十七烷基间苯二酚对氧化三甲胺诱导的人脐静脉内皮细胞损伤的作用机制

杨子慧, 张眙曼, 王子元, 叶高琪, 刘洁, 王静

【作者机构】 北京工商大学老年营养与健康教育部重点实验室
【分 类 号】 R543.5;TS201.4
【基    金】 国家自然科学基金面上项目(32172207)
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十七烷基间苯二酚对氧化三甲胺诱导的人脐静脉内皮细胞损伤的作用机制

十七烷基间苯二酚对氧化三甲胺诱导的人脐静脉内皮细胞损伤的作用机制

杨子慧, 张眙曼, 王子元, 叶高琪, 刘 洁*, 王 静*

(北京工商大学 老年营养与健康教育部重点实验室, 北京 100048)

摘 要:为探究全麦食品中生物活性物质十七烷基间苯二酚(5-heptadecylresorcinol, AR-C17)对动脉粥样硬化的作用机制,采用氧化三甲胺(trimethylamine-N-oxide, TMAO)诱导人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell, HUVEC),建立损伤模型,通过检测内皮细胞迁移、线粒体功能、凋亡水平及其相关蛋白表达,揭示AR-C17对HUVEC的保护效果及其作用机制。研究结果表明:不同浓度的AR-C17(0.5、1.0、2.0 μmol/L)能够显著抑制TMAO诱导的细胞存活率下降,HUVEC存活率分别提升至69%、71%和72%;3种剂量的AR-C17均能显著改善HUVEC内皮功能,细胞迁移率分别提升至47%、55%和71%。线粒体功能评价结果显示,AR-C17能够显著降低TMAO诱导的HUVEC胞内及线粒体活性氧水平,缓解线粒体膜电位紊乱,同时提高细胞的基础呼吸强度、ATP生成量和最大呼吸氧气消耗速率,表明AR-C17显著缓解了TMAO诱导的线粒体功能紊乱。细胞凋亡结果显示,高剂量的AR-C17能够使TMAO诱导的HUVEC凋亡率由32%降低至19%。线粒体依赖凋亡途径相关蛋白表达水平结果表明,AR-C17能够显著降低B细胞淋巴瘤因子-2(B-cell lymphoma-2, BCL-2)相关X蛋白和BCL-2表达量的比值,同时抑制细胞色素C在细胞质中的表达并且提高其在线粒体中的表达水平。研究结果表明,AR-C17可通过改善HUVEC线粒体功能并抑制线粒体依赖性凋亡,进而缓解TMAO诱导的HUVEC损伤。研究旨在为具有预防心血管疾病的全谷物功能食品的开发与利用提供理论基础。

关键词:十七烷基间苯二酚; 内皮细胞; 氧化三甲胺; 凋亡; 线粒体功能

近年来的研究显示,由肠道微生物代谢胆碱形成的氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)被确定为一种新的促进动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)病变的独立危险因素[1]。膳食中的胆碱经过机体肠道微生物的作用生成三甲胺(trimethylamine, TMA),随后TMA在肝脏中通过黄素单加氧酶(flavin-containing monooxygenases, FMOs)代谢形成TMAO,释放到血液中[2]。血浆中TMAO对血管细胞的破坏会加速动脉粥样硬化等血管疾病的发生[3]。TMAO已经被证实可以在体外环境下诱导内皮细胞凋亡,同时通过诱导细胞炎症、促进氧化应激水平升高和抑制内皮祖细胞功能,引起内皮功能障碍[4]。内皮细胞凋亡及其功能障碍会导致内皮完整性受损,促进局部脂质沉积形成动脉粥样硬化[5]。因此,保护内皮细胞免受氧化损伤,已成为近些年预防动脉粥样硬化的热点研究方向。

与药物治疗相比,饮食干预由于其副作用小、易控制等优点,逐渐成为心血管疾病预防的主要方式之一[6]。研究表明,食用富含全谷物的食物能够降低心血管疾病的患病风险[7]。不仅如此,全谷物的摄入量与心血管疾病的死亡率成反比[8]。全谷物所具有的健康功效与其含有的功能因子密切相关,其中所包含的植物化学素可以协同降低心血管疾病的患病风险[9]

