ResearchprogressonAstragalusactiveingredientintreatmentofhepaticfibrosisbasedoncellsignalingpathwayLIShu di1,WANGZhen2,LIUJiang kai2,LIXiang xiang1,YANGXing1,DUANFei2,LISu ling2(1.TheFirstClinicalMedicalCollegeofHenanUniversityofChineseMedicine;2.DeptofGastroenterology,TheFirstAffiliatedHospitalofHenanUniversityofChineseMedicineHenanUniversityofChineseMedicine,Zhengzhou 450000,China)
Abstract:Hepaticfibrosisispresentinmostchronicliverdis easeprocesses,andtherearenoidealanti fibroticdrugsavaila ble.Astragalushasalonghistoryofmedicinaluse,anditsanti fibroticeffectshavebeenconfirmedbymodernstudies.InthisstudywehavesearchedtheliteraturetoidentifythesignalingpathwaysandmechanismsofactionofAstragalusand
itsactiveingredientsonhepaticfibrosisinrecentyears,soastoprovidethebasisandideasforthedevelopmentofanti fibroticdrugsandmechanismsofAstragalus.Itisshowedthattheactiveingredi entsofAstragalusactthroughregulatingp38MAPK,TGF β1/Smads,NF κB,PPARγ,Notch,PAR2,PGE2/EP2/cAMPtore duceliverinflammation,anti oxidativestress,inhibithepaticstel latecellactivation,promotehepaticstellatecellapoptosis,inhibitmyofibroblastssynthesis,andreduceextracellularmatrixsynthe sistoachievetheanti fibroticeffect,showingthemechanismofmulti target,multi pathwayandmulti levelinteractions.
Keywords:Astragalusactiveingredient;hepaticfibrosis;path ogenesis;cellsignalingpathway;mechanismofaction;pathwayinteraction
网络出版时间:2022-12-0918:21:41 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1086.r.20221209.1427.007.html◇皮肤药理学◇
薄荷醇通过调节角质形成细胞内钙离子浓度而产生促透作用
刘文彬1,黄 钊2,王 晖2
(1.广东药科大学生命科学与生物制药学院,广东省生物活性药物研究重点实验室,
2.广东药科大学中药学院,广东广州 510006)
doi:10.12360/CPB202201039
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2023)01-0023-06中国图书分类号:R322.99;R329.24;R348.1;R977.3
摘要:目的 研究薄荷醇促透作用的可能机制。方法 原代培养人角质形成细胞,考察薄荷醇对KC细胞连接紧密性的影响,流式细胞术测定对KC细胞内Ca2+浓度的影响,试剂盒法测定对KC细胞内Ca2+ ATP酶活性、PLC活性、PKC活性和ATP含量的影响,考马斯蓝染色测定对K
C微丝骨架结构的影响。结果 与空白对照组相比,薄荷醇能明显降低KC间连接紧密性、Ca2+ ATP酶活性和ATP含量,增加细胞内Ca2+浓度、PLC活性和PKC活性,KC细胞间隙明显增加。与200μmol·L-1薄荷醇组相比,联合使用PLC阻滞剂U73122和钙离子通道阻滞剂硝苯地平后,均能增加KC间连接紧密性,降低胞内Ca2+浓度。结论 薄荷醇通过增加KC
