Questo protocollo indaga se l'honokiol migliori il foto-invecchiamento indotto dai raggi UVA nei fibroblasti dermici umani e nella pelle del topo attivando la via TGF-β1/Smad e riducendo l'espressione di MMP.
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Articolo metodologico
Questo protocollo indaga se l'honokiol migliori il foto-invecchiamento indotto dai raggi UVA nei fibroblasti dermici umani e nella pelle del topo attivando la via TGF-β1/Smad e riducendo l'espressione di MMP.
L'Honokiol (HNK), un componente chiave derivato dalla Magnolia officinalis, ha il potenziale per trattare le malattie della pelle. Attualmente, l'impatto e il meccanismo d'azione dell'HNK sul fotodanno indotto dall'Ultravioletto A (UVA) nella pelle non sono chiari. Un modello di danno foto-invecchiato delle cellule HDF e della pelle di topo senza peli è stato costruito tramite induzione UVA. L'impatto dell'HNK sulla vitalità delle cellule HDF normali e delle cellule HDF indotte dalla UVA è stato esaminato attraverso il test di vitalità delle cellule. I livelli di SOD, GSH, CAT e MDA nelle celle HDF sono stati misurati utilizzando diversi kit, mentre i livelli di ROS sono stati misurati con DCFH-DA e Diidroetidio. La colorazione SA-β-galactosidasi e TUNEL ha rilevato senescenza e apoptosi nelle cellule HDF, e la citometria a flusso ha valutato la progressione del ciclo cellulare. Il danno istopatologico della pelle è stato valutato tramite colorazione patologica. Inoltre, immunofluorescenza e Western blot sono stati utilizzati per valutare i livelli di proteine associate alla via di Ki67, collagene, metalloproteinasi della matrice (MMP) e TGF-β1/Smad pathway. Il trattamento con HNK (2,5-10 μM) non ha avuto effetti negativi sulla normale vitalità delle cellule HDF, ma ha attenuato i danni cellulari HDF indotti dai raggi UVA, riducendo lo stress ossidativo e l'apopttosi. I radi UVA hanno indotto la senescenza delle cellule HDF, indotto arresto della fase S, ridimensionato Ki67, ridotto il contenuto di collagene e aumentato l'espressione di MMP, mentre HNK ha efficacemente attenuato queste anomalie indotte dagli UVA. Inoltre, i radi UVA causavano rughe più profonde, una diminuzione del contenuto di acqua e di collagene, e un aumento dello spessore epiteliale nella pelle del topo, mentre l'iniezione sottocutanea di HNK attenuava i danni patologici ai tessuti cutanei e aumentava il contenuto di acqua e collagene. Inoltre, l'HNK ha attivato la via TGF-β1/Smad, e l'inibitore TGF-β1 SB431542 compromesso l'effetto protettivo dell'HNK contro i danni da foto-invecchiamento nelle cellule HDF. In conclusione, HNK ha il potenziale di essere un farmaco per mitigare i danni da foto-invecchiamento riducendo l'espressione di MMP tramite l'attivazione della via TGF-β1/Smad, inibendo così il foto-invecchiamento indotto dagli UVA nelle cellule HDF e nella pelle del topo.
Il processo di invecchiamento della pelle è complesso e si divide in due forme principali: invecchiamento naturale e foto-invecchiamento1. Gli studi indicano che fino all'80-90% dell'invecchiamento cutaneo è causato da fattori esogeni nell'ambiente (ad esempio, raggi ultravioletti, inquinamento atmosferico), tra cui l'invecchiamento fotografico indotto dalle radiazioni ultraviolette a lungo termine ha gli effetti piùgravi 2,3. La radiazione ultravioletta è suddivisa in UVC, UVB e UVA. Poiché l'UVC non può penetrare lo strato di ozono, le ricerche attuali sull'invecchiamento fotografico si concentrano sugli UVA (320-400 nm) e UVB (280-320 nm)4,5,6. Rispetto agli UVB, i radi UVA hanno energia più bassa, ma sono più penetranti, attraversano l'epidermide e arrivano in profondità nel derma, che è una causa importante dell'invecchiamento gravedella pelle. Studi precedenti hanno dimostrato che il danno causato dall'irradiazione UVB di 57 mJ/cm 2 e 20 UVA J/cm 2 alle cellule HaCaT ècomparabile di 8. L'invecchiamento fotografico della pelle provoca cambiamenti nella funzione e nella struttura della pelle, manifestati specificamente come abbassamento del tessuto superficiale, approfondimento delle rughe, perdita di collagene e l'apparizione di un colore grigio della pelle visibile a occhio nudo; nei casi gravi, possono verificarsi una varietà di lesioni benigne e precancerosee tumori 9,10. Insieme all'aumento della ricerca sull'invecchiamento e l'anti-invecchiamento, i rischi per la salute derivanti dal fotoinvecchiamento sono diventati una delle preoccupazioni più importanti a livello mondiale. Pertanto, è fondamentale indagare i processi fisiopatologici alla base del danno da foto-invecchiamento indotti dai raggi UVA, con l'obiettivo di sviluppare nuove opzioni terapeutiche per il trattamento.
