雷公藤红素抑制前体脂肪细胞成脂分化的作用及机制研究.pdf
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1、中国药物警戒 第 21 卷第 1 期 2024 年 1 月 January,2024,Vol.21,No.165DOI:10.19803/j.1672-8629.20230708 中图分类号:R977;R994.1文献标志码:A 文章编号:1672-8629(2024)01-0065-09雷公藤红素抑制前体脂肪细胞成脂分化的作用及机制研究岳兰昕1,沈磐1,周磊1,2,黄从书1,2,周维1#,高月1*(1军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所抗辐射药物研究室,北京 100850;2 天津中医药大学,天津 301617)摘要:目的研究雷公藤红素(celastrol,Cela)对前体脂肪细胞(3T3
2、-L1)成脂分化的抑制作用及其具体机制。方法采用CCK-8 法确定雷公藤红素处理 3T3-L1细胞的最佳浓度;油红 O 染色及免疫荧光法(脂肪细胞标志蛋白Perilipin1,Adiponectin)检测雷公藤红素对 3T3-L1 成脂分化不同时期的抑制作用;Western Blot(WB)检测不同浓度雷公藤红素处理后3T3-L1细胞中调控脂代谢以及分化相关蛋白的表达;对未分化(Con)、分化第1天(MDI)、分化第1 天同时给药250 nmolL-1 雷公藤红素(MCT)的 3T3-L1细胞进行 WB 检测以及 microRNA(miRNA)测序,qPCR 验证筛选得到的 miRNA,进行
3、KEGG 与 GO 富集分析;过表达 mmu-miR-5121 mimics 和 inhibitor,WB 检测相关蛋白的变化,油红 O 染色检测分化结果。结果Cela 处理 3T3-L1细胞的最佳浓度为 250 nmolL-1和500 nmolL-1;油红 O 染色及免疫荧光结果表明250 nmolL-1与500 nmolL-1Cela 对 3T3-L1成脂分化均有显著抑制作用,250 nmolL-1在 3T3-L1 成脂分化早期(第1 天)便能显著抑制 3T3-L1 成脂分化;250 nmolL-1Cela 处理3T3-L1 24 h 后,能显著抑制 3T3-L1中DFCP1、FAS、AC
4、C、PPAR 等蛋白的表达;分化第1天 FAS 与ACC 表达升高,采用250 nmol L-1 Cela 处理后,ACC、FAS 蛋白表达显著降低;miRNA 测序筛选后qPCR 验证结果表明 mmu-miR-5121在分化第1天减少,但 Cela 处理后含量增加。转染 5121 inhibitor 提高了FAS 与ACC 的含量,5121 mimics则呈现相反作用。单独转染 5121 inhibitor可使得3T3-L1分化成熟,而分化同时添加 5121 mimics可以有效抑制分化。并且 250 nmolL-1 Cela可以抑制5121 inhibitor引起的分化。结论 250 nm
5、olL-1雷公藤红素作用于 3T3-L1成脂分化早期可显著抑制 3T3-L1分化,其可能通过上调 mmu-miR-5121的含量,抑制 FAS 与ACC 的表达发挥作用。关键词:雷公藤红素;前体脂肪细胞;成脂分化;脂代谢;油红 O 染色;mmu-miR-5121The inhibitory effect and mechanism of Celastrol on adipogenic differentiation in 3T3-L1YUE Lanxin1,SHEN Pan1,ZHOU Lei1,2,HUANG Congshu1,2,ZHOU Wei1#,GAO Yue1*(1Anti-rad
6、iation Drug Research Laboratary,Institute of Radiation Medicine,Academy of Military Medical Sciences,Academy of Military Sciences,Beijing 100850,China;2Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 301617,China)Abstract:Objective To study the inhibitory effect and mechanism of Celastrol
7、(Cela)on adipogenic differentiation in preadipocytes(3T3-L1).Methods CCK-8 was used to determine the optimal concentration of Cela for 3T3-L1 cells.Oil red O staining and immunofluorescence(Perilipin1,Adiponectin)were used to imply the inhibitory effect of Celastrol on 3T3-L1 adipogenic differentiat
8、ion at different stages.Western Blot(WB)was used to detect proteins expression related to lipid metabolism and differentiation in 3T3-L1 cells treated with different concentrations of Cela;WB,microRNA(miRNA)sequencing and qPCR were used to analyze undifferentiated(Con),differentiation Day1(MDI),250
