CN112023026A - 成纤维细胞生长因子fgf21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用 - Google Patents
成纤维细胞生长因子fgf21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,涉及成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。本发明的目的是为了解决缺少治疗UVB引起皮肤损伤的药物的问题,提供成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,FGF21能够提高UVB照射后人表皮细胞(HacaT)和真皮成纤维细胞(NIH‑3T3)的存活率,同时发现其作用机制与抑制细胞的凋亡有关。本发明适用于生物制药领域。
Description
技术领域
本发明涉及成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
背景技术
UVB作为太阳光的成分之一,其波长范围在280-315nm。长期或短期大量暴露于UVB,会引起皮肤炎症、光老化甚至癌症的风险,因而UVB一直是人们重点的防范对象。UVB照射对皮肤的影响存在差异。对于表皮细胞,UVB照射主要诱导其凋亡。而对于真皮细胞,UVB照射一方面引起真皮细胞释放炎性因子,进而诱导并激活免疫细胞游走到损伤部位,最终引发皮肤炎症;一方面UVB照射也可抑制真皮成纤维细胞合成胶原的能力的同时,提高基质金属蛋白酶活力升高,致使真皮组织中的胶原成分丢失,从而引发光老化的现象。此外,UVB也可直接影响真皮成纤维细胞的生长、增殖和凋亡,从而损伤真皮组织。
目前对于UVB的防护主要集中于防晒霜等的使用,其主要是对UVB的物理阻挡和化学吸收,但对于UVB已经造成的皮肤损伤没有修复能力。同时,关于UVB治疗药物的研究近年来也一直处在瓶颈之中,其原因在于我们对UVB引起皮肤损伤的病理认识还不够深入,缺乏对其有效的治疗策略和方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决缺少治疗UVB引起皮肤损伤的药物的问题,提供成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
本发明成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
FGF21是FGF家族新发现的一个安全、有效的内分泌调节因子。它在肝脏和皮肤组织中都有表达。FGF1和FGF2作为治疗皮肤受损的经典药物,在临床上治疗皮肤损伤修复存在一个很严重的弊端,它们可诱导细胞增殖,从而增加临床用药风险和瘢痕形成。但FGF21是FGF家族中目前发现的唯一不具备促有丝分裂活性的因子,从而彻底消除了人们对于致瘤性和美观的担忧。FGF21具有强大抗炎和组织修复功能。FGF21在糖尿病肾病、糖尿病心肌病以及糖尿病皮肤创面愈合等疾病中发挥着修复受损的组织。高血糖引发细胞功能障碍是糖尿病创面难以愈合的主要原因:正常创面愈合是一个复杂而有序、需要多因素共同协调的动态过程,包括止血、炎症反应、细胞迁移和增殖、组织重构四个阶段。这些阶段互相联系并相互交叉,其中任何一个阶段的异常都会影响整个愈合过程。但糖尿病引发的皮肤溃疡愈合延迟,其原因在于糖尿病伤口愈合的病理复杂而多样。在众多原因中,高血糖使细胞的形态和功能受到损伤是糖尿病创面难以愈合的主要原因。一方面,高血糖使血管内皮细胞、成纤维细胞和角质细胞的增殖、迁移等功能受到抑制,进而阻断血管、肉芽组织和再上皮化的形成,最终导致糖尿病创面难以愈合。另一方面,高血糖诱导的巨噬细胞功能发生障碍,M1表型巨噬细胞占优势。M1表型巨噬细胞主要释放TNFα、IL-6和IL-1β等促炎性细胞因子,由此引发的持续炎症反应是糖尿病创面愈合延迟的另外一个原因。相反,处与劣势的M2表型巨噬细胞产生抗炎因子(IL-10、IL-4)和营养因子(TGFβ)可以抑制炎症、修复受损组织和神经,这对于创面愈合是有益的。那么,通过调控T2D皮肤创伤后巨噬细胞活化和功能,抑制M1表型或者促进其向M2表型转变,可有效减轻创面部位持续的炎症反应,促进创面修复和神经。基于以上分析,改善细胞的功能是治疗糖尿病创面愈合的关键步骤。