烷基间苯二酚(alkylresorcinols,ARs)是一种存在于小麦和黑麦中的酚类类脂,被认为是全谷物饮食的生物标记物[10]。根据ARs苯环5号位上的碳链长度可以将其分为不同的单体[11],其中十七烷基间苯二酚(AR-C17)与其他单体相比,被证实在炎症诱导的脂肪细胞中发挥较强的抗炎活性[12]。Liu等[13]发现:AR-C17能够通过激活SIRT3/FOXO3a信号通路减轻氧化应激引起的神经细胞凋亡和线粒体功能障碍;AR-C17可以通过抑制小胶质细胞激活和调节肠道菌群来缓解APP/PS1转基因小鼠的认知能力下降[14];同时,AR-C17通过调节SIRT3介导的自噬,在减轻脂肪细胞线粒体功能障碍中发挥重要作用[15]。然而,AR-C17是否对TMAO诱导的内皮细胞免受损伤具有一定的保护作用,目前尚未见相关研究,同时其作用机制尚不明确。本研究拟通过建立TMAO诱导的内皮细胞损伤模型,评价AR-C17对内皮细胞线粒体功能以及细胞凋亡的改善作用,以期为具有预防心血管疾病的全谷物功能食品的开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

AR-C17、噻唑蓝[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide,MTT]、二甲基亚砜(DMSO)、DCFH-DA荧光探针、磷酸酶抑制剂、蛋白酶抑制剂,美国Sigma-Aldrich公司;TMAO、Annexin V/PI 凋亡检测试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell, HUVEC),美国ATCC公司;内皮细胞培养基,美国ScienCell生物技术公司;青霉素-链霉素、胎牛血清,美国Gibco公司;MitoSOXTM Red,美国 Invitrogen 公司;增强型线粒体膜电位检测试剂盒(JC-1)、细胞线粒体分离试剂盒、免疫染色通透液、胰酶细胞消化液,上海碧云天生物技术有限公司;线粒体压力测试试剂盒,美国安捷伦公司;ECL化学发光试剂盒、BAX多克隆抗体、BCL-2多克隆抗体、细胞色素C(cytochrome C)多克隆抗体、VDAC1多克隆抗体、β-actin多克隆抗体,武汉ABclonal公司。实验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

CytoFlex S型流式细胞仪,美国 Beckman 公司;IX71型荧光倒置显微镜,日本 Olympus 公司;ChemiDoc型成像系统、Trans-blot型全能型蛋白快速转膜仪、PowerPac型蛋白电泳仪,美国Bio-Rad公司;GEN5型多功能酶标仪,美国Bio-Tek公司;HF-90型CO2生化培养箱,上海力康公司。

1.3 实验方法

1.3.1 细胞培养与处理

HUVEC采用含有体积分数为5%的胎牛血清、体积分数为1%的内皮细胞生长补充剂、活力为100 U/mL的青霉素和链霉素的内皮细胞培养基,在37 ℃、含体积分数为5%的CO2的湿润空气中培养48 h,进行细胞传代和接种。将接种后的HUVEC分为5组:空白组,HUVEC接种后每天更换新鲜培养基;模型组,HUVEC接种后更换新鲜培养基培养48 h,更换为含有TMAO的内皮细胞培养基诱导24 h;低、中、高剂量组HUVEC分别在接种并培养24 h后,更换为含有0.5、1.0、2.0 μmol/L AR-C17的内皮细胞培养基孵育24 h,之后使用含有TMAO的内皮细胞培养基诱导24 h。

1.3.2 细胞活力检测

将HUVEC以2×104个/mL的密度接种于96孔板中,使用300~500 μmol/L的TMAO处理24 h。采用MTT法检测细胞活力:将培养基替换为含有质量浓度为0.5 mg/mL MTT的新鲜培养基,37 ℃孵育4 h后弃去上清液,加入DMSO振荡混匀,待结晶紫充分溶解后使用酶标仪检测每孔细胞在490 nm波长处的吸光值。在明确不同浓度的TMAO对内皮细胞的存活损伤程度后,将 HUVEC 按照1.3.1中的分组进行处理,模型组使用TMAO最适致死浓度,之后采用MTT法检测各组细胞活力。

