本プロトコルは、ホノキオールが人間の真皮線維芽細胞およびマウスの皮膚におけるUVA誘発性の光老化をTGF-β1/SMAD経路の活性化とMMP発現の活性化を通じて改善するかどうかを調査します。
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本プロトコルは、ホノキオールが人間の真皮線維芽細胞およびマウスの皮膚におけるUVA誘発性の光老化をTGF-β1/SMAD経路の活性化とMMP発現の活性化を通じて改善するかどうかを調査します。
ホノキオール(HNK)は、 マグノリア・オフフィシナリス由来の主要成分であり、皮膚疾患の治療に有望です。現時点では、HNKが皮膚内の紫外線A(UVA)誘発光損傷に与える影響と作用機序は不明です。UVA誘導によりHDF細胞と無毛マウス皮膚の光老化損傷モデルを構築しました。HNKが正常なHDF細胞およびUVA誘発性HDF細胞の生存能力に与える影響を、細胞生存可能性アッセイを通じて検証しました。HDF細胞のSOD、GSH、CAT、MDAレベルは異なるキットで測定され、ROSレベルはDCFH-DAおよびジヒドロエチジウムで測定されました。SA-β-ガラクトシダーゼおよびTUNEL染色はHDF細胞の老化とアポトーシスを検出し、フローサイトメトリーは細胞周期の進行を評価しました。皮膚の組織病理学的損傷は病理的染色によって評価されました。さらに、免疫蛍光法およびウェスタンブロットを用いて、Ki67、コラーゲン、マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)、およびTGF-β1/Smad経路関連タンパク質レベルを評価しました。HNK(2.5-10 μM)処理は正常なHDF細胞の生存率に悪影響を与えませんでしたが、UVA誘発性のHDF細胞損傷を軽減し、酸化ストレスおよびアポトーシスを減少させました。UVAはHDF細胞の老化を誘発し、S期停止を誘発し、Ki67のダウンレギュレーションを行い、コラーゲン含有量を減少させ、MMP発現を増加させました。一方、HNKはこれらのUVA誘発異常を効果的に弱めました。さらに、UVAはマウス皮膚のシワを深くしわにし、水分量とコラーゲン含有量を減少させ、上皮層の厚みを増やしました。一方、HNKの皮下注射は皮膚組織への病理的損傷を軽減し、水分とコラーゲンの含有量を増加させました。さらに、HNKはTGF-β1/SMAD経路を活性化し、TGF-β1阻害剤SB431542 HDF細胞における光老化損傷に対するHNKの保護効果を損ないました。結論として、HNKはTGF-β1/Smad経路の活性化を通じてMMP発現を減少させることで、HDF細胞およびマウス皮膚におけるUVA誘発性の光老化を抑制することで、光老化損傷を緩和する薬剤となる可能性があります。
肌のエイジングのプロセスは複雑で、主にナチュラルエイジングとフォトエイジングの2つの形態に分かれます。研究によると、皮膚老化の80%から90%が環境の外因要因(例:紫外線、大気汚染)によって引き起こされており、その中でも長期にわたる紫外線による光老化が最も深刻な影響をもたらすとされています2,3。紫外線はUVC、UVB、UVAに分けられます。UVCはオゾン層を通過できないため、現在の光老化研究はUVA(320-400 nm)とUVB(280-320 nm)に焦点を当てています4,5,6。UVBと比べてUVAはエネルギーが少ないものの、より浸透性が高く、表皮を通り抜けて真皮の奥深くまで届きます。これは深刻な肌老化の重要な原因です。これまでの研究では、HaCaT細胞に対する57 mJ/cm 2 UVBおよび20 J/cm2 UVA照射による損傷は同等であることが示されています。皮膚の光老化は、皮膚の機能や構造に変化をもたらし、特に皮膚表面組織のたるみ、しわの深化、コラーゲンの減少、肉眼で見える灰色の肌の色が現れることで現れます。重症の場合、さまざまな良性の前がん病変や腫瘍が発生します。老化やアンチエイジングに関する研究の増加とともに、フォトエイジングの健康リスクは世界的に最も重要な健康問題の一つとなっています。したがって、UVAによる光老化損傷の病態生理学的プロセスを調査し、新たな治療法の開発を目指すことが重要です。
