Dit protocol onderzoekt of honokiol UVA-geïnduceerde fotoveroudering in menselijke dermale fibroblasten en muizenhuid verbetert door de TGF-β1/Smad-route te activeren en de MMP-expressie te verminderen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol onderzoekt of honokiol UVA-geïnduceerde fotoveroudering in menselijke dermale fibroblasten en muizenhuid verbetert door de TGF-β1/Smad-route te activeren en de MMP-expressie te verminderen.
Honokiol (HNK), een belangrijk bestanddeel afkomstig van Magnolia officinalis, heeft het potentieel om huidziekten te behandelen. Op dit moment zijn de impact en het werkingsmechanisme van HNK op door ultraviolet A (UVA) veroorzaakte fotoschade in de huid onduidelijk. Een fotoverouderingsschademodel van HDF-cellen en haarloze muizenhuid werd geconstrueerd door UVA-inductie. De impact van HNK op de levensvatbaarheid van normale HDF-cellen en UVA-geïnduceerde HDF-cellen werd onderzocht via de cellevensvatbaarheidstest. SOD, GSH, CAT en MDA-niveaus in HDF-cellen werden gemeten met verschillende kits, en ROS-niveaus werden gemeten met DCFH-DA en Dihydroethidium. SA-β-galactosidase en TUNEL-kleuring detecteerden senescentie en apoptose in HDF-cellen, en flowcytometrie beoordeelde de celcyclusprogressie. Histopathologische schade aan de huid werd beoordeeld door pathologische kleuring. Daarnaast werden immunofluorescentie en Western blot gebruikt om de eiwitniveaus van Ki67, collageen, matrix metalloproteinase (MMP) en TGF-β1/Smad route-geassocieerde eiwitniveaus te beoordelen. De behandeling van HNK (2,5-10 μM) had geen nadelig effect op de normale levensvatbaarheid van HDF-cellen, maar verminderde door UVA geïnduceerde HDF-celschade, waardoor oxidatieve stress en apoptose werden verminderd. UVA induceerde de senescentie van HDF-cellen, induceerde S-fase arrest, verlaagde Ki67, verlaagde het collageengehalte en verhoogde MMP-expressie, terwijl HNK deze door UVA veroorzaakte afwijkingen effectief verzwakte. Daarnaast veroorzaakte UVA diepere rimpels, een lager water- en collageengehalte, en een toename van de epitheeldikte in de huid van de muis, terwijl subcutane injectie van HNK pathologische schade aan huidweefsel verminderde en het water- en collageengehalte verhoogde. Bovendien activeerde HNK de TGF-β1/Smad-route, en de TGF-β1-remmer SB431542 het beschermende effect van HNK tegen fotoverouderingsschade in HDF-cellen verzwakt. Samenvattend heeft HNK het potentieel om een medicijn te zijn om fotoverouderingsschade te verlichten door MMP-expressie te verminderen via activatie van de TGF-β1/Smad-route, waardoor UVA-geïnduceerde fotoveroudering in HDF-cellen en muishuid wordt geremd.
Het proces van huidveroudering is ingewikkeld en verdeeld in twee hoofdvormen: natuurlijke veroudering en fotoveroudering1. Studies tonen aan dat tot wel 80% tot 90% van de huidveroudering wordt veroorzaakt door exogene factoren in het milieu (bijv. ultraviolette straling, luchtvervuiling), waarvan langdurige door ultraviolette straling veroorzaakte fotoveroudering de ernstigste effecten heeft 2,3. Ultraviolette straling wordt onderverdeeld in UVC, UVB en UVA. Omdat UVC de ozonlaag niet kan doordringen, richt het huidige onderzoek naar fotoveroudering zich op UVA (320-400 nm) en UVB (280-320 nm)4,5,6. In vergelijking met UVB heeft UVA minder energie, maar is het meer doordringend, dringt door de epidermis en reikt diep in de huid, wat een belangrijke oorzaak is van ernstige huidverouderingvan 7 jaar. Eerdere studies hebben aangetoond dat de schade veroorzaakt door 57 mJ/cm2 UVB en 20 J/cm2 UVA-bestraling aan HaCaT-cellen vergelijkbaar ismet 8. Huidfotoveroudering veroorzaakt veranderingen in de functie en structuur van de huid, specifiek geuit in het doorhangen van huidoppervlakweefsel, diepere rimpels, verlies van collageen en het verschijnen van een grijze huidkleur die met het blote oog zichtbaar is; In ernstige gevallen kunnen verschillende goedaardige, voorstadia van kanker laesies en tumorenoptreden. Samen met de toename van onderzoek naar veroudering en anti-veroudering zijn de gezondheidsrisico's van fotoveroudering een van de belangrijkste gezondheidszorgen wereldwijd geworden. Daarom is het cruciaal om de pathofysiologische processen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan door UVA veroorzaakte fotoverouderingsschade, met het oog op het ontwikkelen van nieuwe therapeutische opties voor de behandeling.
