本方案研究了和厚朴酚是否通过激活TGF-β1/Smad通路并降低MMP表达,从而改善UVA诱导的人皮肤成纤维细胞及小鼠皮肤光老化。
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本方案研究了和厚朴酚是否通过激活TGF-β1/Smad通路并降低MMP表达,从而改善UVA诱导的人皮肤成纤维细胞及小鼠皮肤光老化。
和厚朴酚(HNK)是从厚朴(Magnolia officinalis)中提取的关键成分,具有治疗皮肤疾病的潜力。目前,HNK对皮肤中长波紫外线(UVA)诱导的光损伤的影响及其作用机制尚不明确。本研究通过UVA照射构建了人皮肤成纤维细胞(HDF细胞)和无毛小鼠皮肤的光老化损伤模型。采用细胞活力检测法考察HNK对正常HDF细胞及UVA诱导损伤的HDF细胞活力的影响。使用不同试剂盒测定HDF细胞中SOD、GSH、CAT和MDA的水平,并利用DCFH-DA和二氢乙啶(Dihydroethidium)检测活性氧(ROS)水平。通过SA-β-半乳糖苷酶染色和TUNEL染色检测HDF细胞的衰老和凋亡情况,采用流式细胞术分析细胞周期进程。通过病理染色评估皮肤组织的组织病理学损伤。此外,采用免疫荧光和蛋白质印迹法(Western blot)检测Ki67、胶原蛋白、基质金属蛋白酶(MMP)以及TGF-β1/Smad信号通路相关蛋白的表达水平。结果显示,HNK(2.5–10 µM)处理对正常HDF细胞活力无不良影响,但可减轻UVA诱导的HDF细胞损伤,降低氧化应激和细胞凋亡水平。UVA可诱导HDF细胞衰老,引起S期阻滞,下调Ki67表达,减少胶原蛋白含量,并增加MMP的表达;而HNK能有效缓解上述UVA诱导的异常变化。此外,UVA照射导致小鼠皮肤出现更深的皱纹,皮肤含水量和胶原蛋白含量下降,表皮厚度增加;而皮下注射HNK可减轻皮肤组织的病理损伤,并提高皮肤含水量和胶原蛋白含量。进一步研究发现,HNK可激活TGF-β1/Smad信号通路,而TGF-β1抑制剂SB431542可削弱HNK对HDF细胞和小鼠皮肤光老化损伤的保护作用。综上所述,HNK可通过激活TGF-β1/Smad信号通路,降低MMP的表达,从而抑制UVA诱导的HDF细胞和小鼠皮肤光老化,具有作为改善光老化损伤药物的潜力。
皮肤老化的过程十分复杂,主要分为两种形式:自然老化和光老化1。研究表明,高达80%至90%的皮肤老化由环境中的外源性因素引起(例如紫外线、空气污染),其中长期紫外线辐射引起的光老化影响最为严重2,3。紫外线辐射可分为UVC、UVB和UVA三类。由于UVC无法穿透臭氧层,目前关于光老化的研究主要集中于UVA(320-400 nm)和UVB(280-320 nm)4,5,6。与UVB相比,UVA能量较低,但穿透性更强,可穿过表皮并深入真皮层,是导致严重皮肤老化的重要原因7。既往研究显示,57 mJ/cm2的UVB辐射与20 J/cm2的UVA辐射对HaCaT细胞造成的损伤程度相当8。皮肤光老化会引起皮肤功能和结构的改变,具体表现为皮肤表层组织松弛、皱纹加深、胶原蛋白流失以及肉眼可见的肤色发灰;严重时可出现多种良性、癌前病变甚至肿瘤9,10。随着衰老与抗衰老研究的不断深入,光老化带来的健康风险已成为全球最重要的健康问题之一。因此,深入探究UVA诱导的光老化损伤背后的病理生理过程,对于开发新的治疗策略具有重要意义。
厚朴酚(HNK)提取自传统中草药Magnolia officinalis,是一种具有C18H18O2化学式的重要的生物活性化合物11。HNK具有多种药理活性,其酚羟基极易被氧化,具有较强的抗氧化和自由基清除作用12。此外,HNK还具有抗菌、抗炎、抗病毒、抗肿瘤、抗抑郁、神经保护以及抗卵巢早衰等药理作用13,14,15,16。动物实验和临床研究已证实口服HNK基本安全,未发现明显不良反应17,18,19。近期研究表明,HNK可预防UVB诱导的皮肤癌20,并抑制UVB引起的皮肤炎症反应和DNA高甲基化21,提示其在治疗皮肤疾病方面具有潜在应用价值。与广泛使用的抗光老化剂(如维生素C和白藜芦醇)相比,HNK具有独特且更优越的特性:其亲脂性结构使其经皮渗透能力优于亲水性的维生素C22;同时,其光稳定性和体内生物利用度也高于白藜芦醇23。这些临床前研究结果表明,HNK作为一种安全有效的候选物质,在护肤产品及针对紫外线诱导皮肤光损伤的临床干预中具有良好的转化前景。然而,目前尚未见关于HNK对UVA所致皮肤光老化损伤影响的报道。