UVB照射对皮肤的影响存在差异。对于表皮细胞,UVB照射主要诱导其凋亡。而对于真皮细胞,UVB照射一方面引起真皮细胞释放炎性因子,进而诱导并激活免疫细胞游走到损伤部位,最终引发皮肤炎症;一方面UVB也可直接影响真皮成纤维细胞的生长、增殖和凋亡,从而损伤真皮组织。由此可知,UVB照射诱导皮肤细胞发生凋亡是引起皮肤损伤的主要机制之一。因此,抑制细胞凋亡对于保护皮肤免受UVB损伤有很好的作用。实验结果显示,FGF21能够保护皮肤组织对抗UVB造成的损伤。同时,体外Hoechst 33342染色结果发现,UVB诱导细胞核浓染现象,但给予FGF21逆转了此作用。这提示FGF21保护皮肤组织与抑制细胞凋亡有关。细胞凋亡主要有线粒体和死亡受体两条途径,其中Caspase-3作为凋亡执行蛋白,抑制其活化能够有效对抗UVB诱导的细胞凋亡。体外实验发现,不管是表皮细胞还是真皮细胞,FGF21都能够有效抑制UVB诱导caspase-3的活化。这提示FGF21通过抑制细胞凋亡来保护皮肤组织,上述机理和现有的FGF修复组织损伤的机理是不一样。
FGF21可以改善细胞功能障碍,因此在糖尿病肾病、糖尿病心肌病、糖尿病皮肤创面愈合等疾病中对受损组织有重要的修复作用。但UVB则通过氧化应激、炎症反应等机制引发细胞凋亡,目前尚未有文献报道FGF21对UVB照射造成的皮肤损伤有保护作用。但我们发现FGF21对UVB照射造成的皮肤损伤有保护机制主要在于抑制皮肤细胞凋亡。这是不同于现有的FGFs修复受损组织的机制。
附图说明
图1为试验中小鼠连续UVB照射7天,第1、3、7天小鼠皮肤损伤情况图;
图2为试验中rhFGF21预保护后,UVB照射5h,24h后小鼠皮肤损伤情况图;
图3为试验中UVB照射1.5h后小鼠腹腔注射rhFGF21,连续同样处理5天后小鼠皮肤损伤情况图;
图4为试验中小鼠UVB连续照射5天,每次1.5h,第5天照射结束后腹腔注射rhFGF21,连续给药7天后小鼠皮肤损伤情况图;
图5为试验中MTT法检测不同浓度rhFGF21对HacaT细胞存活率的影响图;
图6为试验中MTT法检测不同浓度rhFGF21对NIH-3T3细胞存活率的影响图;
图7为试验中MTT法检测不同照射剂量的UVB对HacaT细胞存活率的影响图;
图8为试验中MTT法检测rhFGF21对UVB诱导HacaT细胞存活率的影响;其中a为未进行UVB辐照,b为UVB组;***P<0.001,与control组比,##P<0.01,###P<0.001,与UVB组相比;
图9为试验中相差显微镜形态学观察rhFGF21对UVB诱导HacaT细胞的保护作用,Scale bar=40μm;
图10为试验中Hoechst 33342染色图,Scale bar=25μm;
图11为试验中Western blot检测凋亡关键蛋白结果图;
图12为试验中MTT法检测不同照射剂量的UVB对NIH-3T3细胞存活率的影响图;
图13为试验中MTT法检测rhFGF21对UVB诱导NIH-3T3细胞存活率的影响;其中a为未进行UVB辐照,b为UVB组;***P<0.001,与control组比,#P<0.05,##P<0.01,###P<0.001,与UVB组相比;
图14为试验中相差显微镜形态学观察rhFGF21对UVB诱导NIH-3T3细胞的保护作用,Scale bar=50μm;
图15为试验中Hoechst 33342染色图,Scale bar=25μm;
图16为试验中Western blot检测凋亡关键蛋白结果图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
FGF21能够保护皮肤组织对抗UVB造成的损伤。同时,体外Hoechst 33342染色结果发现,UVB诱导细胞核浓染现象,但给予FGF21逆转了此作用。这提示FGF21保护皮肤组织与抑制细胞凋亡有关。细胞凋亡主要有线粒体和死亡受体两条途径,其中Caspase-3作为凋亡执行蛋白,抑制其活化能够有效对抗UVB诱导的细胞凋亡。体外实验发现,不管是表皮细胞还是真皮细胞,FGF21都能够有效抑制UVB诱导caspase-3的活化。这提示FGF21通过抑制细胞凋亡来保护皮肤组织,上述机理和现有的FGF修复组织损伤的机理是不一样。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:FGF21用于提高UVB照射后人表皮细胞HacaT的存活率。