1.3.3 细胞活性氧含量检测

使用DCFH-DA探针评估细胞内活性氧(ROS)的积累情况。将HUVEC以2×104个/mL的密度接种于6孔板中并按照1.3.1中的分组进行处理。在TMAO诱导前使用含有10 μmol/L DCFH-DA探针的新鲜培养基在37 ℃的黑暗环境中孵育细胞30 min,之后使用胰酶细胞消化液消化细胞,并在4 ℃下、1 000 r/min离心5 min。弃去上清液后,用预冷的PBS重新悬浮细胞,采用流式细胞仪分析细胞中的DCFH-DA探针荧光强度,以荧光强度表示细胞ROS含量。

1.3.4 细胞迁移能力检测

将HUVEC以2×104个/mL的密度接种于6孔板中,待细胞铺满孔板底部融合成单层细胞后,将HUVEC按照1.3.1中的分组进行处理,随后使用无菌划痕器在孔板中划一条等宽的划痕,并用PBS清洗以去除脱落的细胞。将单层细胞用无血清培养基培养2 h后,使用显微镜拍照并沿着划痕测量剥落区域的宽度,以评估内皮细胞迁移能力。

1.3.5 细胞线粒体活性氧含量检测

将HUVEC以2×10 4个/mL的密度接种于12孔板中,按照1.3.1中的分组进行处理。将50 μg的MitoSOXTM Red溶于13 μL DMSO中,充分混匀后加入13 mL内皮细胞培养基,孵育细胞20 min后,加入质量分数为4%的多聚甲醛固定30 min,并使用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤细胞3次。细胞固定完成后,使用免疫染色通透液室温孵育10 min,加入 DAPI 染液染色10 min,并在30 min之内使用酶标仪分别于激发、发射波长为525、590 nm处,以及360、460 nm处检测MitoSOXTM Red和DAPI的荧光强度。细胞线粒体ROS含量以MitoSOXTM Red和DAPI的荧光强度比值表示。

1.3.6 细胞线粒体膜电位检测

使用JC-1染色缓冲液将JC-1探针稀释200倍后,在37 ℃下孵育内皮细胞20 min,使用酶标仪分别在激发、发射波长为490、525 nm和540、590 nm处检测绿色和红色荧光强度,以红色荧光与绿色荧光强度的比值表示线粒体膜电位水平。

1.3.7 细胞线粒体耗氧率检测

将HUVEC以2×10 4个/mL的密度接种于24孔XF Analyzer细胞培养板中。按照1.3.1中的分组对细胞进行处理后,将内皮细胞培养基替换为Agilent Seahorse XF DMEM基础培养基(pH值为7.4),添加7 mmol/L的D-葡萄糖、2 mmol/L的L-谷氨酰胺和2 mmol/L的丙酮酸钠,并在无CO2 环境下培养1 h。在检测前12 h,将探针水化后在对应孔中分别加入1 μmol/L的寡霉素、2 μmol/L的FCCP[Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy) phenylhy drazone]、0.5 μmol/L的鱼藤酮和抗霉素A,放入海马XF24细胞分析仪中检测细胞耗氧率(oxygen consumption rate,OCR)。

1.3.8 细胞凋亡检测

使用Annexin V/PI 凋亡检测试剂盒检测细胞凋亡。将HUVEC以2×104个/mL的密度接种于6孔板中,按照1.3.1中的分组处理细胞后,收集细胞于1×binding buffer中,并先后加入5 μL Annexin V-FITC和10 μL PI分别染色30 min和10 min。染色结束后采用流式细胞仪分析染色细胞并检测凋亡细胞的比例。

1.3.9 蛋白免疫印迹检测

为分别提取细胞的细胞质和线粒体蛋白,将HUVEC以2×104个/mL的密度接种于6孔板中,并按照1.3.1中的分组进行处理。使用线粒体分离试剂盒,按照试剂盒说明书分离细胞线粒体,同时分别提取细胞质和线粒体蛋白,用于蛋白免疫印迹检测。