转化生长因子-β1(TGF-β1)是一种多功能细胞因子,在细胞生长与发育、组织修复与再生以及细胞、组织和器官的生长发育中起关键作用24,25。研究表明,TGF-β1主要通过Smad蛋白家族成员向细胞传递信号,从而特异性调控下游靶基因的转录。当TGF-β1信号被激活时,会导致Smad2和Smad3的磷酸化26,27。近期研究显示,TGF-β1/Smad通路与皮肤纤维化及光老化之间存在密切关联28,29。已有报道指出,雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin)可激活大鼠皮肤组织中的TGF-β1/Smad通路,进而促进神经酰胺的合成,而神经酰胺对维持皮肤水分和皮肤屏障功能具有重要作用30。值得注意的是,有研究报道和厚朴酚(HNK)可调节肝星状细胞中的TGF-β1/Smad通路,从而改善肝纤维化31。因此,本研究建立了UVA诱导的光老化损伤的细胞和小鼠模型,采用2.5–10 µM HNK处理人皮肤成纤维细胞(HDF细胞),并在无毛小鼠中给予5 mg/kg或10 mg/kg HNK干预,旨在探讨HNK对光老化损伤的影响及其在调节TGF-β1/Smad通路中的潜在作用。本研究旨在为UVA诱导的皮肤光损伤开发新的治疗策略。
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所有细胞培养实验均按照机构生物安全指南进行,并在生物安全二级(BSL-2)实验室条件下操作。动物实验经中国人民解放军联勤保障部队第988医院动物伦理委员会批准后开展(批准编号:2023-089)。
所有实验操作均严格遵循机构和国家关于实验动物护理和使用的指南进行。实验结束时,通过腹腔注射过量的戊巴比妥钠(100 mg/kg)对小鼠实施安乐死。在饲养、处理和采样过程中,均尽可能减少动物的痛苦。本实验方案中使用的试剂、化学品、设备和软件均列于材料表中。
1. 细胞培养与处理
2. 细胞活力评估
3. 超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)水平的测定
4. 细胞内活性氧水平的测定
5. 衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-半乳糖苷酶)染色
6. 细胞周期检测
7. TUNEL 染色
8. 免疫荧光染色
9. 酶联免疫吸附测定(ELISA)
10. 光老化损伤小鼠模型的构建
11. 皮肤I型胶原含量的测定
12. 苏木精-伊红(HE)染色
13. 马松染色
14. 皮肤组织活性氧水平的测定
15. 生化指标检测
16. 蛋白质印迹
17. 统计分析
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HNK 缓解 UVA 引起的 HDF 细胞氧化应激损伤
通过细胞活力检测分析了不同浓度 HNK 处理 24 小时或 48 小时对 HDF 细胞活力的影响,以筛选合适的浓度和处理时间。结果显示,2.5、5 和 10 µM 的 HNK 在处理 24 小时或 48 小时后对正常 HDF 细胞的活力无显著影响,表明在这些剂量下 HNK 对正常细胞无毒性。值得注意的是,2.5、5 和 10 µM 的 HNK 能够缓解 UVA 所诱导的 HDF 细胞活力下降,提示 HNK 可保护 HDF 细胞免受 UVA 损伤,且 24 小时处理的效果优于 48 小时。当 HNK 浓度升高至 20 和 40 µM 时,正常 HDF 细胞及 UVA 处理的 HDF 细胞活力均显著下降,提示高浓度 HNK(20–40 µM)对 HDF 细胞具有一定毒性作用(图 1A, B)。因此,在后续实验中选择 2.5、5 和 10 µM HNK 处理 HDF 细胞 24 小时。UVA 照射后,HDF 细胞中 SOD 和 CAT 活性显著降低,GSH 含量也明显减少,而 MDA 和 ROS 水平显著升高,表...
