CN106880626A - 山奈酚在制备预防和治疗视网膜损伤性疾病药物中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了山奈酚在制备预防和治疗视网膜损伤性疾病药物中的应用。山奈酚存在于多种可食植物(包括水果、蔬菜和豆类)及传统中药(菊花、覆盆子、菟丝子、黄芪和银杏叶等)中。通过观察山奈酚对过氧化氢(H2O2)诱导的氧化应激损伤人视网膜色素上皮细胞(ARPE‑19)的保护作用,以及观察山奈酚对视网膜色素上皮细胞在H2O2处理后与细胞凋亡相关分子的表达变化,探讨了山奈酚对氧化损伤的视网膜色素上皮细胞的抗凋亡作用及其分子作用机制,为将来利用山奈酚预防和治疗视网膜色素上皮细胞损伤相关眼病提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然植物单体新的药理作用,具体的涉及山奈酚在制备预防和治疗视网膜损伤性疾病的保健品或新药中的应用,为眼科相关疾病的预防和临床治疗开拓新的方法和思路。
背景技术
视网膜色素上皮细胞(RPE)具有复杂的生物学功能,为感觉层视网膜的外层细胞提供营养、吞噬和消化光感受器细胞外节盘膜,维持新陈代谢等重要功能。RPE与脉络膜最内层的玻璃膜(Bruch膜)粘连极紧密,与脉络膜毛细血管层共同组成一个统一的功能单位,即RPE-玻璃膜-脉络膜毛细血管复合体,对维持光感受器微环境有重要作用。RPE细胞的损伤可引起该复合体的损害,进一步引起很多眼底病的发生,如年龄相关性黄斑变性,视网膜色素变性和各种脉络膜视网膜病变等。
年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是一种随着年龄增长发病率逐渐升高的眼部退行性病变,能造成进行性的、不可逆的中心视力丧失。在发达国家中,AMD己经成为老龄人口视力丧失的主要原因,大型的流行病学调查显示,西方国家43岁以上人群中AMD的患病率为1.7%-15.6%。世界卫生组织的调查报告表明,全球盲人中大约有8.7%为AMD导致的不可逆盲。全世界大约有3000万AMD患者,每年大约有50万人因AMD而致盲。在我国,由于老龄化进程加快,AMD患者也逐年增多,在部分地区,50岁以上人群中AMD的患病率可以达到15.5%以上,而且患病率和致盲率随年龄增加而增加。随着社会经济水平和医疗事业的发展,白内障和角膜病等可逆性致盲性眼病己经得到了有效地控制,但是AMD作为一种不可逆的致盲性眼病,其发病率逐年上升,己经成为了一项不可忽视的公共卫生问题。
氧化应激是多种AMD的危险因素中可能的共同作用机制。AMD是与年龄相伴随的疾病,随着年龄增长,衰老细胞中产生过多的活性氧产物,造成机体氧化系统与抗氧化系统之间的不平衡,从而造成组织损伤和功能缺失。环境因素如紫外线照射增多、吸烟等也是与AMD相关的危险因素,这两者都己被证明可以造成活性氧的增多,从而造成视网膜组织的氧化应激。其他因素如抗氧化维生素摄入不足以及肥胖等也可以造成视网膜组织氧化应激水平的增加,相关的临床试验结果则证实了抗氧化维生素与AMD的关系。综上所述,氧化应激是AMD的重要发病机制之一。
AMD是一种退行性改变的致盲疾病,虽然进展缓慢,但一旦发展成渗出型AMD(湿性AMD)则可在短期内对视力造成极大的损害。因此,当前对渗出型AMD的治疗主要是针对脉络膜新生血管(CNV)。视网膜光凝术是一种最早用于治疗AMD的方法,此外还有经瞳孔温热疗法(Transpupillary thermotherapy,TTT)、光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)、手术治疗和近年来成为研究热点的抗血管内皮生长因子(VEGF)药物治疗。虽然这些治疗均取得一定效果,但黄斑区位置特殊,多数治疗只能针对已形成的CNV,并且费用昂贵,因此寻找另一种可预防AMD的发生、可逆转AMD的发展、价格经济和副作用少的新疗法变得很必要。
越来越多研究表明植物提取物对预防和逆转AMD有显著效果。在当前众多的植物提取物研究中,学者们对类胡箩卜素特别是叶黄素和玉米黄质尤为关注。Nidhi等研究证实在日常饮食中多摄取类胡萝卜素,尤其是叶黄素和玉米黄质有助于减低患AMD的风险。但这些植物提取物对RPE细胞损伤的保护作用弱,有效药物浓度高,药效低,因此寻求优于叶黄素的更强有效的药物治疗AMD变得十分必要。