Gewonnen uit Magnolia officinalis, een traditioneel Chinees medicinaal kruid, is Honokiol (HNK) een belangrijke bioactieve verbinding met de chemische formule C18H18O211. HNK vertoont verschillende farmacologische activiteiten, en de fenolhydroxylgroep is zeer gevoelig voor oxidatie en heeft sterke antioxidanten en vrije radicalen afzuigende effecten12. Daarnaast heeft HNK antibacteriële, ontstekingsremmende, antivirale, antitumor-, antidepressiva-, neuroprotectieve en anti-voortijdige eierstokfalen farmacologische effecten 13,14,15,16. Orale HNK is in dierstudies en klinische studies als vrijwel veilig vastgesteld, en er zijn geen significante bijwerkingen vastgesteld 17,18,19. Recente studies hebben aangetoond dat HNK door UVB veroorzaakte huidkanker20 voorkomt en de door UVB veroorzaakte ontstekingsreactie en DNA-hypermethylatie21 remt, wat wijst op het mogelijke gebruik bij de behandeling van huidaandoeningen. In vergelijking met veelgebruikte anti-fotoverouderingsmiddelen, waaronder vitamine C en resveratrol, heeft HNK onderscheidende en superieure eigenschappen: de lipofiele structuur zorgt voor een betere transdermale permeabiliteit dan hydrofiele vitamine C22; en het vertoont een hogere fotostabiliteit en biobeschikbaarheid in vivo dan resveratrol23. Deze preklinische bevindingen ondersteunen het idee dat HNK veelbelovend translationeel potentieel heeft als een veilige en effectieve kandidaat voor huidverzorgingsproducten en klinische interventies tegen door ultraviolet veroorzaakte huidbeschadiging. De impact van HNK-behandeling op huidfotoverouderingsschade veroorzaakt door UVA is echter nog niet gerapporteerd.
Transformerende groeifactor-β1 (TGF-β1) is een multifunctionele cytokine die cruciaal is voor celgroei en -ontwikkeling, weefselherstel en regeneratie, en de groei en ontwikkeling van cellen, weefsels en organen24,25. Er is aangetoond dat TGF-β1 voornamelijk signalen naar de cel stuurt via leden van de Smad-eiwitfamilie, wat leidt tot de specifieke regulatie van transcriptie van downstream doelgenen. Wanneer TGF-β1-signalering wordt geactiveerd, resulteert dit in fosforylering van Smad2 en Smad326,27. Recente studies hebben een sterk verband aangetoond tussen het TGF-β1/Smad-pad en huidfibrose en fotoveroudering28,29. Er is gerapporteerd dat het zoogdierdoelwit van rapamycine de TGF-β1/Smad-route in rattenhuidweefsels activeert, wat op zijn beurt de synthese van ceramiden bevordert, die belangrijk zijn voor het vasthouden van huidvocht en het handhaven van de huidbarrière30. Opmerkelijk is dat er is gerapporteerd dat HNK de TGF-β1/Smad-route in lever-stellate cellen heeft gemoduleerd, wat op zijn beurt leverfibrose31 heeft verlicht. Daarom werden cellulaire en muismodellen van door UVA veroorzaakte fotoverouderingsschade opgezet, met 2,5–10 μM HNK-behandeling in HDF-cellen en 5 mg/kg of 10 mg/kg HNK-interventie bij haarloze muizen, om de effecten van HNK op fotoverouderingsschade en de mogelijke rol ervan bij het moduleren van de TGF-β1/Smad-route te onderzoeken. Deze studie had als doel nieuwe therapeutische strategieën te ontwikkelen voor door UVA veroorzaakte huidfotoschade.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle celkweekexperimenten werden uitgevoerd volgens de institutionele bioveiligheidsrichtlijnen en uitgevoerd onder Biosafety Level 2 (BSL-2) laboratoriumomstandigheden. Dierproeven werden uitgevoerd na goedkeuring van de Animal Ethics Committee van het 988e Ziekenhuis van de Gezamenlijke Logistieke Ondersteuningsmacht van het Chinese Volksbevrijdingsleger (goedkeuringsnummer: 2023-089).