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紫外线是损害细胞和生物体的环境因素之一。已有研究表明,由于UVA具有较强的穿透能力,是到达地球表面的主要紫外线类型38。成纤维细胞是真皮中重要的功能细胞,其衰老可直接或间接导致皮肤老化39。HDF细胞模型和无毛小鼠模型中的UVA诱导光老化损伤被广泛应用于皮肤光老化研究40,41。因此,参考既往研究构建了UVA诱导的光损伤细胞和动物模型(HDF细胞每日5 J/cm2,连续照射8天;小鼠每周照射数次,每次0.35 J/cm2,持续8周)32,33,34。该照射方案避免了单次过量照射引起的急性细胞坏死和组织损伤,更接近现实中长期日光暴露所导致的慢性累积性皮肤损伤,且已被证实可诱导出与人类皮肤病理变化高度一...
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作者声明不存在任何经济利益冲突。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| ALT 活性检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P2711M | 丙氨酸转氨酶活性检测试剂盒 |
| Amplex Red CRE 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0291S | 肌酐检测试剂盒 |
| 抗荧光淬灭封片剂 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0126 | 荧光信号保存用封片介质 |
| AST 活性检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P2715S | 天冬氨酸转氨酶活性检测试剂盒 |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0012 | 蛋白浓度测定试剂盒 |
| BSA | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | V900933 | 非特异性结合封闭试剂 |
| BUN 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0574S | 血尿素氮检测试剂盒 |
| CAT 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0051 | 过氧化氢酶活性检测试剂盒 |
| CCK-8 试剂 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 96992 | 一种水溶性四唑盐类细胞活力检测试剂 |
| CDK2 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-79024 | 用于 CDK2 检测的一抗 |
| 化学发光试剂 ECL | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-K1005 | 增强型化学发光检测试剂 |
| 胶原蛋白 I 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-26204 | 用于胶原蛋白 I 检测的一抗 |
| 周期蛋白 A2 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-34682 | 用于周期蛋白 A2 检测的一抗 |
| DAPI 染色液 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D9542 | 细胞核染色染料 |
| DCFH-DA 荧光探针 | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-D0940 | 活性氧荧光探针 |
| 分化液 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0161s | 苏木精染色中分化步骤所用试剂 |
| 二氢乙啶探针 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0063 | 活性氧探针 |
| 成纤维细胞培养基 | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, China | SNPM-H342 | 成纤维细胞生长用完全培养基 |
| FITC 标记的山羊抗兔 IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | F-2765 | 异硫氰酸荧光素(FITC)标记的二抗 |
| 流式细胞仪 | BD biosciences, San Jose, CA, USA | BD FACSCaliburTM | 流式细胞分析仪 |
| FlowJo 软件 | BD biosciences, San Jose, CA, USA | v10.8 | 流式细胞术分析软件 |
| 荧光显微镜 | Leica, Heidelberg, Germany | DM IL LED | 用于荧光成像的显微镜 |
| GAPDH 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-987 | 蛋白归一化内参抗体 |
| 凝胶成像系统 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | iBright CL1500 | 用于蛋白检测的成像系统 |
| 山羊抗兔 IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 31460 | 免疫检测用二抗 |
| Graphpad Prism 9.0 软件 | GraphPad Software, San Diego, CA, USA | Prism 9.0 | 绘图软件 |
| GSH 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0053 | 谷胱甘肽含量检测试剂盒 |
| HE 染色试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0105S | 用于组织形态学分析的组织学染色试剂盒 |
| HNK | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-N0003 | 和厚朴酚(honokiol),生物活性化合物 |
| 人皮肤成纤维细胞 | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, China | SNP-H342 | 原代人皮肤成纤维细胞 |