为提取细胞总蛋白,在经过不同处理后的HUVEC中加入含蛋白酶抑制剂和磷酸酶抑制剂的RIPA (radio immunoprecipitation assay)裂解液,在冰浴中裂解30 min后,将裂解液在4 ℃、12 000 r/min离心20 min,取出上清液并在95 ℃加热变性5 min。

为分离不同的蛋白质条带,将20 μg蛋白样品在质量分数为12%的聚丙烯酰胺凝胶上分离,然后转移到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上。将膜在室温下用质量分数为5%的脱脂牛奶封闭1 h,使用洗涤液洗涤3次,与特异性一抗(anti-β-actin、anti-BAX、anti-BCL-2、anti-cytochrome C、anti-VDAC1)在4 ℃环境下孵育过夜,随后在37 ℃下用二抗孵育1.5 h。采用ECL化学发光试剂盒,在成像系统中进行拍照,并通过Image Lab软件定量蛋白条带灰度值。

1.4 数据处理

所有实验均重复3次,结果以平均值±标准偏差表示。采用one-way ANOVA和Duncan比较对数据进行显著性分析。所有统计分析均使用SPSS 22软件进行,并通过GraphPad Prism 9软件绘图。P<0.05表示各组间数据差异显著。

2 结果与分析

2.1 TMAO及AR-C17对HUVEC存活的影响

TMAO和AR-C17对HUVEC存活的影响,实验结果见图1。由图1(a)可知,在TMAO浓度为300~500 mmol/L时,随着TMAO浓度的增加,HUVEC存活率显著下降。因此,本研究在后续实验中选取半数致死率的 TMAO浓度(300 mmol/L)为诱导浓度。为考察AR-C17对HUVEC存活的作用效果,采用0.5、1.0、2.0 μmol/L的AR-C17预孵育细胞后再暴露于300 mmol/L的TMAO中。由图1(b)可知,经低、中、高剂量的AR-C17处理后,TMAO诱导的内皮细胞的存活率由59%分别上升至69%、71%和72%。实验结果表明,AR-C17可以显著逆转由TMAO诱导的细胞存活率的下降。

不同小写字母表示组间数据差异显著(P<0.05)。
图1 不同处理条件下HUVEC的存活率变化
Fig.1 Cell viability of HUVEC with different treatment

2.2 AR-C17对HUVEC细胞活性氧含量的影响

ROS是一类活性小分子物质,在炎症反应和细胞凋亡等方面发挥着重要作用[16]。ROS的积累被证实与多种心血管疾病的发生有关,同时血管内皮中ROS的过量产生是动脉粥样硬化病发的主要诱导因素之一[17-18]。为探究HUVEC中ROS含量的变化,利用荧光探针DCFH-DA对细胞染色后,通过流式细胞术检测细胞内ROS水平,实验结果见图2。由图2可知,TMAO诱导显著提高了HUVEC胞内ROS含量。然而,随着AR-C17处理浓度的增加,胞内ROS含量出现剂量依赖性下降。实验结果表明,AR-C17显著减少了HUVEC中TMAO诱导的ROS的积累。

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图2 AR-C17处理条件下HUVEC胞内ROS含量的变化
Fig.2 Variation of intracellular ROS in HUVEC with AR-C17 treatment

2.3 AR-C17对HUVEC细胞迁移的影响

内皮迁移能力是维持内皮修复功能的必要条件,也是表征内皮功能的重要指标[19]。通过细胞划痕实验,观察AR-C17对TMAO诱导HUVEC的迁移能力的影响,实验结果见图3。由图3可知,与空白组细胞相比,TMAO诱导后的HUVEC的迁移率显著下降,而不同浓度的AR-C17剂量依赖性地提升了细胞的迁移率,说明AR-C17对于TMAO损伤的内皮细胞迁移功能具有一定的提升作用。

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图3 AR-C17处理条件下HUVEC迁移率的变化
Fig.3 Variation of HUVEC migration with AR-C17 treatment