9、nmolL-1 Cela treatment on the first day of differentiation(MCT),and KEGG and GO enrichment analysis were performed;mmu-miR-5121 mimics and inhibitor were overexpressed,then changes in related proteins were detected by WB,and differentiation results were detected by oil red O staining.Results The opt
10、imal concentrations of celastrol for treatment of 3T3-L1 cells were 250 nmolL-1 and 500 nmolL-1.Oil red O staining and immunofluorescence results showed that 250 nmolL-1 Cela significantly inhibited the adipogenic differentiation of 3T3-L1,250 nmolL-1 Cela at the early stage(the first day)significan
11、tly inhibited the adipogenic differentiation of 3T3-L1.WB results showed that treatment with 250 nmolL-1 celastrol significantly inhibited the protein expression of DFCP1,FAS,ACC,and PPAR in 3T3-L1 基金项目:国家自然科学基金资助项目(82192911);国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划项目(ZYYCXTD-D-202207)。作者简介:岳兰昕,女,硕士,中药药理与毒理。*通信作者:高月,
12、女,研究员 博导,中药药理与毒理。E-mail:#为共同通信作者。编者按:中药毒性具有发生过程隐匿、毒性物质复杂、毒性机制不明、安全剂量模糊等特点,影响因素有炮制、配伍、剂量、煎煮方法及剂型等。本专栏邀请高月研究员及其团队基于早期毒性发现、毒性物质探究等符合中药特点的毒性评价体系,探讨附子、补骨脂等中药毒性的物质基础、毒性机制和防治措施,为有毒中药临床配伍和应用提供数据和理论支撑。中药毒性物质和机制研究专栏中国药物警戒 第 21 卷第 1 期 2024 年 1 月 January,2024,Vol.21,No.166五环三萜类化合物雷公藤红素(celastrol,Cela)是第一个从雷公藤根皮
13、中分离得到的活性化合物,于1936 年首次被报道,也是临床常用中药雷公藤的主要有效成分。具有抗炎1-2、抗肿瘤3-4、神经保护5等药理作用,近些年还被发现具有很好的减肥效果。2015 年有研究6显示连续 3 周对饮食诱导的高瘦素血症的小鼠进行腹腔给药雷公藤红素,发现在连续给药 15 d 后,小鼠体重已经有明显的下降。后续研究表明雷公藤红素可通过作用于下丘脑,增强机体瘦素敏感性,减少食物摄入、阻断能量消耗的减少、增强小鼠的葡萄糖稳态,而 IL-1R 是其发挥作用的必要条件7。其还可通过抑制下丘脑弓状核中的瘦素负调节蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)1B(PTP1B)和 T 细胞 PTP(TCPTP)8,
14、以及通过部分地调控位于下丘脑中的阿黑皮素神经元中 PERK9增加瘦素敏感性并改善肥胖小鼠的能量平衡。除减少摄入之外,雷公藤红素还可通过增加能量消耗起到减肥作用10。通过激活HSF1-PGC1 增加能量消耗、诱导白色脂肪组织变为棕色脂肪组织、激活棕色脂肪组织和肌肉中的线粒体基因等机制预防肥胖和代谢功能障碍。成脂分化是人体脂肪的主要来源。研究表明雷公藤红素能有效地抑制小鼠前体脂肪细胞(3T3-L1)分化11,也可以抑制人脂肪来源的间充质干细胞的成脂分化12。在分化期间连续给药雷公藤红素,抑制了脂质积累,并且发现过氧化物酶体增殖物激活受体2(PPAR2)、CCAAT/增强子结合蛋白 (C/EBP)以
15、及脂肪酸结合蛋白 FABP4 均被显著抑制,提示这可能是雷公藤红素抑制脂肪细胞分化的机制,具体作用仍需进一步探究。成脂分化中,前脂肪细胞数目增加,形态改变,脂质迅速积累,形成成熟脂滴并最终变为成熟脂肪细胞。这个过程涉及多种分子和细胞因素的调节,包括转录因子、激素、细胞因子和代谢物等。来自细胞因子或其他器官分泌的激素信号如胰岛素,通过作用于前脂肪细胞表达的相应受体,激活下游信号通路,引发细胞进入细胞周期阻滞,在 PPAR 和 C/EBP 2 种转录因子的协同作用下最终形成成熟的脂肪细胞。分化过程中,伴随着脂滴生成与融合,脂肪酸会以甘油三酯的形式储存于脂滴中,有多种脂滴结合蛋白seipin、CID
16、EC、Rab8A、DFCP1、perilipin1与这个过程紧密相关。脂肪酸可来源于外界摄入或者在体内经乙酰辅酶A羧化酶(ACC)与脂肪酸合成酶(FAS)合成13。此外,越来越多的研究发现在成脂分化中,microRNA(miRNA)起着重要的调控作用。miRNA 是一类短链非编码 RNA,长度在 1922 nt,可以通过结合到 mRNA上抑制其翻译或降解,调控基因表达。研究发现,miRNA 在肥胖患者与正常人体内呈现差异表达,可以通过多种调控方式影响脂肪细胞分化和成熟14-15。目前,国内外学者在雷公藤红素调节脂质代谢方面的作用已有较为深入的研究基础,但在机制阐释方面尚不明晰,因而,本研究旨在
17、探究雷公藤红素对 3T3-L1 的抑制作用,并结合分子生物学及高通量测序技术深入挖掘其潜在调控机制,为雷公藤红素调节脂质代谢方面的研究提供新的思路和数据支撑。1 材料与方法1.1 设备与仪器活细胞成像仪(美国 Bio-Tek 公司,型号:Cytati-on5);酶标仪(美国Perkin Elmer 公司,型号:VICTORX);离心机(美国 Beckman 公司,型号:Microfuge 22R);倒置显微镜(日本 Nikon eclipse 公司,型号:TS100);电泳仪、转膜仪(美国 BIO-RAD 公司,型号:DYC-Mini4);显影仪(瑞典Health care公司,型号:Imag