收稿日期:2022-08-13,修回日期:2022-11-04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81072591)
作者简介:刘文彬(1988-),男,博士,助理研究员,研究方向:中药药理,E mail:408011126@qq.com;
王 晖(1964-),男,硕士,教授,硕士生导师,研究方向:
皮肤药理和数学药理,通信作者,E mail:gdwanghui2006@
126.com胞内Ca2+浓度发挥促透作用,这与其增强PLC活性、促进外源性Ca2+内流有关。
关键词:薄荷醇;促透机制;经皮吸收;钙离子;磷脂酶C;蛋白激酶C
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
药物经皮吸收进入血液循环是一种给药途径,但是皮肤屏障在保护机体免受外界损伤的同时,也限制了药物经皮吸收的速率,应用皮肤吸收促进剂(PE)是增加药物经皮吸收的一种常用方法[1]。薄荷醇是一种单萜类物质,作为PE已得到广泛应用。目前针对薄荷醇促透机制的研究尚存在争议,如Yang等[2]研究认为,薄荷醇在低浓度下破坏角质层有序的脂质结构,高浓度改善药物在角质层中的分配发挥促透作用;Huang等[3]研究发现,薄荷醇可直接改变脂质的厚度和流动性,促进槲皮素的跨膜转
运;Chen等[4]研究认为,薄荷醇发挥促透作用主要从两个方面,一是竞争脂质-脂质氢键位点,从而降低脂质稳定性,二是薄荷醇具有很强的胆固醇亲和力,可增加类脂膜的流动性。在本课题组的前期研究中通过光镜、扫描电镜、透射电镜观察发现,应用薄荷醇后可导致皮肤角质层细胞间隙增大和细胞排列发生改变[5-6],但是,薄荷醇如何引起上述变化而发挥促透作用的分子机制尚不清楚。因此,本研究在体外建立角质形成细胞单层模型,考察薄荷醇的体外促透作用的可能机制。
1 材料与方法
1.1 试剂和抗体 FITC BSA购自于北京索莱宝科技有限公司(货号:SF063);Keratinocyte SFM培养基购自于美国Gibco公司(货号:1134210);U73
122购自于美国Sigma公司(批号:U6756);硝苯地平购自于美国Sigma公司(批号:040M19120);白屈菜红碱购自于上海晶纯试剂有限公司(批号:C107686);薄荷醇购自于上海晶纯试剂有限公司(批号:110716);考马斯亮蓝(R250)购自于北京鼎国生物技术有限责任公司(批号:69P10150);ATP含量检测盒购自于南京建成生物工程所(批号:20120321);超微量Ca2+ ATP酶试剂盒购自于南京建成生物工程所(批号:20121009);Fluo 3/AM荧光探针购自于碧云天生物技术研究所(批号:S1056);PLCELISA试剂盒购自于上海百沃科贸有限公司(批号:BV E121022);PKCELISA试剂盒购自于上海百沃科贸有限公司(批号:BV E110905)。
1.2 KC的原代培养 包皮组织移入0 25%Dis paseⅡ分离表皮和真皮,表皮剪成碎片,37℃下使用胰蛋白酶水解消化5~7min,离心5min收集细胞。使用KC SFM培养基,在5%CO
2
、37℃、90%湿度条件继续培养至融合度达到80%~90%,0 25%胰酶消化传代。
1.3 薄荷醇对KC单层细胞模型连接紧密性的影响 胰蛋白酶消化重悬细胞,调整细胞数量为1×104/孔,接种至12孔Transwell(孔径0 4μm)小室内,培养至细胞完全融合。用
含有不同药液的培养基培养细胞2h后,检测细胞电阻抗(TEER),每组设3个复孔。1×104KC细胞接种至Transwell小室内至融合后,内室换为含0 05g·L-1FITC BSA的培养基,外室中加入含有不同药液的培养基培养细胞6h后,收集内室液体。激发波长520nm,发射波长492nm,荧光分光光度计测定内室液体吸光度值[7]。
1.4 薄荷醇对KC细胞内Ca2+浓度的影响 KC细胞分为不同组别,添加不同组别的培养基继续培养5min,离心沉淀细胞,吸去培养基。将细胞重悬于终浓度为2μmol·L-1Fluo 3/AM溶液,37℃避光孵育30min。激发波长488nm,发射波长525nm,流式细胞仪测量细胞的荧光强度。
1.5 薄荷醇对KC细胞内Ca2+ ATP酶活性、PLC活性、PKC活性和ATP含量的影响 将KC根据实验分组,加入相应的培养基后培养4h。细胞消化,离心,收集细胞,匀浆器破碎细胞制备细胞悬液,采用试剂盒检测Ca2+ ATP酶活性、PLC活性、PKC活性。同法细胞培养4h后,收集细胞,90℃~100℃水浴匀浆破碎,沸水浴中加热10min,采用试剂盒检测ATP含量。