Alle experimentele procedures werden uitgevoerd volgens de institutionele en nationale richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Aan het einde van het experiment werden muizen geëuthanaseerd via een overdosis natriumpentobarbital (100 mg/kg, intraperitoneale injectie). Alle inspanningen werden geleverd om het lijden van dieren tijdens huisvesting, behandeling en bemonstering te minimaliseren. De reagentia, chemicaliën, apparatuur en software die in het protocol worden gebruikt, staan vermeld in de Materiaaltabel.
1. Celkweek en verwerking
2. Beoordeling van cellevensvatbaarheid
3. Bepaling van superoxidedismutase (SOD), malondialdehyde (MDA), catalase (CAT) en glutathion (GSH) niveaus
4. Meting van cellulaire ROS-niveaus
5. Senescentie-geassocieerde β-galactosidase (SA-β-galactosidase) kleuring
6. Celcyclus-assay
7. TUNEL-vlekken
8. Immunofluorescentiekleuring
9. ELISA
10. Beeldverouderingsschade bij muismodelconstructie
11. Meting van huidcollageen I-inhoud
12. Hematoxyline- en eosinekleuring (HE)
13. Masson-kleuring
14. Meting van huidweefsel ROS-niveaus
15. Testen van biochemische indicatoren
16. Western blot
17. Statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
HNK verlicht oxidatieve stressschade in HDF-cellen veroorzaakt door UVA
De effecten van verschillende concentraties van HNK-behandeling gedurende 24 of 48 uur op de levensvatbaarheid van HDF-cellen werden onderzocht met een cellevensvatbaarheidstest om te screenen op de juiste concentratie en behandelingsduur. De resultaten toonden aan dat 2,5, 5 en 10 μM HNK de levensvatbaarheid van normale HDF-cellen na 24 uur of 48 uur behandeling niet significant beïnvloedden, wat...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Ultraviolet licht is een omgevingsfactor die cellen en organismen schaadt. Eerdere studies hebben gerapporteerd dat UVA, met zijn hoge penetratievermogen, het belangrijkste type ultraviolet licht is dat het aardoppervlak38 bereikt. Fibroblasten zijn belangrijke functionele cellen in de dermis, en hun veroudering kan direct of indirect de huidverouderingveroorzaken. UVA-geïnduceerde fotoverouderingsschade in het HDF-celmodel en he...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs bevestigen dat zij geen financiële belangenconflicten hebben.