山萘酚(Kaempferol)属于黄酮醇类化合物,主要来源于姜科植物山奈的根茎,并大量存在于水果蔬菜和豆类中(如、西兰花、卷心菜、甘蓝、豆类、韭菜、番茄、树莓、草莓和葡萄等),另外还存在于某些传统中草药(例如菊花、覆盆子、菟丝子、黄芪、银杏等)中。近年来,人们对于山奈酚的抗癌方面做了大量研究,并证实一定浓度山奈酚有诱导肺癌、胃癌、食管癌、肝癌细胞凋亡的作用。
关于山奈酚对氧化应激状态下的视网膜色素上皮细胞的影响国内外尚未有相关报道,山奈酚是否有可能通过减少视网膜色素上皮细胞的氧化应激损伤来延缓AMD的发生和发展,还有待于研究。
发明内容
本发明的目的是通过证实山奈酚对于氧化应激状态下的视网膜色素上皮细胞的保护作用,并通过细胞凋亡途径来研究山奈酚保护作用的分子机制,为开发山奈酚未知的生物活性及将来的临床治疗作用提供新的理论支持。
本发明采用的技术方案是:山奈酚单用或与抗视网膜损伤保护药物联合在制备预防和治疗视网膜损伤性疾病药物中的应用。
上述的应用,所述的视网膜损伤性疾病包括视网膜色素上皮细胞损伤引起的视网膜损伤性疾病。
上述的应用,所述的视网膜损伤性疾病包括氧化应激损伤视网膜色素上皮细胞引起的视网膜损伤性疾病。
上述的应用,所述的视网膜色素上皮细胞为ARPE-19。
上述的应用,所述的视网膜损伤性疾病包括年龄相关性黄斑变性疾病、视网膜色素变性疾病和脉络膜视网膜病变疾病。
上述的应用,所述的抗视网膜损伤保护药物为叶黄素,胡萝卜素,花青素,槲皮素,枸杞多糖和黄芪多糖。
上述的应用,有效剂量20nM-50nM。
本发明的有益效果是:本发明通过对山奈酚对于氧化应激状态下的视网膜色素上皮细胞的保护作用,并通过细胞凋亡途径来研究山奈酚保护作用的分子机制,通过研究发现,山奈酚对氧化应激损伤的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞具有保护作用,而对正常的ARPE-19细胞没有表现出明显的毒性作用,对RPE细胞损伤的保护作用更强,而且药效较高,未来可能成为临床上治疗AMD的一种强有效的药物。而且可以通过与现有的治疗眼部疾病的药物(如叶黄素,胡萝卜素,花青素,槲皮素,枸杞多糖,黄芪多糖等)联合,达到治疗和预防RPE细胞损伤引起的包括年龄相关性黄斑变性疾病、视网膜色素变性疾病和脉络膜视网膜病变疾病。
附图说明
图1是本发明的实验机理示意图。
图2A是不同浓度的过氧化氢(H2O2)对ARPE-19细胞模型建立图。
图2B是不同浓度的山奈酚对ARPE-19细胞毒性图。
图2C是不同浓度的山奈酚对氧化应激损伤的ARPE-19细胞存活率的影响图。
图2D是不同浓度的叶黄素对氧化应激损伤的ARPE-19细胞存活率的影响图(阳性药对照)。
图3A是流式细胞仪Annexin V-FITC/PI法检测山奈酚(20nM,50nM)对H2O2诱导的APRE-19细凋亡的影响图。
图3B是流式细胞术检测的各实验组ARPE-19细胞凋亡率(%)图。
图4A是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的各实验组ARPE-19细胞的ROS活性检测图。
图4B是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的各实验组ARPE-19细胞的SOD活性检测图。
图5A是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Bax mRNA表达水平。
图5B是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Bcl-2 mRNA表达水平。
图5C是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Caspase-3 mRNA表达水平。
图6A是Western blot检测各实验组细胞Bax、Bcl-2和Caspase-3蛋白表达图。
图6B是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Bax蛋白表达水平。
图6C是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Bcl-2蛋白表达水平。