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:FGF21通过抑制UVB诱导凋亡执行蛋白Caspase-3活化来抑制UVB照射后人表皮细胞HacaT的凋亡。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:FGF21用于提高UVB照射后真皮成纤维细NIH-3T3的存活率。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:FGF21通过通过抑制UVB诱导凋亡执行蛋白Caspase-3活化来抑制UVB照射后真皮成纤维细NIH-3T3的凋亡。其他与具体实施方式一至四之一相同。
为验证本发明的有益效果,进行以下试验:
试验1:
本试验成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
验证试验如下:
1.1体内UVB皮肤损伤模型建立
用水合氯醛对昆明小鼠进行麻醉处理,小鼠麻醉后,用胶布将小鼠的四肢固定在泡沫板上。用剃毛机将老鼠背部毛发剃除,并用脱毛膏去除干净多余的毛发,用生理盐水将裸露出来的皮肤擦拭干净后,再用酒精进行消毒。接着用UVB(220V,20W)进行不同时间点照射处理后进行后续实验。
1.2rhFGF21对不同UVB处理后小鼠皮肤损伤的保护作用
用水合氯醛对小鼠进行麻醉处理,小鼠麻醉后,用胶布将小鼠的四肢固定在泡沫板上。用剃毛机将老鼠背部毛发剃除,并用脱毛膏去除干净多余的毛发,用生理盐水将裸露出来的皮肤擦拭干净后,再用酒精进行消毒。接着用UVB(220V,20W)照射7天,观察第1、3、7天小鼠皮肤损伤情况(图1)。
小鼠给予三种不同处理:UVB照射前给药,UVB照射过程中给药以及UVB照射后给药。结果发现,不管是这三种何种处理,FGF21处理后对小鼠的皮肤组织都有很好的保护和修复作用。
昆明小鼠在UVB照射前五天连续腹腔注射重组人成纤维细胞生长因子21(rhFGF21,1mg/kg)进行预保护。接着用水合氯醛对小鼠进行麻醉处理,小鼠麻醉后,用胶布将小鼠的四肢固定在泡沫板上。用剃毛机将老鼠背部毛发剃除,并用脱毛膏去除干净多余的毛发,用生理盐水将裸露出来的皮肤擦拭干净后,再用酒精进行消毒。接着用UVB(220V,20W)照射5h,24h后观察rhFGF21对皮肤的保护作用。结果如图2所示,UVB照射后小鼠的皮肤明显损伤,但rhFGF21处理后皮肤损伤的情况明显改善。这提示rhFGF21能够提高皮肤对抗UVB损伤的能力。
小鼠经水合氯醛麻醉后,UVB照射1.5h,照射结束后腹腔注射rhFGF21(1mg/kg)。按照这种方法,连续处理5天。第6天观察皮肤的损伤情况。结果如图3所示,UVB照射后小鼠的皮肤明显损伤,但给予rhFGF21处理后皮肤损伤的情况明显改善。表明rhFGF21能够保护皮肤免受UVB损伤。
小鼠经水合氯醛麻醉后,UVB照射1.5h,连着照射5天,第5天照射结束后腹腔注射rhFGF21(1mg/kg),连续给药7天。第12天观察rhFGF21对皮肤的修复情况。结果如图4所示,UVB照射后小鼠的皮肤明显损伤,但给予rhFGF21处理后能够修复受损的皮肤。这提示rhFGF21能够修复UVB损伤的皮肤。
2.体外实验:
细胞的UVB照射方法:中波紫外灯发射光波长范围在280-340nm,并且在314nm处强度最大。
细胞在FGF21预处理1小时后照射UVB。为了避免培养液中的蛋白质和rhFGF21对UVB的吸收,在照射时用PBS代替培养液。照射结束后,再将之前被替换的培养液加回继续培养。进行相应处理后收集细胞或直接进行分析。UVB照射的剂量是通过照射时间来控制的。照射光强度为25μW/cm2,对细胞持续照射3、6、9、12、15、18、24、30分钟以获得45、90、135、180、225、270、360、450J/m2的照射剂量。
2.1rhFGF21对皮肤细胞存活率的影响
采用不同浓度rhFGF21(6.25、12.5、25、50、200、400、800nM)培养人角质细胞(HacaT)和小鼠成纤维细胞(NIH-3T3)24h。MTT结果显示如图5-6所示,rhFGF21(6.25-800nM)对HacaT细胞和NIH-3T3细胞存活率没有显著影响。
2.2rhFGF21浓度依赖性抑制UVB诱导HacaT细胞发生凋亡
