细胞培养和剂量反应曲线
用50、100和150μM H处理的细胞2O(运行)21μM、10μM和25μM叠氮化钠的生长速度与未经处理的对照培养物相比具有可比性。与对照组相比,用50和75 mM葡萄糖处理的细胞的生长速度略有降低。最后是100和125 mM葡萄糖组,200和250μM H2O(运行)250μM和100μM叠氮化钠组在培养期结束前显著降低了生长速度。
为了比较各处理组的细胞生长情况,将每个时间点的细胞数归一化为对照细胞数。细胞生长速率在培养期第3天和第5天之间的指数生长阶段测定,如图所示1a、 b和c。
正如预期的那样,增加处理浓度会增加对细胞生长的抑制。50和75 mM葡萄糖(抑制率分别为11%和30%)、150μM H2O(运行)2(4%),以及10和25μM叠氮化钠(分别为11%和9%)。100和125 mM葡萄糖(分别为36%和84%)、200和250μM H的处理产生了强烈的生长抑制2O(运行)2(分别为54%和91%),以及50和100μM叠氮化钠(分别为47%和78%)。
有趣的是,在所有治疗中都存在一定程度的兴奋。刺激是指由低水平的潜在毒性物质引起的刺激效应(Calabrese等人。,2012)。25 mM葡萄糖和50和100μM H2O(运行)2与指数生长阶段的对照相比,所有处理都导致生长速率增加。发现1μM叠氮化钠的生长速度与对照组相当。虽然相对较低的葡萄糖水平会导致生长增加并不奇怪,因为它会向细胞培养物传递更多的能量来源,但H2O(运行)2确实增加了增长,这与以前的研究结果一致(伯顿,1995)。H(H)2O(运行)2其对细胞增殖的刺激作用引起了人们的特别关注,因为已经发现H2O(运行)2由定期运动产生的刺激作用表明轻微的氧化应激可能具有有益的作用(Radak等人。,2008).
为了证实上述细胞生长受损确实是线粒体抑制而非坏死细胞死亡的结果,我们通过MTT分析将乳酸脱氢酶(LDH)释放到生长介质中并形成甲氧嗪作为线粒体脱氢酶活性的指标。
LDH测定
在培养3天后,计算LDH含量相对于相应最大对照样品的百分比。假设每个死亡细胞释放等量的LDH。因此,LDH含量的百分比被解释为溶解细胞的百分比,如图2.
葡萄糖对照样品有25.50±1.31%的裂解细胞,与75和100 mM葡萄糖组(分别有22.76±1.29%和26.46±1.00%的裂解细胞)无显著差异。然而,与对照组相比,125 mM葡萄糖处理导致裂解细胞的百分比显著增加(p<0.05);导致31.46±1.37%的细胞溶解。
H2O(运行)2对照样品有27.84±3.04%的裂解细胞,与150和200μM H相比无显著差异2O(运行)2两组细胞的裂解率分别为27.61±2.33%和30.69±2.19%。然而,经250μM H处理的样品2O(运行)2与对照组相比,细胞裂解率显著增加(p<0.05);导致37.71±3.09%的细胞裂解。
叠氮化钠对照样品有24.42±1.13%的裂解细胞,与25和50μM叠氮化钠组(分别有26.80±1.18%和27.57±1.51%的裂解细胞)无显著差异。然而,与对照组相比,100μM叠氮化钠处理导致裂解细胞的百分比显著增加(p<0.05);导致32.08±2.85%的细胞溶解。
从LDH分析结果可以得出结论,与对照细胞相比,100 mM葡萄糖、200μM过氧化氢和50μM叠氮化钠不会导致显著的细胞溶解。这些浓度特别令人感兴趣,因为它们降低了生长速度,但不会导致细胞溶解增加,这表明存在细胞应激的潜在状态。为了确定这种应激是否针对线粒体水平,进行了MTT分析。
MTT法
培养3天后,细胞与MTT孵育2小时。之后,将甲赞结晶溶解,读取吸光度,并将结果解释为相对于对照组的线粒体活性百分比,如图所示三.
与对照细胞相比,所有葡萄糖样品的线粒体脱氢酶活性均显著降低(p<0.05)。75 mM葡萄糖导致84.29±1.20%,100 mM导致78.21±1.13%,125 mM葡萄糖引起73.96±1.12%的线粒体脱氢酶活性。
所有H2O(运行)2与对照细胞相比,样品的线粒体脱氢酶活性显著降低(p<0.05)。150μM小时2O(运行)2结果为87.70±3.07%,200μM为81.97±1.41%,250μM为59.61±4.21%。
与对照细胞相比,所有叠氮化钠样品的线粒体脱氢酶活性均显著降低(p<0.05)。25μM叠氮化钠导致91.76±2.27%,50μM导致73.61±3.53%,100μM导致75.33±1.20%的线粒体脱氢酶活性。
从MTT分析结果可以得出结论,与对照细胞相比,100 mM葡萄糖、200μM过氧化氢和50μM叠氮化钠确实会显著抑制线粒体生物能量。结合剂量反应和LDH结果,MTT结果表明100 mM葡萄糖、200μM过氧化氢和50μM叠氮化钠会导致线粒体特异性细胞应激。为了进一步支持这一结论,DCFDA分析用于研究ROS的生成,这是与线粒体损伤的常见关联。
DCFDA分析
在培养1、3和7天后,细胞与DCFDA孵育1小时。之后读取荧光,并将结果归一化为H2O(运行)2缺乏控制。结果被解释为ROS水平相对于对照组的百分比,如图所示4.