图6D是山奈酚(20nM,50nM)对H2O2氧化应激损伤的ARPE-19细胞的Caspase-3蛋白表达水平。
具体实施方式
实施例
(一)H2O2诱导视网膜色素上皮细胞ARPE-19损伤模型(H2O2模型组)的建立
ARPE-19细胞传代培养,按照2×105cell/ml滴板,100ul/孔。24h后不同浓度H2O2(0mM,0.5mM,1mM,1.5mM,2mM)分别作用ARPE-19细胞24h。呈色:每孔加MTT溶液20ul,继续孵育2-4h。比色:选择490nm波长,在酶联免疫监测仪上测定各孔光吸收值,记录结果,以不同浓度H2O2为横坐标,吸光值为纵坐标绘制细胞生长曲线。MTT法检测细胞存活率在50%左右时的H2O2浓度做为氧化损伤模型的造模浓度。
由图2A可见,当H2O2浓度在1mM时细胞存活率为57.4%,所以1mM H2O2确定为后续实验的氧化损伤模型的造模浓度。
(二)山奈酚对ARPE-19细胞的毒性作用
方法:ARPE-19细胞传代培养,按照1×105cell/ml滴板,100ul/孔。24h后将不同浓度(1nM,5nM,10nM,20nM,50nM)的山奈酚分别作用于ARPE-19细胞,每组6复孔以保证实验数据的稳定性和准确性,24h后,采用MTT检测方法观察ARPE-19细胞的相对细胞活力(cellviability),结果如图2B所示。
由图2B可见,各实验组ARPE-19细胞的相对细胞活力(cell viability)与对照组相比差异无统计学意义,说明1-50nM浓度的山奈酚对ARPE-19人视网膜色素上皮细胞没有表现出毒性作用。
(三)山奈酚对氧化应激损伤的ARPE-19细胞的抗凋亡作用
方法:实验分3组:正常对照组,H2O2模型组,山奈酚药物组/叶黄素药物组。ARPE-19细胞传代培养,按照2×105cell/ml滴板,100ul/孔培养24h后,1mM H2O2作用H2O2模型组,山奈酚药物组/叶黄素药物组细胞,继续培养24h后弃去培养基,山奈酚药物组分别加入不同浓度(1nM、5nM、10nM、20nM、50nM和100nM)山奈酚;叶黄素药物组分别加入不同浓度(1μM、5μM、10μM、20μM、50μM和100μM)叶黄素,24h后进行MTT检测。
MTT检测结果如图2C和图2D所示,各实验组细胞相对细胞活力,结果显示H2O2模型组低于对照组(P<0.01)。20nM和50nM的山奈酚保护组高于H2O2模型组(P<0.01),说明H2O2能够诱导ARPE-19人视网膜色素上皮细胞氧化应激损伤,而山奈酚具有保护H2O2诱导的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞的氧化应激损伤的作用,并且与叶黄素阳性药相比其抗凋亡保护作用更强,用药浓度更低。
(四)利用流式细胞术对细胞凋亡情况进行定量分析
检测方法为:将处于对数生长期的细胞消化、离心,制成单细胞悬液,以细胞密度为1×104/mL接种在6孔板中,2ml/孔,置于37℃5%CO2培养箱中孵育24h。待细胞融合至80%时,把细胞分正常对照组,H2O2模型组,20nM山奈酚+H2O2模型组,50nM山奈酚+H2O2模型组共4组,每组设3个复孔。吸走原来的培养基,H2O2模型组,20nM山奈酚+H2O2模型组,50nM山奈酚+H2O2模型组分别加入含浓度为1mM的H2O2的培养基,正常组仅予以更换完全培养基,置于37℃5%CO2培养箱中培养24h。吸除原培养基,往山奈酚干预组加入含有药物浓度为20nM和50nM山奈酚的培养基,正常组和H2O2模型组继续予更换完全培养基,继续放入37℃5%CO2培养箱中孵育24h。倒置显微镜下观察细胞形态变化并拍照。按照Annexin V-FITC/PI试剂盒说明书操作,将各组细胞消化离心,用1.5ml EP管收集,每管加入200μl Binding Buffer悬浮细胞液,每管加入10μl Annexin V-FITC和10μl PI吹打混匀,室温下避光反应15min,流式细胞仪上机检测,记录结果,结果如图3A和图3B。
由图3A和图3B可见,各实验组细胞凋亡率,正常对照组为5.26±0.25%,H2O2模型组为61.97±1.68%,山奈酚(20/50nM)保护组分别为46.63±2.74%和28.5±1.09%。说明山奈酚具有保护H2O2诱导的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞的抗凋亡作用。