| IBM SPSS Statistics 26.0 软件 | IBM Corporation, Armonk, NY, USA | IBM SPSS Statistics 26.0 | 统计分析软件 |
| ImageJ 软件 | Wayne Rasband, National Institute of Mental Health, USA | version 1.54h | 图像分析软件 |
| Ki67 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14520 | 用于细胞增殖标志物检测的一抗 |
| 光学显微镜 | Leica, Heidelberg, Germany | DM3000 | 用于明场成像的光学显微镜 |
| Masson 三色染色试剂盒 | Solarbio, Beijing, China | G1340 | 胶原蛋白和结缔组织染色试剂盒 |
| MDA 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0131S | 丙二醛水平检测试剂盒(脂质过氧化标志物) |
| 酶标仪 | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 1410101 | 基于细胞实验的吸光度测定仪器 |
| MMP-1 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-27210 | 用于基质金属蛋白酶-1 检测的一抗 |
| MMP-1 ELISA 试剂盒 | Enzyme-linked Biotechnology, Shanghai, China | ml038199 | 生物样本中 MMP-1 的定量检测试剂盒 |
| MMP-3 抗体 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab52915 | 用于基质金属蛋白酶-3 检测的一抗 |
| MMP-3 ELISA 试剂盒 | Enzyme-linked Biotechnology, Shanghai, China | ml105322 | 生物样本中 MMP-3 的定量检测试剂盒 |
| 中性树胶 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0173 | 封片介质 |
| P16 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-20379 | 用于 p16 蛋白检测的一抗 |
| P21 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14949 | 用于 p21 蛋白检测的一抗 |
| P53 抗体 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab131442 | 用于 p53 蛋白检测的一抗 |
| 多聚甲醛 | Solarbio, Beijing, China | P1110 | 细胞和组织固定试剂 |
| PI | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST512 | 用于细胞周期分析中 DNA 染色的碘化丙啶 |
| 前胶原 I 型 C 肽检测试剂盒 | TAKARA, Tokyo, Japan | MK101 | 胶原蛋白合成检测试剂盒 |
| p-Smad2 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-244G | 用于磷酸化 Smad2 检测的一抗 |
| p-Smad3 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-246G | 用于磷酸化 Smad3 检测的一抗 |
| PVDF 膜 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 88520 | 用于 Western 印迹的蛋白转印膜 |
| RIPA 裂解缓冲液 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0013B | 用于细胞和组织裂解液的蛋白提取缓冲液 |
| RNaseA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST579 | DNA 染色过程中去除 RNA 的核糖核酸酶 |
| SA-β-半乳糖苷酶染色试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0602 | 细胞衰老检测试剂盒 |
| SB431542 | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-10431 | TGF-β1 信号通路抑制剂 |
| SDS-PAGE 凝胶 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | WG1403BX10 | 用于蛋白电泳的聚丙烯酰胺凝胶 |
| SKH1 无毛小鼠 | Vitalriver, Beijing, China | 用于皮肤光老化研究的动物模型 | |
| Smad2 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 51-1300 | 用于 Smad2 检测的一抗 |
| Smad3 抗体 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 51-1500 | 用于 Smad3 检测的一抗 |
| SOD 检测试剂盒 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0101S | 超氧化物歧化酶活性检测试剂盒 |
| TGF-β1 抗体 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab215715 | 用于 TGF-β1 检测的一抗 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | X-100 | 用于细胞膜通透化的非离子型去垢剂 |
| TUNEL 检测试剂 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C1086 | 用于 DNA 断裂检测的细胞凋亡检测试剂 |
| 二甲苯 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 247642 | 用于组织脱蜡的有机溶剂 |
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