Estratto dalla Magnolia officinalis, una tradizionale erba medicinale cinese, l'Honokiol (HNK) è un composto bioattivo significativo con formula chimica di C18H18O211. HNK presenta varie attività farmacologiche e il suo gruppo fenolico idrossile è altamente suscettibile all'ossidazione e presenta forti effetti antiossidanti e di recupero dei radicaliliberi 12. Inoltre, l'HNK ha effetti farmacologici antibatterici, antinfiammatori, antivirali, antitumorali, antidepressivi, neuroprotettivi e anti-insufficienza ovaricaprecoce 13,14,15,16. L'HNK orale è stato ritenuto essenzialmente sicuro negli studi sugli animali e clinici, e non sono stati identificati effetti avversisignificativi 17,18,19. Studi recenti hanno rilevato che l'HNK previene il cancro della pelle indotto daUVB 20 e inibisce la risposta infiammatoria cutanea indotta dagli UVB e l'ipermetilazionedel DNA 21, suggerendo il suo potenziale utilizzo nel trattamento di condizioni cutanee. Rispetto agli agenti anti-foto-invecchiamento ampiamente utilizzati, tra cui vitamina C e resveratrolo, l'HNK possiede proprietà distinte e superiori: la sua struttura lipofila conferisce una migliore permeabilità transdermica rispetto alla vitaminaC idrofila 22; e mostra una fotostabilità e una biodisponibilità in vivo superiori rispetto alresveratrolo 23. Questi risultati preclinici supportano l'idea che l'HNK abbia un promettente potenziale traslazionale come candidato sicuro ed efficace per prodotti per la cura della pelle e interventi clinici contro il fotodanno cutaneo indotto dagli ultravioletti. Tuttavia, l'impatto del trattamento HNK sui danni cutanei da fotoinvecchiamento causati dai raggi UVA non è ancora stato riportato.
Il fattore di crescita trasformante-β1 (TGF-β1) è una citochina multifunzionale cruciale per la crescita e lo sviluppo cellulare, la riparazione e rigenerazione dei tessuti, nonché la crescita e lo sviluppo di cellule, tessuti e organi24,25. È stato dimostrato che TGF-β1 segnala alla cellula principalmente attraverso membri della famiglia proteica Smad, portando alla regolazione specifica della trascrizione dei geni bersaglio a valle. Quando la segnalazione TGF-β1 viene attivata, si traduce in fosforilazione di Smad2 e Smad326,27. Studi recenti hanno mostrato una forte connessione tra la via TGF-β1/Smad e la fibrosi cutanea e il foto-invecchiamento28,29. È stato riportato che il bersaglio mammifero della rapamicina attiva la via TGF-β1/Smad nei tessuti cutanei dei ratti, che a sua volta favorisce la sintesi delle ceramidi, importanti per trattenere l'umidità cutanea e mantenere la barrieracutanea 30. In particolare, è stato riportato che l'HNK ha modulato la via TGF-β1/Smad nelle cellule stellate epatiche, il che, a sua volta, ha migliorato la fibrosiepatica 31. Pertanto, sono stati stabiliti modelli cellulari e murini di lesioni da foto-invecchiamento indotte dai raggi UVA, con trattamento HNK da 2,5–10 μM nelle cellule HDF e intervento HNK da 5 mg/kg o 10 mg/kg nei topi senza pelo, per esplorare gli effetti dell'HNK sui danni da foto-invecchiamento e il suo potenziale ruolo nella modulazione della via TGF-β1/Smad. Questo studio mirava a sviluppare nuove strategie terapeutiche per il fotodanno cutaneo indotto dai raggi UVA.
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Tutti gli esperimenti di coltura cellulare sono stati condotti in conformità con le linee guida istituzionali sulla biosicurezza e condotti secondo condizioni di laboratorio di Biosafety Level 2 (BSL-2). Gli esperimenti sugli animali sono stati condotti dopo l'approvazione del Comitato Etico Animale del 988° Ospedale della Forza Congiunta di Supporto Logistico dell'Esercito Popolare di Liberazione Cinese (numero di approvazione: 2023-089).