(五)活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)变化情况
本实验通过DCHF-1和WST-1法对细胞内的ROS和SOD的表达进行检测。当机体受到有害刺激时,活性氧(ROS)的产生超出了体内清除的界限,氧化和抗氧化系统失衡,造成组织损伤。超氧化物歧化酶(SOD)是细胞中重要的抗氧化酶,它能清除氧自由基,保护细胞免受氧化损伤,超氧化物歧化酶(SOD)活性水平能反映细胞抗氧化能力。因此,SOD、ROS水平可以反映体内氧自由基的活性,间接反映细胞氧化损伤程度。
方法:实验分4组:正常对照组,H2O2模型组,20nM山奈酚+H2O2模型组,50nM山奈酚+H2O2模型组,按照试剂盒说明书进行操作,南京建成生物工程研究所-超氧化物歧化酶(SOD)测试盒。南京建成生物工程研究所-活性氧(ROS)测试盒。结果如图4A和图4B。
ROS和SOD检测结果显示:如图4A和图4B可见,与对照组比较,H2O2模型组细胞的ROS水平明显增高,SOD水平下降,而山奈酚保护组的ROS水平与H2O2模型组相比明显降低(P<0.01),SOD水平明显升高(P<0.01)。
(六)通过RT-PCR检测每个实验组细胞的Bcl-2、Bax和Caspase-3基因表达水平。
检测方法为:参照zhang et al方法
1.收集各实验组细胞样品:实验分4组:正常对照组,H2O2模型组,20nM山奈酚+H2O2模型组,50nM山奈酚+H2O2模型组。
2.进行总RNA提取:各实验组细胞用1ml Trizol吹起,剧烈振荡1min,室温作用5min。加入200ul氯仿,剧烈振荡数秒,室温作用5min。4℃12000r/min离心15min,吸上层水相加入500ul异丙醇混匀后4℃放置20min。4℃12000r/min离心15min,弃上清加入1ml乙醇洗涤一次。4℃8000r/min离心5min,弃上清晾干后加入20ul无菌水得到RNA,并测定RNA浓度。
3.cDNA合成:RNA:5ug/reaction;Primer[oligo(dT)15]:0.5ug/reaction;Nuclease-Free Water,上述混合物共5ul,70℃作用5min后,置于冰上作用5min,瞬离10s。加入dNTP:1ul;5×Reactin Buffer 4ul;MgCl2:1.5ul;Recombinant Rnase RibonucleaseInhibitor:0.5ul;Reverse Transcriptase:1ul;加入Nuclease-Free Water至20ul。25℃作用5min后42℃保温1h,70℃作用15min。合成好的cDNA置于-20℃保存备用。
4.引物设计与合成:
Bcl-2:Sense 5’-AGAGGTCACGGGGGCTAAT-3’
Antisense 5’-CCAGGTAACAAAACCCCACA-3’;
Bax:Sense 5’-CAAGACCAGGGTGGTTGG-3’
Antisense 5’-CACTCCGCCACAAAGAT-3’;
Caspase-3:Sense 5’-TGTGGCATTGAGACAGAC-3’
Antisense 5’-CATGGCACAAAGCGACTG-3’;
β-actin:Sense 5’-CATGTACGTTGCTATCCAGGC-3’;
Antisense 5’-CTCCTTAATGTCACGCACGAT-3’
5.PCR扩增
PCR反应体系:10μl SYBR Mix;0.4μl sense and reverse primer(10μM);1μldiluted cDNA;8.2μl nuclease-free water。
扩增反应条件设置:95℃2min;95℃15s;60℃1min(40个循环)。将所扩增的PCR产物进行溶解曲线分析,最后利用数据分析软件对数据进行处理分析。