18、e Quant Las 500);核酸定量分析仪(美国Thermo Fisher Scientific公司,型号:ND800);热循环仪(美国 BIO-RAD,型号:T100);荧光定量 PCR 仪(美国 Thermo Fisher Scientific 公司,Quant Studio 3)。1.2 药品与试剂雷公藤红素,3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(IBMX),胰岛素,油红O 染色液(北京索莱宝科技有限公司);cells.On the first day of differentiation,the expression of FAS and ACC increased.After treat
19、ment with 250 nmolL-1 Cela,the expression of ACC and FAS protein significantly decreased;miRNA sequencing screening and validation showed that mmu-miR-5121 decreased on the first day of differentiation,but increased after Cela treatment.Transfecting 5121 inhibitor increased the content of FAS and AC
20、C,while 5121 mimics showed the opposite effect.Transfecting 5121 inhibitor alone led to adipogenic differentiation,while 5121 mimics could effectively inhibit normal differentiation.And 250 nmolL-1 Cela can inhibit differentiation induced by 5121 inhibitor.Conclusion 250 nmolL-1 Cela significantly i
21、nhibited the differentiation at early state of 3T3-L1 adipogenic differentiation,possibly by upregulating the content of mmu-miR-5121 and inhibiting the expression of FAS and ACC.Keywords:celastrol;3T3-L1;adipogenic differentiation;lipid metabolism;oil red O staining;mmu-miR-5121中国药物警戒 第 21 卷第 1 期 2
22、024 年 1 月 January,2024,Vol.21,No.167地塞米松(美国 Sigma-Aldrich);小牛血清(calf serum-CS)(上海富衡生物);DMEM 培养基,胰酶,PBS 缓冲液(美国 Thermo-Fisher);胎牛血清(FBS,浙江天杭生物科技有限公司);细胞增殖毒性检测试剂盒(CCK-8,日本同仁化学);脂联素(Adiponectin),脂滴包被蛋白(Perilipin1),脂肪酸合酶(FAS),乙酰辅酶 A 羧化酶(ACC),过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)抗体(美国 CST 公司);免疫荧光染色试剂盒(上海碧云天生物技术有限公司);Mir-X
23、miRNA qRT-PCR TB Green Kit(宝日医生物技术(北京)有限公司);mmu-miR-5121-mimics 以及inhibitor(北京欧林格生物技术有限公司);Lipofectamine RNA iMAX 转染试剂(美国Thermo Fisher Scientific)。1.3 方法1.3.1 药物配置 雷公藤红素储备溶液:将雷公藤红素溶解于DMSO 制备浓度为 200 mg mL-1的雷公藤红素母液,使用前用DMEM完全培养基稀释至2 mmol L-1。IBMX储备液:将 IBMX 粉末溶解于 0.5 mol L-1 KOH溶液,制成 0.25 molL-1的 IBMX
24、 储备液。Insulin储备液:将胰岛素粉末溶解于 0.02 molL-1的稀盐酸溶液中,制成 10 mgmL-1的 insulin 储备液。DXM储备液:地塞米松(DXM)粉末溶于无水乙醇制得10 mmolL-1的 DXM 储备液,取适量用 PBS 稀释至1 mmolL-1。以上试剂均分装后于-20保存。1.3.2 3T3-L1 细胞培养及分化 小鼠前体脂肪细胞即 3T3-L1,购自上海富衡生物科技有限公司,货号FH0359。使用含10%小牛血清(CS),1%青链霉素溶液的 DMEM 完全培养基进行培养,达到 70%汇合度进行传代。分化时将 3T3-L1 细胞以 2104cm-2接种于12
25、孔板或 24 孔板中,以每皿 1105接种于共聚焦小皿中。待细胞达到 100%汇合度后,加入成脂分化诱导液 I(含 5 mmol L-1 IBMX,10 g mL-1 Insulin及1 M DXM的10%CS-DMEM培养液),此为分化d 0,培养2 d后,d 2更换为诱导液 II(含10 g mL-1 Insulin 的 10%CS-DMEM 培养液),继续培养 2 d后,d 4 更换为10%FBS-DMEM 继续培养,每 2 d更换1次,至d 8 分化结束。1.3.3 CCK-8 法检测 3T3-L1 细胞活力 将状态良好的3T3-L1以每孔 5103接种于 96 孔板中,待细胞生长融合
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