Geen enkele
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| ALT activity assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P2711M | alanine transaminase activity detection kit |
| Amplex Red CRE assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0291S | creatinine detection kit |
| AntiFade mounting medium | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0126 | fluorescence signal preservation mounting medium |
| AST activity assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P2715S | aspartate transaminase activity detection kit |
| BCA protein assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0012 | protein concentration determination kit |
| BSA | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | V900933 | blocking reagent for non-specific binding |
| BUN Assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0574S | blood urea nitrogen detection kit |
| CAT Assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0051 | catalase activity detection kit |
| CCK-8 reagent | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 96992 | cell viability assay solution which is a water-soluble tetrazolium salt |
| CDK2 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-79024 | primary antibody for CDK2 detection |
| Chemiluminescent agent ECL | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-K1005 | enhanced chemiluminescence detection reagent |
| Collagen I antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-26204 | primary antibody for collagen I detection |
| Cyclin A2 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-34682 | primary antibody for Cyclin A2 detection |
| DAPI staining solution | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D9542 | nuclear staining dye |
| DCFH-DA fluorescent probe | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-D0940 | reactive oxygen species fluorescent probe |
| Differentiation solution | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0161s | reagent for hematoxylin differentiation step |
| Dihydroethidium probe | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0063 | reactive oxygen species probe |
| Fibroblast culture medium | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, China | SNPM-H342 | complete culture medium for fibroblast growth |
| FITC-labeled goat anti-rabbit IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | F-2765 | fluorescein isothiocyanate (FITC)-labeled secondary antibody |
| Flow cytometry | BD biosciences, San Jose, CA, USA | BD FACSCaliburTM | flow cytometer |
| FlowJo software | BD biosciences, San Jose, CA, USA | v10.8 | flow cytometry analysis software |
| Fluorescence microscope | Leica, Heidelberg, Germany | DM IL LED | microscope for fluorescence imaging |
| GAPDH antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA1-987 | internal control antibody for protein normalization |
| gel imaging system | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | iBright CL1500 | imaging system for protein detection |
| goat anti-rabbit IgG | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 31460 | secondary antibody for immunodetection |
| Graphpad Prism 9.0 software | GraphPad Software, San Diego, CA, USA | Prism 9.0 | graphing software |
| GSH Assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0053 | glutathione content detection kit |
| HE staining kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0105S | histological staining kit for tissue morphology analysis |
| HNK | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-N0003 | honokiol, bioactive compound |
| Human dermal fibroblasts | Sunncell Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Hubei, China | SNP-H342 | primary human skin fibroblast cells |
| IBM SPSS Statistics 26.0 software | IBM Corporation, Armonk, NY, USA | IBM SPSS Statistics 26.0 | statistical analysis software |
| ImageJ software | Wayne Rasband, National Institute of Mental Health, USA | version 1.54h | image analysis software |
| Ki67 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14520 | primary antibody for cell proliferation marker detection |
| Light microscope | Leica, Heidelberg, Germany | DM3000 | optical microscope for brightfield imaging |
| Masson trichrome staining kit | Solarbio, Beijing, China | G1340 | collagen and connective tissue staining kit |
| MDA Assay kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | S0131S | malondialdehyde level detection kit (lipid peroxidation marker) |
| Microplate Reader | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 1410101 | absorbance measurement instrument for cell-based assays |
| MMP-1 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-27210 | primary antibody for matrix metalloproteinase-1 detection |
| MMP-1 ELISA kit | Enzyme-linked Biotechnology, Shanghai, China | ml038199 | quantitative detection of MMP-1 in biological samples |
| MMP-3 antibody | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab52915 | primary antibody for matrix metalloproteinase-3 detection |
| MMP-3 ELISA kit | Enzyme-linked Biotechnology, Shanghai, China | ml105322 | quantitative detection of MMP-3 in biological samples |
| Neutral gum | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0173 | mounting medium |
| P16 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | PA5-20379 | primary antibody for p16 protein detection |
| P21 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | MA5-14949 | primary antibody for p21 protein detection |
| P53 antibody | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab131442 | primary antibody for p53 protein detection |
| paraformaldehyde | Solarbio, Beijing, China | P1110 | cell and tissue fixation reagent |
| PI | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST512 | propidium iodide for DNA staining in cell cycle analysis |
| Pro-collagen I C peptide assay kit | TAKARA, Tokyo, Japan | MK101 | collagen synthesis detection kit |
| p-Smad2 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-244G | primary antibody for phosphorylated Smad2 detection |
| p-Smad3 antibody | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 44-246G | primary antibody for phosphorylated Smad3 detection |
| PVDF membranes | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 88520 | protein transfer membrane for western blotting |
| RIPA lysis buffer | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0013B | protein extraction buffer for cell and tissue lysates |
| RNaseA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST579 | ribonuclease for RNA removal during DNA staining |
| SA-β-galactosidase staining kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0602 | cellular senescence detection kit |
| SB431542 | MedChemExpress, Monmouth Junction, NJ, USA | HY-10431 | TGF-β1 signaling pathway inhibitor |
| SDS-PAGE gels | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | WG1403 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.