2.4 AR-C17对HUVEC细胞线粒体活性氧和膜电位的影响

线粒体作为细胞中的关键动态细胞器,不仅通过氧化磷酸化为细胞提供能量,还在产生ROS、调节细胞凋亡方面扮演着重要角色[20]。在内皮细胞中,线粒体对健康和疾病状态下的细胞功能都有深远的影响[21]。线粒体是心血管系统中ROS的主要来源,在危险因素刺激和应激环境下,线粒体产生的ROS是介导细胞产生反应的关键信号[22]。通过检测MitoSOXTM Red和DAPI荧光强度,评估细胞内线粒体ROS含量,实验结果见图4。由图4可知,在TMAO诱导下,HUVEC中ROS的相对含量上升至171%,而低、中、高剂量的AR-C17处理使线粒体中ROS的相对含量分别下降至110%、101%和99%。实验结果表明,AR-C17对线粒体ROS具有显著的清除效果。

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图4 AR-C17处理条件下HUVEC线粒体ROS含量的变化
Fig.4 Variation of mitochondrial ROS in HUVEC with AR-C17 treatment

线粒体膜电位(MMP,ΔΨm)的改变是触发线粒体ROS过量产生的重要因素[21]。为探究AR-C17对线粒体膜电位的影响,使用JC-1荧光探针对线粒体膜的完整性进行分析。在具有高MMP的健康细胞中,JC-1自发形成被称为JC-1聚集体的复合物,该复合物具有强烈的红色荧光。但是当细胞MMP较低或出现凋亡时,JC-1保持单体形式并且显示出绿色荧光。因此,细胞MMP的状态能够通过比较红色荧光与绿色荧光的比值表征,实验结果见图5。由图5可见,HUVEC经过TMAO诱导后,其MMP显著下降,而AR-C17可以剂量依赖性地改善细胞MMP紊乱的状态。因此,AR-C17具有改善线粒体膜完整性的功能。

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图5 AR-C17处理条件下HUVEC的MMP变化
Fig.5 Variation of MMP in HUVEC with AR-C17 treatment

2.5 AR-C17对HUVEC线粒体呼吸功能的影响

作为评价线粒体功能的重要指标,对HUVEC进行线粒体OCR检测,实验结果见图6。由图6(a)可知,与模型组相比,中、高剂量的AR-C17在各采集阶段显著提升了HUVEC的OCR。由图6(b)可知,AR-C17可以有效缓解TMAO引发的基础呼吸OCR的失调。与正常组细胞相比,TMAO处理使HUVEC的线粒体基础呼吸OCR水平降低了78%(P<0.05),而高剂量的AR-C17干预处理的HUVEC线粒体基础呼吸OCR与TMAO处理的相比,上调了166%(P<0.05)。此结果与线粒体膜完整性以及线粒体ROS水平的表征一致。线粒体基础呼吸OCR水平与线粒体功能相关[23]。因此,AR-C17对HUVEC线粒体ROS上升的抑制作用可能是其缓解基础呼吸OCR的重要原因。

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图6 AR-C17处理条件下HUVEC的OCR变化
Fig.6 Variation of OCR in HUVEC with AR-C17 treatment

进一步对HUVEC的线粒体最大呼吸OCR进行检测,线粒体最大呼吸OCR主要由基础呼吸能力和呼吸储备能力(respiratory reserve capacity,RRC)两部分组成。由图6(c)可见,中、高剂量的AR-C17显著改善了由TMAO诱导的最大呼吸OCR水平的损伤。另外,线粒体是一种动态细胞器,其主要功能是产生ATP,受损的线粒体抑制ATP的产生并增加ROS的积累。同时,由图6(d)可见,AR-C17对HUVEC线粒体ROS抑制的作用同样也改善了ATP产生OCR水平的降低。

2.6 AR-C17对HUVEC细胞凋亡的影响

血管内皮细胞凋亡不仅是动脉粥样硬化的主要危险因素,同时也被认为是动脉粥样硬化病发的早期事件[24]。有研究表明,TMAO诱导内皮细胞凋亡率显著提升[3]。利用AnnexinV-FITC/PI染色后使用流式细胞仪检测细胞凋亡比率,实验结果见图7。由图7可知,TMAO诱导组细胞的凋亡率为32%,但是低、中、高剂量的AR-C17分别将其凋亡率降至23%、23%和19%(P<0.05)。