RT-PCR结果显示,如图5B的Bcl-2mRNA表达水平,H2O2模型组低于正常对照组,而山奈酚保护组高于H2O2模型组(P<0.01),如图5A的Bax mRNA和如图5C的Caspase-3mRNA表达水平,H2O2模型组高于正常对照组,而山奈酚保护组低于H2O2模型组(P<0.01),说明山奈酚保护H2O2诱导的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞的氧化应激损伤时,上调Bcl-2基因的表达,下调Bax和Caspase-3基因的表达。
(七)通过Western blot检测每个实验组细胞的Bcl-2、Bax和Caspase-3蛋白表达水平。
检测方法为:参照zhang et al方法
(一)蛋白质样品获得:细胞按照实验目的进行培养及建模、给药,然后收集细胞利用细胞裂解液进行总蛋白提取,并通过BCA法检测蛋白浓度。
(二)电泳:制备电泳凝胶,进行SDS-PAGE。
(三)电转移:
1、电泳结束后将胶条割至合适大小,用转膜缓冲液平衡。
2、膜处理:预先裁好与胶条同样大小的滤纸和NC膜,浸入转膜缓冲液(TTB)中10min。
3、转膜:转膜装置从下至上顺序放好,滤纸、凝胶、NC膜精确对齐,每一步去除气泡,接通电源,恒流200mA,转移2h。转移结束后,断开电源将膜取出,割取待测膜条做免疫印迹。
(四)免疫反应:
1、用TTBS洗膜,5min×3次。
2、加入封闭液,平稳摇动,室温2h。
3、弃封闭液,用TTBS洗膜,5min×3次。
4、加入一抗(按合适稀释比例用TTBS稀释,液体必须覆盖膜的全部),4℃放置12h以上。
5、弃一抗用TTBS分别洗膜,5min×3次。
6、加入辣根过氧化物酶偶联的二抗(按合适稀释比例用TTBS稀释),平稳摇动,室温2h。
7、弃二抗,用TTBS洗膜,5min×3次。
8、加入ECL显色液,移入暗室进行曝光显色。
实验分4组:正常对照组,H2O2模型组,20nM山奈酚+H2O2模型组,50nM山奈酚+H2O2模型组,结果如图6A-图6D。
Western blot结果显示,如图6A-图6D所示,Bcl-2蛋白表达水平H2O2模型组低于正常对照组,而山奈酚保护组高于H2O2模型组(P<0.01),Bax和Caspase-3蛋白表达水平H2O2模型组高于正常对照组,而山奈酚保护组低于H2O2模型组(P<0.01);说明山奈酚保护H2O2诱导的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞的氧化应激损伤时,上调Bcl-2蛋白的表达,下调Bax和Caspase-3蛋白的表达。
综上可以得出,
1、山奈酚对氧化应激损伤的ARPE-19人视网膜色素上皮细胞具有保护作用,而对正常的ARPE-19细胞没有表现出明显的毒性作用。并且与阳性对照药物叶黄素相比其抗凋亡作用更强而且药物有效浓度更低,从而说明山奈酚对RPE细胞损伤的保护作用更强,而且药效较高,未来可能成为临床上治疗AMD的一种强有效的药物。
2、山奈酚对H2O2诱导的氧化应激损伤ARPE-19人视网膜色素上皮细胞具有抗凋亡保护作用,其可能通过增强Bcl-2基因和蛋白表达以及抑制Caspase-3的基因和蛋白发挥保护作用。
Claims (7)
1.山奈酚单用或与抗视网膜损伤保护药物联合在制备预防和治疗视网膜损伤性疾病药物中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的视网膜损伤性疾病包括视网膜色素上皮细胞损伤引起的视网膜损伤性疾病。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的视网膜损伤性疾病包括氧化应激损伤视网膜色素上皮细胞引起的视网膜损伤性疾病。
4.根据权利要求2或3所述的应用,其特征在于,所述的视网膜色素上皮细胞为ARPE-19。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的视网膜损伤性疾病包括年龄相关性黄斑变性疾病、视网膜色素变性疾病和脉络膜视网膜病变疾病。
6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的抗视网膜损伤保护药物为叶黄素,胡萝卜素,花青素,槲皮素,枸杞多糖和黄芪多糖。
7.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,有效剂量20nM-50nM。
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