伝統的な中国薬草であるマグノリア・オフィシナリスから抽出されるホノキオール(HNK)は、化学式C18H18O211を持つ重要な生物活性化合物です。HNKはさまざまな薬理学的活性を示し、そのフェノールヒドロキシル基は酸化に非常に敏感で、強い抗酸化作用およびフリーラジカル除去効果を持っています12。さらに、HNKは抗菌、抗炎症、抗ウイルス、抗腫瘍、抗うつ、神経保護、抗早期卵巣不全の薬理学的効果を持っています。13,14,15,16。経口HNKは動物実験および臨床試験で本質的に安全と判断されており、有意な副作用は確認されていません(17,18,19)。最近の研究では、HNKがUVB誘発性皮膚がんを予防し、UVBによる皮膚炎症反応やDNA高メチル化を抑制することが明らかになりました。21は、皮膚疾患治療への応用の可能性を示唆しています。ビタミンCやレスベラトロールなど広く使われている抗光老化薬と比べて、HNKは明確かつ優れた特性を持っています。脂溶性構造により、親水性ビタミンCよりも経皮透過性が優れています。また、レスベラトロール23よりも高い光安定性と生体内での生体利用能を示します。これらの前臨床的発見は、HNKが紫外線誘発性の皮膚損傷に対する安全かつ効果的なスキンケア製品および臨床介入の候補として有望なトランスレーショナルな可能性を持つことを支持しています。しかし、UVAによる皮膚の光老化損傷に対するHNK治療の影響はまだ報告されていません。
トランスフォーミング成長因子β1(TGF-β1)は、細胞の成長と発達、組織修復と再生、細胞・組織・臓器の成長と発達に不可欠な多機能サイトカインです(24,25)。TGF-β1は主にSmadタンパク質ファミリーのメンバーを通じて細胞にシグナルを送り、下流標的遺伝子の転写を特異的に制御することが示されています。TGF-β1シグナルが活性化されると、Smad2およびSmad3のリン酸化が起こります26,27。最近の研究では、TGF-β1/Smad経路と皮膚線維症および光老化との強い関連性が示されています28,29。哺乳類のラパマイシン標的は、ラットの皮膚組織におけるTGF-β1/Smad経路を活性化し、それが皮膚の水分保持と皮膚バリアの維持に重要なセラミドの合成を促進すると報告されています。特筆すべきは、HNKが肝星状細胞のTGF-β1/SMAD経路を調節し、それが肝線維症31を改善したと報告されていることです。そのため、UVA誘発性光老化損傷の細胞モデルおよびマウスモデルが確立され、HDF細胞では2.5–10μMのHNK処理、無毛マウスでは5 mg/kgまたは10 mg/kgのHNK介入を用いて、HNKが光老化損傷に与える影響とTGF-β1/Smad経路の調節における潜在的な役割を探りました。本研究はUVA誘発性皮膚光損傷に対する新たな治療戦略の開発を目指しました。
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すべての細胞培養実験は、機関のバイオセーフティガイドラインに従い、バイオセーフティレベル2(BSL-2)の実験室条件下で実施されました。動物実験は、中国人民解放軍合同後方支援部隊第988病院動物倫理委員会の承認(承認番号:2023-089)を得て実施されました。
すべての実験手順は、実験動物のケアと利用に関する機関および国家のガイドラインに厳密に従って実施されました。実験終了時にマウスはナトリウムペントバルビタール(100 mg/kg、腹腔内注射)の過剰投与で安楽死させられました。飼育、治療、サンプリングの過程での動物の苦痛を最小限に抑えるためにあらゆる努力がなされました。プロトコルで使用される試薬、化学物質、機器、ソフトウェアは材料表に記載されています。
1. 細胞培養と処理
2. 細胞生存能力評価
3. スーパーオキシドジムターゼ(SOD)、マロンジアルデヒド(MDA)、カタラーゼ(CAT)、グルタチオン(GSH)レベルの測定
4. 細胞ROSレベルの測定
5. 老化関連のβ-ガラクトシダーゼ(SA-β-ガラクトシダーゼ)染色
6. 細胞周期アッセイ
7. チューネル染色
8. 免疫蛍光染色
9. エリサ
10. 写真老化による損傷マウスモデルの構築
11. 皮膚コラーゲンI含有量の測定
12. ヘマトキシリンおよびエオシン(HE)染色
13. マッソン染色
14. 皮膚組織のROSレベルの測定
15. 生化学的指標の検査
16. ウェスタン・ブロット
17. 統計解析
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HNKはUVAによるHDF細胞の酸化ストレス損傷を軽減します
24時間または48時間にわたるさまざまな濃度のHNK処理がHDF細胞の生存可能性に与える影響を、細胞生存能力アッセイによって適切な濃度と治療期間をスクリーニングするために検証されました。結果は、2.5、5、10μMのHNKが治療後24時間または48時間後に正常なHDF細胞の生存率に有意な影響を与えず、これらの用量でHNKが正常細胞に対して無毒であることを示しました。特に、2.5、5、10μMの濃度でのHNKはUVAによるHDF細胞の生存能力障害を緩和し、HNKがHDF細胞をUVA損傷から守ることを示唆し、24時間での処理効果は48時間よりも優れていました。HNK濃度を20および40μMに上げると、正常なHDF細胞とUVA処理されたHDF細胞の両方の生存率が著しく低下し、高濃度のHNK(20-40μM)がHDF細胞に一定の毒性効果を持つことを示唆しています(図1A、B)。そのため、その後の実験では、2.5、5、10 μM HNKがHDF細...