Tutte le procedure sperimentali sono state condotte in rigorosa conformità con le linee guida istituzionali e nazionali per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. Al termine dell'esperimento, i topi sono stati soppressi tramite un'overdose di pentobarbital sodico (100 mg/kg, iniezione intraperitoneale). Sono stati fatti tutti gli sforzi per minimizzare la sofferenza animale durante le procedure di alloggio, trattamento e campionamento. I reagenti, i prodotti chimici, le attrezzature e i software utilizzati nel protocollo sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Coltura cellulare e lavorazione
2. Valutazione della vitalità cellulare
3. Determinazione dei livelli di superossido dismutasi (SOD), malondialdeide (MDA), catalasi (CAT) e glutatione (GSH)
4. Misurazione dei livelli cellulari di ROS
5. Colorazione β-galactosidasi (SA-β-galactosidasi) associata alla senescenza
6. Analisi del ciclo cellulare
7. Colorazione TUNEL
8. Colorazione immunofluorescenza
9. ELISA
10. Costruzione del modello murino da danni da foto-invecchiamento
11. Misurazione del contenuto di collagene I della pelle
12. Colorazione di ematossilina ed eosina (HE)
13. Colorazione di massone
14. Misurazione dei livelli di ROS del tessuto cutaneo
15. Test degli indicatori biochimici
16. Western blot
17. Analisi statistica
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L'HNK allevia i danni da stress ossidativo nelle cellule HDF causati dai raggi UVA
Gli impatti delle varie concentrazioni di trattamento con HNK per 24 o 48 ore sulla vitalità delle cellule HDF sono stati esaminati tramite un saggio di vitalità cellulare per selezionare la concentrazione e la durata del trattamento adeguate. I risultati hanno mostrato che 2,5, 5 e 10 μM di HNK non hanno influito in modo significativo sulla vitalità delle cellule HDF normali dopo 24 o ...
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La luce ultravioletta è un fattore ambientale che danneggia cellule e organismi. Studi precedenti hanno riportato che i radi UVA, con la sua elevata potenza di penetrazione, sono il principale tipo di luce ultravioletta che raggiunge la superficie terrestre38. I fibroblasti sono cellule funzionali importanti nel derma, e il loro invecchiamento può causare direttamente o indirettamente l'invecchiamento della pelle39. Il danno da foto-invecch...
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Gli autori affermano di non avere conflitti di interesse finanziari.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Kit per il test di attività ALT | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P2711M | Kit di rilevamento dell'attività della alanina transaminasi |
| Kit di analisi Amplex Red CRE | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0291S | Kit di rilevamento della creatinina |
| Mezzo di montaggio AntiFade | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0126 | Mezzo di montaggio per la conservazione del segnale di fluorescenza |
| Kit per il test di attività AST | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P2715S | Kit di rilevamento dell'attività della transaminasi aspartate |
| Kit per il test proteico BCA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0012 | Kit per la determinazione della concentrazione proteica |
| BSA | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | V900933 | reagente bloccante per il legame non specifico |
| Kit BUN Assay | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0574S | Kit di rilevamento dell'azoto nell'urea nel sangue |
| Kit per il test CAT | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0051 | Kit di rilevamento dell'attività della catalasi |
| Reagente CCK-8 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 96992 | Soluzione di saggio di viabilità cellulare, che è un sale tetrazoliale solubile in acqua |
| Anticorpo CDK2 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-79024 | anticorpo primario per la rilevazione di CDK2 |
| Agente chemiluminescente ECL | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-K1005 | Reagente di rilevamento della chemiluminescenza potenziata |
| Anticorpo del collagene I | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-26204 | anticorpo primario per la rilevazione del collagene I |
| Anticorpo della ciclina A2 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-34682 | Anticorpo primario per la rilevazione della ciclina A2 |
| Soluzione di colorazione DAPI | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D9542 | Colorante per colorazione nucleare |
| Sonda fluorescente DCFH-DA | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-D0940 | Sonda fluorescente reattiva per specie di ossigeno |
| Soluzione di differenziazione | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0161s | Reagente per la fase di differenziazione dell'ematossilina |
| Sonda diidroetidio | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0063 | Sonda reattiva delle specie ossigeno |
| Mezzo di coltura fibroblastica | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, Cina | SNPM-H342 | Mezzo di coltura completo per la crescita dei fibroblasti |
| Capra etichettata FITC anti-coniglio IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | F-2765 | Anticorpo secondario marcato con fluoresceina isotiocianato (FITC) |
| Citometria a flusso | BD in bioscienze, San Jose, CA, USA | BD FACSCaliburTM | Citometro a flusso |
| Software FlowJo | BD in bioscienze, San Jose, CA, USA | v10.8 | Software per l'analisi della citometria a flusso |
| Microscopio a fluorescenza | Leica, Heidelberg, Germania | DM IL GUIDÒ | microscopio per l'imaging a fluorescenza |
| Anticorpo GAPDH | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-987 | Anticorpo di controllo interno per la normalizzazione proteica |