首先,考察了不同UVB剂量对HacaT细胞存活率的影响。MTT结果如图7所示,随着UVB照射剂量的增加,HacaT细胞的存活率随之降低。为了考察rhFGF21对HacaT细胞UVB损伤的保护作用。UVB照射剂量为180J/m2,在UVB照射前1h加入不同浓度的rhFGF21(终浓度为50-200nM)进行预孵育,照射过程中撤出含药培养液,以PBS来替代,照射后将相应的含药培养液再加回给细胞,继续培养6h后进行后续实验处理。MTT法结果如图8所示,与正常对照组相比,HacaT细胞UVB照射后存活率显著下降,但rhFGF21浓度依赖性地提高UVB处理的HacaT细胞的存活率。相差显微镜观如图9所示,HacaT细胞经UVB处理后的细胞发生明显凋亡,细胞胞体皱缩,出芽,形成凋亡小体,但给予rhFGF21后逆转了此作用。为了进一步考察,用Hoechst 33342染细胞核,并用荧光显微镜观察,Hoechst33342染色结果如图10所示,HacaT细胞经UVB处理后出现细胞核浓染现象,表现出细胞凋亡时的细胞核皱缩,但给予rhFGF21后逆转了此作用。Caspase-3是凋亡的主要执行蛋白,当有促凋亡刺激作用时,procaspase-3被剪切而活化成为caspase-3,从而启动凋亡程序。由图11可知,HacaT细胞经UVB处理后诱导caspase-3和PARP活化,剪切形式的caspase-3和PARP水平明显升高,但给予rhFGF21处理后显著逆转了此作用。上述结果说明,rhFGF21可能通过抑制凋亡来保护HacaT细胞和NIH-3T3细胞对抗UVB照射。
2.3rhFGF21抑制UVB诱导的NIH-3T3细胞凋亡
首先,考察了不同UVB剂量对NIH-3T3细胞存活率的影响。MTT结果如图12所示,NIH-3T3细胞的存活率随着UVB照射剂量的增加而降低。为了考察rhFGF21对NIH-3T3细胞UVB损伤的保护作用。UVB照射剂量为270J/m2,rhFGF21(100nM)对高糖培养的NIH-3T3细胞进行预处理,UVB照射后继续培养24h进行后续实验处理。用MTT法检测不同照射剂量的UVB对NIH-3T3细胞存活率的影响,结果如图13所示,与正常对照组相比,NIH-3T3细胞UVB照射后存活率显著下降,但rhFGF21浓度依赖性地提高UVB处理的NIH-3T3细胞的存活率。相差显微镜观察结果如图14所示,细胞经UVB处理后的细胞发生明显凋亡,细胞胞体皱缩,但给予rhFGF21处理后显著逆转了此作用。为了进一步考察,我们用Hoechst 33342染细胞核,并用荧光显微镜观察,结果如图15所示,与正常对照组,NIH-3T3细胞经UVB处理后出现细胞核浓染现象,但给予rhFGF21处理后显著逆转了此作用。Western blot检测凋亡关键蛋白结果如图16所示,与正常对照组相比,NIH-3T3细胞经UVB处理后剪切形式的caspase-3和PARP水平明显升高,但给予rhFGF21处理后显著逆转了此作用。这些结果说明,rhFGF21可能是通过抑制凋亡来保护NIH-3T3细胞免受UVB照射。
Claims (5)
1.成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用。
2.根据权利要求1所述的成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,其特征在于FGF21用于提高UVB照射后人表皮细胞HacaT的存活率。
3.根据权利要求1所述的成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,其特征在于FGF21通过抑制UVB诱导凋亡执行蛋白Caspase-3活化来抑制UVB照射后人表皮细胞HacaT的凋亡。
4.根据权利要求1所述的成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,其特征在于FGF21用于提高UVB照射后真皮成纤维细NIH-3T3的存活率。
5.根据权利要求1所述的成纤维细胞生长因子FGF21在制备治疗皮肤紫外损伤的药物中的应用,其特征在于FGF21通过通过抑制UVB诱导凋亡执行蛋白Caspase-3活化来抑制UVB照射后真皮成纤维细NIH-3T3的凋亡。
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