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紫外線は細胞や生物に害を及ぼす環境要因の一つです。過去の研究では、UVAが高い透過力を持つため、地球表面に到達する主な紫外線の種類であると報告されています。線維芽細胞は真皮の重要な機能細胞であり、その老化は直接的または間接的に皮膚の老化を引き起こすことがあります。HDF細胞モデルおよび無毛マウスモデルにおけるUVA誘発光老化損傷は、皮膚光老化の研究に広く用いられています。したがって、UVA誘発性の光老化損傷の細胞および動物モデルは、過去の研究(HDF細胞では8日間1日5 J/cm、マウスでは8週間 0.35 J/cm2)を参考に構築されました。32,33,34。
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著者たちは、財務的な利益相反は一切ないと断言しています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ALT活性分析キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | P2711M | アラニントランスアミナーゼ活性検出キット |
| Amplex Red CRE検査キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0291S | クレアチニン検出キット |
| アンチフェード搭載媒体 | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | P0126 | 蛍光信号保存用マウントメディウム |
| AST活性分析キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | P2715S | アスパラギン酸トランスアミナーゼ活性検出キット |
| BCAタンパク質アッセイキット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | P0012 | タンパク質濃度測定キット |
| BSA | シグマ・オルドリッチ、ミズーリ州セントルイス、アメリカ合衆国 | V900933 | 非特異的結合のためのブロッキング試薬 |
| BUNアッセイキット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0574S | 血尿素窒素検出キット |
| CAT検査キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0051 | カタラーゼ活性検出キット |
| CCK-8試薬 | シグマ・オルドリッチ、ミズーリ州セントルイス、アメリカ合衆国 | 96992 | 水溶性のテトラゾリウム塩である細胞生存能力測定液 |
| CDK2抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA5-79024 | CDK2検出のための一次抗体 |
| 化学発光剤 ECL | MedChemExpress、ニュージャージー州モンマスジャンクション、アメリカ合衆国 | HY-K1005 | 強化化学発光検出試薬 |
| コラーゲンI抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA1-26204 | コラーゲンI検出のための一次抗体 |
| サイクリンA2抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA5-34682 | サイクリンA2検出のための一次抗体 |
| DAPI染色溶液 | シグマ・オルドリッチ、ミズーリ州セントルイス、アメリカ合衆国 | D9542 | 核染色染料 |
| DCFH-DA蛍光プローブ | MedChemExpress、ニュージャージー州モンマスジャンクション、アメリカ合衆国 | HY-D0940 | 活性酸素種蛍光プローブ |
| 微分解法 | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | C0161 | ヘマトキシリン分化ステップ用試薬 |
| ジヒドロエチジウムプローブ | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0063 | 活性酸素種プローブ |
| 線維芽細胞培養培地 | サンセル・バイオテクノロジー株式会社、武漢、湖北省、中国 | SNPM-H342 | 線維芽細胞増殖のための完全培養培地 |
| FITC標識ヤギ抗ウサギIgG | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | F-2765 | フルオレセイン・イソチオシアネート(FITC)標識された二次抗体 |
| フローサイトメトリー | BDバイオサイエンス、カリフォルニア州サンノゼ、アメリカ合衆国 | BD FACSCaliburTM | フローサイトメーター |
| FlowJoソフトウェア | BDバイオサイエンス、カリフォルニア州サンノゼ、アメリカ合衆国 | v10.8 | フローサイトメトリー解析ソフトウェア |
| 蛍光顕微鏡 | ライカ、ハイデルベルク、ドイツ | DMイリノイド | 蛍光イメージング用顕微鏡 |
| GAPDH抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA1-987 | タンパク質正規化のための内部対照抗体 |
| ゲルイメージングシステム | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | iBright CL1500 | タンパク質検出のためのイメージングシステム |
| ヤギ抗ウサギIgG | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 31460 | 免疫検出のための二次抗体 |
| Graphpad Prism 9.0ソフトウェア | GraphPad Software、カリフォルニア州サンディエゴ、アメリカ合衆国 | プリズム9.0 | グラフ作成ソフトウェア |
| GSHアッセイキット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0053 | グルタチオン含有量検出キット |
| HE染色キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | C0105S | 組織形態解析用の組織学的染色キット |
| HNK | MedChemExpress、ニュージャージー州モンマスジャンクション、アメリカ合衆国 | HY-N0003 | ホノキオール、バイオアクティブ化合物 |