| Sistema di imaging gel | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | iBright CL1500 | Sistema di imaging per il rilevamento delle proteine |
| capra anti-coniglio IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 31460 | Anticorpo secondario per l'immunoditeczione |
| Software Graphpad Prism 9.0 | GraphPad Software, San Diego, CA, USA | Prism 9.0 | Software per la grafica |
| Kit per analisi GSH | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0053 | Kit per il rilevamento del contenuto di glutatione |
| Kit per la colorazione HE | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0105S | Kit di colorazione istologica per l'analisi morfologica dei tessuti |
| HNK | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-N0003 | Honokiol, composto bioattivo |
| Fibroblasti dermici umani | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, Cina | SNP-H342 | Cellule primarie di fibroblasti della pelle umana |
| Software IBM SPSS Statistics 26.0 | IBM Corporation, Armonk, NY, USA | IBM SPSS Statistics 26.0 | Software per l'analisi statistica |
| Software ImageJ | Wayne Rasband, Istituto Nazionale di Salute Mentale, USA | Versione 1.54H | Software di analisi delle immagini |
| Anticorpo Ki67 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14520 | Anticorpo primario per la rilevazione dei marcatori di proliferazione cellulare |
| Microscopio ottico | Leica, Heidelberg, Germania | DM3000 | Microscopio ottico per imaging in campo chiaro |
| Kit di colorazione tricromo Masson | Solarbio, Pechino, Cina | G1340 | Kit per la colorazione di collagene e tessuto connettivo |
| Kit per analisi MDA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0131S | Kit di rilevamento del livello di malondialdeide (marcatore di perossidazione lipidica) |
| Lettore di microplacche | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 1410101 | Strumento di misurazione dell'assorbenza per saggi basati su celle |
| Anticorpo MMP-1 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-27210 | Anticorpo primario per il rilevamento della metalloproteinasi della matrice-1 |
| Kit MMP-1 ELISA | Biotecnologie collegate agli enzimi, Shanghai, Cina | ml038199 | Rilevamento quantitativo di MMP-1 in campioni biologici |
| Anticorpo MMP-3 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab52915 | Anticorpo primario per la rilevazione della metalloproteinasi matriciale-3 |
| Kit MMP-3 ELISA | Biotecnologie collegate agli enzimi, Shanghai, Cina | ml105322 | rilevamento quantitativo di MMP-3 in campioni biologici |
| Gomma neutra | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0173 | Mezzo di montaggio |
| Anticorpo P16 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-20379 | Anticorpo primario per la rilevazione della proteina P16 |
| Anticorpo P21 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14949 | Anticorpo primario per la rilevazione della proteina P21 |
| Anticorpo P53 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab131442 | Anticorpo primario per la rilevazione della proteina P53 |
| paraformaldeide | Solarbio, Pechino, Cina | P1110 | Reagente di fissazione cellulare e tissutale |
| PI | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | ST512 | Iodio di propidio per la colorazione del DNA nell'analisi del ciclo cellulare |
| Kit per il saggio peptidico pro-collagene I C | TAKARA, Tokyo, Giappone | MK101 | Kit per il rilevamento della sintesi del collagene |
| Anticorpo p-Smad2 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-244G | anticorpo primario per la rilevazione di Smad2 fosforilata |
| Anticorpo p-Smad3 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-246G | anticorpo primario per la rilevazione di Smad3 fosforilato |
| Membrane PVDF | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 88520 | Membrana di trasferimento proteico per Western blotting |
| Buffer di lisi RIPA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0013B | Buffer di estrazione proteica per i lisati cellulari e tissutali |
| RNaseA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | ST579 | ribonucleasi per la rimozione dell'RNA durante la colorazione del DNA |
| Kit di colorazione SA-β-galactosidasi | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0602 | Kit di rilevamento della senescenza cellulare |
| SB431542 | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-10431 | TGF-& beta; 1 Inibitore della via di segnalazione |
| Gel SDS-PAGE | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | WG1403BX10 | Gel di poliacrilamide per elettroforesi proteica |
| Topi senza pelo SKH1 | Vitalriver, Pechino, Cina | Modello animale per studi di foto-invecchiamento cutaneo | |
| Anticorpo Smad2 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 51-1300 | anticorpo primario per la rilevazione di Smad2 |
| Anticorpo Smad3 | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 51-1500 | anticorpo primario per la rilevazione di Smad3 |
| Kit SOD Assay | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | S0101S | Kit di rilevamento dell'attività da superossido dismutasi |
| TGF-& beta; 1 Anticorpo | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab215715 | anticorpo primario per TGF-& beta; 1 Rilevamento |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | X-100 | detergente non ionico per permeabilizzazione della membrana cellulare |
| Soluzione per il saggio TUNEL | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C1086 | Reagente per il rilevamento dell'apoptosi per la frammentazione del DNA |
| Xylene | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 247642 | Solvente organico per la deparaffinizzazione dei tessuti |
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