞活化,实验组给予IL-10诱导,对照组使用PBS,α-SMA荧光染色检测星状细胞的活化情况。(3)采用巨噬细胞和肝星状细胞共培养;Western blotting检测MMP系列蛋白表达情况。结果:第一部分:1.体内实验:(1)小鼠肝脏石蜡切片H&E染色、油红染色、天狼星红染色,HFD组呈现出大泡性脂肪变为主要特征的病理结构,较对照组脂质沉积明显,纤维化程度加重;而HFD+Cur组较HFD组减轻。(2)小鼠外周血ALT、AST的浓度进行检测,并进行油红O染色平均脂质面积、纤维化程度定量分析,HFD组较Control组显著升高(P<0.05),HFD+Cur组较HFD组显著降低(P<0.05)。(3)PCR显示HFD组Col1A1 m RNA表达明显增高(P<0.05),HFD+Cur组较HFD组明显减少(P<0.05)(4)流式细胞术检测中性粒细胞招募,酶标仪检测肝组织MPO表达水平,HFD均有明显升高(P<0.05),而HFD+Cur组较HFD组明显降低(P<0.05)。(5)流式细胞术检测凋亡细胞并进行定量分析,HFD组肝脏组织中凋亡细胞数量显著升高(P<0.05),而HFD+Cur组较HFD组明显降低(P<0.05)。(6)酶标仪检测炎症因子与细胞因子水平,与HFD组相比,HFD+Cur组的炎性细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)水平显著下调(P<0.05);HFD+Cur组中趋化因子(CCL2、CCL3、CCL5)的水平也显著降低(P<0.05)。(7)小鼠尾静脉注射DHR-ROS,采用荧光显微镜进行活体观察拍照。结果显示HFD组氧化应激程度明显,而HFD+Cur组较HFD减轻。对数据进行定量分析并对肝组织中的ROS的浓度值进行酶标仪检测,与体内成像的结果一致。HFD+Cur组较HFD组氧化应激水平明显降低(P<0.05)。2.体外实验:(1)采用油酸刺激肝原代细胞制作NAFLD模型,并给予不同浓度姜黄素处理。结果显示随着姜黄素浓度升高,肝细胞活力也明显提高(P<0.05);细胞培养上清液中ALT、AST水平、肝细胞甘油三酯水平、脂质荧光强度均明显降低(P<0.05)Western blotting显示随着姜黄素浓度升高,BAX蛋白水平明显下调(P<0.05),BCL2、P-JAK2、p-STAT3水平明显上调(P<0.05)。(2)采用JAK2 si RNA阻断JAK2/STAT3信号通路后,细胞活力、p-JAK2和p-STAT3水平均有明显下降(P<0.05);而上清液中ALT、AST、IL-1β、IL-6和TNF-α水平均有明显升高(P<0.05)。JAK2 si RNA阻断剂的加入使细胞凋亡比率明显增加(P<0.05),GRP78、p-e IF2α蛋白表达水平明显增高(P<0.05)。第二部分1.体内实验:(1)HFD+Cur组巨噬细胞的招募与HFD组无明显差别。而巨噬细胞的极化特性(M1/M2型)有明显差别。HFD+Cur组M1型明显减少(P<0.05),M2型明显增加(P<0.05)。(2)HFD+Cur组IL-10 m RNA水平较HFD组明显上调(P<0.05)。(3)使用CLL清除小鼠体内的巨噬细胞后,CLL组纤维化定量分析明显增加(P<0.05),IL-10 m RNA水平明显下调(P<0.05)。(4)NAFLD造模小鼠,使用Anti-IL-10干预后,Anti-IL-10组与Isotype组相比,肝纤维化程度无明显差异(P<0.05)。2.体外实验:(1)流式细胞术检测小鼠肝星状细胞凋亡的情况,与对照组相比,IL-10组凋亡细胞明显增多(P<0.05);Ed U荧光染色提示L-10组肝星状细胞增殖明显减少(P<0.05)。(2)采用Transwell实验检测肝星状细胞的运动能力,IL-10组肝星状细胞迁移能力及侵袭能力较对照组均明显减弱(P<0.05)。(3)采用油酸刺激体外培养的肝星状细胞,α-SMA荧光染色提示IL-10组较对照组荧光强度明显下降(P<0.05)。(4)采用巨噬细胞和肝星状细胞共培养,WB检测MMP系列蛋白,巨噬细胞与肝星状细胞共培养组,MMP9、MMP12、MMP13蛋白的表达均明显高于单独培养组(P<0.05)。结论1.姜黄素可显著减少体内HFD诱导的肝脏脂肪变性、细胞凋亡、中性粒细胞募集和纤维化。2.姜黄素通过激活JAK2/STAT3信号通路显著增加油酸处理的原代肝细胞的活力,抑制内质网应激和细胞凋亡,并减少肝细胞损伤和炎症因子的释放。3.姜黄素可以通过调控巨噬细胞高表达由M1型转换成M2型,并且高表达IL-10,从而抑制肝星状细胞的异常活化,并促进肝星状细胞的凋亡和抑制肝星状细胞的运动能力。
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