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图7 AR-C17处理条件下HUVEC的凋亡率变化
Fig.7 Variation of cell apoptosis rate in HUVEC with AR-C17 treatment

进一步利用Western blot检测线粒体凋亡相关蛋白的表达水平,实验结果见图8。由图8可知,TMAO显著提高了BAX与BCL-2的比值,而AR-C17对BAX和BCL-2的比值上调有显著的抑制作用。同时对HUVEC中的线粒体和细胞质进行分离,并分别检测其中的细胞色素C表达情况,实验结果见图9。由图9可知,AR-C17显著降低了细胞质中细胞色素C的表达水平,并且提高了线粒体中细胞色素C的表达水平,说明AR-C17抑制了细胞色素C由线粒体到细胞质的释放过程。本研究结果表明,AR-C17有效抑制了TMAO诱导的HUVEC凋亡。

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图8 HUVEC的BAX及BCL-2蛋白表达量比值的变化
Fig.8 Variation of ratio of BAX and BCL-2 expression in HUVEC

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图9 HUVEC线粒体及细胞质中细胞色素C蛋白表达量变化
Fig.9 Variation of protein expression of cytochrome C in mitochondrial and cytoplasmic from HUVEC

3 讨 论

内皮损伤是动脉粥样硬化的早期病理改变,保护内皮免受外界刺激的损伤可能是治疗动脉粥样硬化的有效方法[25]。TMAO通过诱导内皮功能障碍和氧化应激可显著加速动脉粥样硬化的发展[4]。本研究发现,AR-C17能够改善TMAO诱导的内皮细胞功能障碍。内皮细胞功能的变化受细胞线粒体功能的影响,同时线粒体ROS也被证明可促进内皮细胞功能障碍的发生[26]。在本研究中,AR-C17显著减少了线粒体ROS的积累,改善了MMP的紊乱。进一步的线粒体压力测试也显示,AR-C17显著改善了由TMAO诱导的细胞线粒体呼吸受损,表明AR-C17具有缓解线粒体功能紊乱的能力。因此,AR-C17对于细胞内皮功能的改善作用可能与其具有的改善线粒体功能的能力有关。

线粒体功能障碍会导致心脏疾病中的细胞凋亡加剧[27]。细胞凋亡是一种旨在维持细胞平衡的程序性细胞死亡,可分为通过细胞膜受体发生的外源性细胞凋亡和通过线粒体内在途径发生的内源性细胞凋亡,或称为线粒体凋亡[28-29]。本研究发现,AR-C17在缓解细胞凋亡的同时能够减少线粒体ROS的积累和改善MMP。而线粒体凋亡过程常常伴随着线粒体功能障碍的发生[30],因此,通过改善线粒体介导的凋亡可能是AR-C17发挥线粒体功能保护效果的作用途径。

在线粒体凋亡过程中,抗凋亡的BCL-2和促凋亡的BAX的比例是调节凋亡通路的关键[31]。BCL-2和BAX之间的平衡最终决定了细胞色素C从线粒体中的释放,细胞色素C释放到细胞质后则开始启动细胞凋亡程序[32]。细胞色素C从线粒体释放到胞浆是细胞凋亡的标志,被用来表征线粒体依赖性凋亡途径的发生。本研究发现,AR-C17能够显著降低BAX与BCL-2的比值,并且在抑制细胞质中细胞色素C相对蛋白含量表达的同时,能够缓解HUVEC的MMP紊乱。MMP的降低也是线粒体凋亡的显著特征之一,反映了线粒体凋亡程度[33]。因此,AR-C17可能通过降低促凋亡蛋白BAX与抗凋亡蛋白BCL-2的比率从而起到稳定线粒体膜完整性的作用,进而抑制线粒体内部细胞色素C向细胞质内转移,最终抑制凋亡的发生。本研究结果表明,AR-C17可能通过抑制细胞线粒体凋亡保护HUVEC免受TMAO诱导的细胞受损。