1.6 薄荷醇对KC微丝骨架结构的影响 接种KC于预置玻片的6孔板中,细胞贴壁后48h,加入相应的培养基后培养细胞4h。参考文献方法[8],对培养的细胞依次进行2 5%戊二醛固定、考马斯亮蓝染色,玻片置于甲醇冰醋酸溶液中脱色。倒置显微镜下观察、拍照。
1.7 统计学分析 所有数据均以珋x±s表示,使用SPSS19 0进行统计学处理,组间比较采用t检验和单因素方差分析。
2 结果
2.1 薄荷醇对KC单层细胞模型连接紧密性的影响 分别采用0、50、100和200μmol·L-1薄荷醇处理KC单层细胞模型,测定TEER和FITC BSA渗透量。结果显示,薄荷醇能剂量依赖性降低TEER和增加FITC BSA渗透量(P<0 05),表明薄荷醇能降低KC细胞间的连接紧密性。相对于200μmol·L-1薄荷醇组,10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1薄荷醇组和100μmol·L-1硝苯地平+200μmol·L-1薄荷醇组TEER明显升高(P<0 05),FITC BSA渗透量明显降低(P<0 05),表明PLC抑制剂U73122和钙通道阻滞剂硝苯地平可以逆转薄荷醇引起的KC连接紧密度下降,见Fig1。
2.2 薄荷醇对KC细胞内Ca2+浓度的影响 流式细胞仪结果显示,薄荷醇能剂量依赖性增加KC细胞内Ca2+浓度(P<0 05)。10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1薄荷醇组和100μmol·L-1硝苯地平+200μmol·L-1薄荷醇组胞内Ca2+浓度明显低于200μmol·L-1薄荷醇组(P<0 05),表明PLC抑制剂U73122和钙通道阻
滞剂硝苯地平可以降低薄荷醇引起的KC细胞内Ca2+浓度升高,见Fig2。2.3 薄荷醇对KC细胞内Ca2+ ATP酶、ATP的影响 薄荷醇能剂量依赖性降低KC细胞内Ca2+
Fig1 EffectofmentholonjunctiontightnessofKCmonolayercellmodel(珋x±s,n=6)Leftfigure:Theeffe
ctofmentholonTeerbetweenKCs;Rightfigure:TheeffectofmentholonFITC BSApenetratingKCmonolayer.A:Control,B:50μmol·L-1menthol,C:100μmol·L-1menthol,D:200μmol·L-1menthol,E:200μmol·L-1menthol+100μmol·L-1nifedipine,F:100μmol·L-1nifedipine,G:10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1menthol,H:10μmol·L-1U73122. P<0 05, P<0 01vsControlgroup;##P<0 01vs200μmol·L-1Mentholgroup
.
Fig2 EffectofmentholonintracellularCa2+concentrationofKC(珋x±s,n=6)A:Control,B:50μmol·L-1menthol,C:100μmol·L-1menthol,D:200μmol·L-1menthol,E:10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1menthol,F:10μmol·L-1U73122,G:200μmol·L-1menthol+100μmol·L-1nifedipine,H:100μmol·L-1nifedipine. P<0 05, P<0 05vsControlgroup;##P<0 01vs200μmol·L-1Mentholgroup.
ATP酶活性和ATP含量(P<0 05)。10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1薄荷醇组胞内Ca2+ ATP酶活性和ATP含量高于200μmol·L-1薄荷醇组(P<0 05),表明PLC抑制剂U73122可以降低薄荷醇引起的KC细胞内Ca2+浓度升高,见Fig3
。
Fig3 EffectsofmentholonCa2+ ATPaseand
ATPinKC(珋x±s,n=6)
A:Control,B:50μmol·L-1menthol,C:100μmol·L-1men thol,D:200μmol·L-1menthol,E:10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1menthol,F:10μmol·L-1U73122. P<0 05vsCon trolgroup;#P<0 05,##P<0 01vs200μmol·L-1Mentholgroup.