| ヒトの皮膚線維芽細胞 | サンセル・バイオテクノロジー株式会社、武漢、湖北省、中国 | SNP-H342 | 原発ヒト皮膚線維芽細胞 |
| IBM SPSS Statistics 26.0 ソフトウェア | IBMコーポレーション、ニューヨーク州アーモンク、アメリカ合衆国 | IBM SPSS 統計 26.0 | 統計解析ソフトウェア |
| ImageJソフトウェア | ウェイン・ラスバンド、米国国立精神衛生研究所 | バージョン 1.54h | 画像解析ソフトウェア |
| Ki67抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | MA5-14520 | 細胞増殖マーカー検出のための一次抗体 |
| 光顕微鏡 | ライカ、ハイデルベルク、ドイツ | DM3000 | 明界イメージング用光学顕微鏡 |
| マッソントリクロム染色キット | ソラルビオ、北京、中国 | G1340 | コラーゲンおよび結合組織染色キット |
| MDAアッセイキット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0131S | マロンジアルデヒド濃度検出キット(脂質過酸化マーカー) |
| マイクロプレートリーダー | サーモフィッシャー・サイエンティフィック、マサチューセッツ州ウォルサム、アメリカ合衆国 | 1410101 | 細胞ベースのアッセイ用吸収度測定装置 |
| MMP-1抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA5-27210 | マトリックスメタロプロテイナーゼ-1検出のための一次抗体 |
| MMP-1 ELISAキット | 酵素結合バイオテクノロジー、中国・上海 | ML038199 | 生物学的サンプル中のMMP-1の定量検出 |
| MMP-3抗体 | アブカム、マサチューセッツ州ケンブリッジ、アメリカ合衆国 | AB52915 | マトリックスメタロプロテイナーゼ-3検出のための一次抗体 |
| MMP-3 ELISAキット | 酵素結合バイオテクノロジー、中国・上海 | ML105322 | 生物学的サンプルにおけるMMP-3の定量的検出 |
| ニュートラルガム | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | C0173 | 取り付け媒体 |
| P16抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | PA5-20379 | P16タンパク質検出のための一次抗体 |
| P21抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | MA5-14949 | P21タンパク質検出のための一次抗体 |
| P53抗体 | アブカム、マサチューセッツ州ケンブリッジ、アメリカ合衆国 | ab131442 | P53タンパク質検出のための一次抗体 |
| パラホルマルデヒド | ソラルビオ、北京、中国 | P1110 | 細胞および組織固定試薬 |
| PI | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | ST512 | 細胞周期解析におけるDNA染色のためのプロピジウムヨウ化物 |
| プロコラーゲンI-Cペプチドアッセイキット | 宝(TAKARA)、東京、日本 | MK101 | コラーゲン合成検出キット |
| p-Smad2抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 44-244G | リン酸化Smad2検出のための一次抗体 |
| p-Smad3抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 44-246G | リン酸化Smad3検出のための一次抗体 |
| PVDF膜 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 88520 | ウエスタンブロッティング用のタンパク質転送膜 |
| RIPA溶解バッファー | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | P0013B | 細胞および組織の溶解液用タンパク質抽出バッファー |
| RNaseA | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | ST579 | DNA染色中のRNA除去のためのリボヌクレアーゼ |
| SA&β;-ガラクトシダーゼ染色キット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | C0602 | 細胞老化検出キット |
| SB431542 | MedChemExpress、ニュージャージー州モンマスジャンクション、アメリカ合衆国 | HY-10431 | TGF-&ベータ;1 シグナル伝達経路阻害剤 |
| SDS-PAGEゲル | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | WG1403BX10 | タンパク質電気泳動用のポリアクリルアミドゲル |
| SKH1の無毛マウス | 中国・北京、ヴィタルリバー | 皮膚写真老化研究のための動物モデル | |
| Smad2抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 51-1300 | Smad2検出のための一次抗体 |
| Smad3抗体 | インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド、アメリカ合衆国 | 51-1500 | Smad3検出のための一次抗体 |
| SODアッセイキット | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | S0101S | 超酸化物ディスミューターゼ活性検出キット |
| TGF-&ベータ;抗体1本 | アブカム、マサチューセッツ州ケンブリッジ、アメリカ合衆国 | ab215715 | TGF-およびβの一次抗体;1 検出 |
| トライトン X-100 | シグマ・オルドリッチ、ミズーリ州セントルイス、アメリカ合衆国 | X-100 | 細胞膜透過化のための非イオン性洗剤 |
| TUNELアッセイ溶液 | ビヨタイム・バイオテクノロジー、上海、中国 | C1086 | DNA断片化のためのアポトーシス検出試薬 |
| キシレン | シグマ・オルドリッチ、ミズーリ州セントルイス、アメリカ合衆国 | 247642 | 組織脱硫化のための有機溶媒 |
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