4 结 论

本研究发现,0.5、1.0、2.0 μmol/L的AR-C17可显著缓解TMAO诱导的HUVEC存活率的下降、ROS的积累,以及细胞迁移率的降低。同时线粒体功能相关指标显示,AR-C17通过抑制TMAO引发的线粒体ROS积累,改善了MMP紊乱,缓解了TMAO诱导的内皮细胞基础呼吸、最大呼吸和ATP合成OCR水平的降低,发挥了线粒体功能保护的作用。进一步研究发现,AR-C17可以抑制TMAO诱导的HUVEC凋亡水平的上升。机制研究表明,AR-C17显著降低了线粒体介导的凋亡相关蛋白BAX的表达,同时抑制了细胞色素C从线粒体到细胞基质中的释放。本研究结果表明,AR-C17可以通过改善HUVEC线粒体功能紊乱和抑制线粒体介导的凋亡,缓解TMAO诱导的内皮细胞损伤。本研究旨在为具有预防心血管疾病的全谷物功能食品的开发提供理论参考。

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Mechanism of Trimethylaminc-N-Oxide-Induced Human Umbilical Vein Endothelial Cell Damage by 5-Heptadecylresorcinol

YANG Zihui, ZHANG Yiman, WANG Ziyuan, YE Gaoqi, LIU Jie*, WANG Jing*

(Key Laboratory of Geriatric Nutrition and Health of Ministry of Education, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

AbstractTo investigate the anti-atherosclerosis effect and mechanism of 5-heptadecylresorcinol (AR-C17), a bioactive substance in whole grain foods, human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were induced with trimethylamine-N-oxide (TMAO) to establish adamage model. The protective effect of AR-C17 on HUVEC and its mechanism were investigated by detecting endothlial cell migration, mitochondrial function, apoptosis level and related protein expression. The results showed that 0.5, 1.0 and 2.0 μmol/L AR-C17 could significantly inhibit TMAO-induced cell death, and the cell viability of HUVEC were increased to 69%, 71% and 72%, respectively. Three dosages of AR-C17 also significantly improved the endothelial function of HUVEC, and the cell migration rates were increased to 47%, 55% and 71%. The result of mitochondrial function showed that AR-C17 could significantly reduce the level of intracellular and mitochondrial reactive oxygen species induced by TMAO and the disorder of mitochondrial membrane potential. AR-C17 significantly increased the basal respiration, ATP production and maximum respiratory oxygen consumption rates, indicating that AR-C17 significantly alleviated the TMAO-induced mitochondrial dysfunction. Meanwhile, the results showed that AR-C17 reduced the TMAO-induced apoptosis rate of HUVEC from 32% to 19%. The expression levels of proteins related to the mitochondria-dependent apoptotic pathway indicated that AR-C17 significantly reduced the ratio of B-cell lymphoma-2 (BCL-2)-associated X protein and BCL-2 expression, while inhibiting cytochrome C expression in the cytoplasm and increasing its expression level in mitochondria. The results showed that AR-C17 alleviated TMAO-induced HUVEC injury by improving mitochondrial function and inhibiting mitochondria-dependent apoptosis. The aim of this study was to provide the theoretical basis for development and utilization of whole grain functional foods against cardiovascular.

Keywords5-heptadecylresorcinol; endothelial cell; trimethylamine-N-oxide; apoptosis; mitochondrial function

中图分类号TS201.4

文献标志码:A

doi:10.12301/spxb202300290

文章编号:2095-6002(2025)01-0085-11

引用格式:杨子慧,张眙曼,王子元,等.十七烷基间苯二酚对氧化三甲胺诱导的人脐静脉内皮细胞损伤的作用机制[J]. 食品科学技术学报,2025,43(1):85-95.

YANG Zihui, ZHANG Yiman, WANG Ziyuan, et al. Mechanism of trimethylaminc-N-Oxide-induced human umbilical vein endothelial cell damage by 5-heptadecylresorcinol[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(1):85-95.

收稿日期:2023-05-12

基金项目:国家自然科学基金面上项目(32172207)。

Foundation:National Natural Science Foundation of China(32172207).

第一作者:杨子慧,女,博士研究生,研究方向为谷物营养与加工。

*通信作者:刘 洁,男,副教授,博士,主要从事谷物营养与健康方面的研究;王 静,女,教授,博士,主要从事谷物营养与加工方面的研究。

(责任编辑:叶红波)

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