2.4 薄荷醇对KC细胞PLC活性的影响 薄荷醇能剂量依赖性增加KC细胞内PLC活性(P<0 05)。10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1薄荷醇组胞内PLC活性低于200μmol·L-1薄荷醇组(P<0 05),表明PLC抑制剂U73122可以降低薄荷醇引起的PLC活性升高,见Fig4。
2.5 薄荷醇对KC细胞PKC活性的影响 薄荷醇能剂量依赖性增加KC细胞内PKC活性(P<0 05)。10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1薄荷醇组和5μmol·L-1白屈菜红碱+200μmol·L-1薄荷醇PKC活性低于200μmol·L-1薄荷醇组(P<0 05),表明PLC抑制剂U73122和PKC抑制剂白屈菜红碱可以降低薄荷醇引起的PLC、PKC活性升高,见Fig5
。
Fig4 EffectsofmentholonPLCinKC(珋x±s,n=6)
A:Control,B:50μmol·L-1menthol,C:100μmol·L-1men thol,D:200μmol·L-1menthol,E:10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1menthol,F:10μmol·L-1U73122. P<0 05vsCon trolgroup;##P<0 01vs200μmol·L-1Mentholgroup
.
Fig5 EffectsofmentholonPKCinKC(珋x±s,n=6)
A:Control,B:50μmol·L-1menthol,C:100μmol·L-1men
thol,D:200μmol·L-1menthol,E:10μmol·L-1U73122+200μmol·L-1menthol,F:10μmol·L-1U73122,G:200μmol·L-1menthol+5μmol·L-1chelerythrine,H:5μmol·L-1chelerythrine. P<0 05, P<0 05vsControlgroup;##P<0 01vs200μmol·L-1Mentholgroup.
2.6 薄荷醇对KC微丝骨架结构的影响 考马斯亮蓝染色结果显示,角质形成细胞呈不规则鹅卵石形状,细胞间连接紧密(Fig6A)。薄荷醇处理以后,角质形成细胞显著收缩,细胞间可见明显的间隙(Fig6B)。不同浓度白屈菜红碱处理后,可明显逆转薄荷醇引起的角质形成细胞间隙增大(Fig6C和Fig6D)。
3 讨论
既往的对PE促透机制研究多集中于促透剂对角质层中生化成分的结构、状态及构象的影响,如改变角质层脂质排列的有序性和相变温度[9]、加快角蛋白碳的运动、增加角质层的无序性而促进药物的吸收等[10],而忽略了PE对细胞与细胞之间连接的影响。表皮分为基底层、棘层、颗粒层、透明层和角质层。角质层主要由KC细胞组成,相互连接的KC细胞构成了表皮的主要屏障。KC间连接的紧密程
Fig6 Effectsofmentholonmicrofilament
skeletonstructureinKC(
1000×)A:Control,B:200μmol·L-1menthol,C:200μmol·L-1
men thol+5μmol·L-1chelerythrine,D:5μmol·L-1
chelerythrine.
度直接影响表皮的渗透性及其功能
[11]
,而药物经皮
吸收的一个重要途径就是细胞间隙扩散,细胞之间连接的紧密程度直接影响了药物的经皮吸收量。因此本文以人原代角质形成细胞为研究对象建立了KC单层模型,考察薄荷醇对KC细胞模型的连接紧密性的影响。研究结果显示,薄荷醇可明显的降低细胞间的连接紧密程度,降低细胞间TEER,增加FITC BSA的跨膜渗透量。
在正常的表皮中,由内到外从基底层到角质层
Ca2+浓度逐渐升高。Ca2+
浓度对于维持KC细胞的
正常功能具有重要作用,如促进KC细胞的增殖、分
化和皮肤修复等[12]
。有研究报道,KC细胞内外的
Ca2+
浓度发生变化,可导致KC细胞间的间隙增大,从而增大皮肤对药物的渗透性
[13]
。我们通过流式
细胞术显示,薄荷醇可以增加细胞内的Ca2+浓度。
因此,我们推测薄荷醇的促透作用可能与薄荷醇增
加细胞内的C
a2+
浓度有关。 那薄荷醇是如何影响KC细胞内Ca2+
浓度的呢?细胞内的Ca2+
主要来源于两个方面,一是由细胞膜上钙离子通道从胞外直接流入胞内,二是通过
内源性钙池释放[
14]
。内源性钙池由PLC调控,细胞膜上的PLC被激活后可促进4,5 二磷酸磷脂酰胺肌醇(4,5 phosphate dylinositidediphosphate,PIP2)水解形成三磷酸肌醇(inositol 1,4,5 tripho sphate,IP3)和甘油二酯(duacykycerol,DAG),IP3增加后可
促进钙池释放Ca2+,从而使胞内Ca2+浓度升高[15]
。PIP2水平下降可降低胞内Ca2+ ATP酶活性。DAG
可促进ATP外流,降低胞内ATP浓度,ATP的减少同样可降低C
a2+
ATP酶活性[16]
。Ca2+
ATP酶(即
Ca2+泵)使胞内Ca2+
不能泵出到胞外,进一步间接增加胞内的Ca2+浓度[17]。我们对KC单层模型分
别使用钙离子通道阻滞剂硝苯地平和PLC阻滞剂
U73122后,均可使胞内Ca2+浓度显著下降,薄荷醇
引起的细胞间的连接紧密程度下降也被逆转。因此,薄荷醇可能通过增强P
LC活性释放胞内钙池Ca2+,促进外源性Ca2+内流,共同增加胞内Ca2+浓
度。
PKC是G蛋白偶联受体系统中的效应物,其激活既依赖膜脂甘油二酯的出现,又依赖细胞质中
Ca2+浓度的升高[18]
。PKC激活后,可参与多种生化
反应和基因表达的调控。在表皮PKC激活后可使细胞某些蛋白磷酸化,而影响细胞的骨架结构和细胞膜稳定性,从而使屏障作用减弱。本实验证实薄荷醇可使KC细胞间的间隙增加,且该作用与PKC的活性有关。因此,我们推断薄荷醇通过增加KC
胞内Ca2+浓度,上调PKC活性,从而降低细胞间的
连接紧密性发挥促透作用。
综上,薄荷醇通过增加KC胞内Ca2+
浓度发挥促透作用,其增加胞内Ca2+浓度作用与增强PLC活性,促进外源性Ca2+内流有关。
参考文献:
[1] KováˇcikA,KopeˇcnáM,VávrováK.Permeationenhancersin
transdermaldrugdelivery:Benefitsandlimitations[J].ExpertOpinDrugDel,2020,17(2):145-55.
[2] YangS,WangR,WanG,etal.Amultiscalestudyonthepene
trationenhancementmechanismofmentholtoosthole[J].JChemInfModel,2016,56(11):2234-42.
[3] HuangC,WangH,TangL,etal.Penetrationenhancementof
mentholonquercetinthroughskin:Insightsfromatomisticsimula tion
[J].JMolModel,2019,25(8):1-9[4] ChenL,MaL,YangS,etal.Amultiscalestudyofthepenetra
tion enhancingmechanismofmenthol[J].JTraditChinMed,2019,6(4):347-54.
[5] 梁 庆.薄荷醇的促透作用及其机制研究[D].广东:广东药
学院,2009.
[5] LiangQ.Penetrationpromotingeffectofmentholanditsmecha
nism[D].Guangdong:GuangdongPharmaceuticalCollege,2009.
[6] 王 晖,黄 钊,梁 庆,等.促透剂薄荷醇对大鼠皮肤角质
层超微结构的影响[J].广东药学院学报,2012,28(3):303-6.
[6] WangH,HuangZ,LiangQ,etal.Effectofpenetrationenhancer
mentholonultrastructureofratskinstratumcorneum[J].JGuangdongPharmUniv,2012,28(3):303-6.
[7] HenryOYF,VillenaveR,CronceMJ,etal.Organs on chips
withintegratedelectrodesfortrans epithelialelectricalresistance