24小时后,所有样本的ROS水平均显著升高(p<0.05)。葡萄糖治疗导致109.06±2.27%,H2O(运行)2治疗组的ROS水平为112.93±2.71%,叠氮化钠治疗组为110.77±2.24%。
3天后,所有样本的ROS水平均显著升高(p<0.05)。葡萄糖处理的结果为123.63±6.24%2O(运行)2治疗组的ROS水平为135.36±7.33%,叠氮化钠治疗组为134.77±7.15%。
7天后,所有样本的ROS水平均显著升高(p<0.05)。葡萄糖治疗的结果为179.95±23.78%2O(运行)2治疗组的ROS水平为304.56±29.02%,叠氮化钠治疗组为279.13±43.82%。
DCFDA分析结果表明,增加暴露于每种处理的时间会增加细胞内ROS的生成程度,支持100 mM葡萄糖、200μM过氧化氢和50μM叠氮化钠导致线粒体特异性细胞应激的结论。细胞内ROS活性水平的增加已被证明可诱导热休克因子-1(HSF-1)的浓度依赖性反式激活和DNA结合活性,HSF-1是HSP60的主要转录因子(Jacquier-Sarlin和Polla,1996)。因此,可以预期,如果这些治疗确实诱导了热休克反应,更长的治疗时间将导致HSP60的更明显诱导。采用Western blots研究100 mM葡萄糖、200μM过氧化氢和50μM叠氮化钠对HSP60和HSP70表达的影响。
蛋白质印迹
在聚丙烯酰胺凝胶上分离总蛋白并转移到PVDF膜上后,使用Ponceau S染色显示标准HSP60带位于60kDa,并且蛋白质负载均匀。在western blot后,每个样品都有一个单一的条带,条带的大小似乎与标准HSP60蛋白条带的尺寸相同。然后使用Gel-Quant软件对条带进行定量,并绘制与对照组的相对表达。
如图所示,HSP60蛋白表达在3天内的所有治疗中均上调5a和6热休克细胞HSP60表达增加2.23倍,而100 mM葡萄糖、200μM H2O(运行)2,和50μM叠氮化钠分别增加了1.61、1.54和2.12倍。与对照组相比均有显著性差异(p<0.05)。
此外,在7天的治疗期内,所有治疗组的HSP60蛋白表达都进一步上调,如图所示5b和6根据这些膜,热休克细胞的HSP60表达增加了2.38倍。100 mM葡萄糖,200μM H2O(运行)2和50μM叠氮化钠分别增加2.43倍、3.58倍和4.74倍,与对照组相比差异显著(p<0.05)。
HSP60的western blot显示,用葡萄糖(100 mM)、H2O(运行)2(200μM)和叠氮化钠(50μM)均导致HSP60的表达显著增加。暴露时间的长短似乎对HSP60的诱导有显著影响,7天的治疗使HSP60表达显著增加。这一急剧上升似乎反映了同期ROS活动的情况。
尽管HSP60诱导的Gel Quant结果是三个不同斑点的平均值,但图5a和b并不完全令人信服。为了进一步支持正在研究的细胞应激源确实导致了分子应激蛋白的诱导这一结论,用HSP70抗体对western blot进行了重新免疫。数字7a、 b、和8清楚地提供了额外的证据,表明正在诱发一般细胞应激反应,导致至少HSP60和HSP70的热休克反应。HSP70的诱导程度与HSP60的诱导程度密切相关。
HSP60在针对线粒体水平的分子细胞应激反应中起着关键作用。热休克蛋白的主要作用是分子伴侣,在分子伴侣中,热休克蛋白介导其他多肽在细胞膜上的折叠、组装或移位;以及在蛋白质降解中的作用,构成细胞质泛素依赖性降解途径的一些基本成分(Burel等人。,1992)。此外,当暴露于各种蛋白毒性应激源时,HSPs的表达被诱导,以通过稳定受损蛋白质(Santoro、,2000).
细胞总HSP池中的可诱导HSP成分由HSF调节,其中HSF-1是主要调节因子。在没有细胞应激的情况下,HSF-1由于与HSPs相关而受到抑制,因此维持在非活性状态。如果发生细胞应激,HSPs会与任何错误折叠的蛋白质结合,然后与HSF-1分离。这使得HSF-1单体齐聚并形成活性三聚体,恢复其DNA结合活性。三聚体经历应激诱导的丝氨酸磷酸化,并转移到细胞核(普拉德和森莫,2008)。核定位后,HSF-1与位于热休克反应基因上游的HSE结合,从而导致HSP基因转录。然而,激活HSF-1的压力传感和信号机制尚未完全阐明。然而,文献中越来越多的证据表明,这种机制是由ROS介导的,尤其是H2O(运行)2(Ahn和Thiele,2002).
H(H)2O(运行)2先前已经记录了诱导HSF-1的浓度依赖性反式激活和DNA结合活性(尽管其程度小于经典热休克处理的程度(Jacquier-Sarlin和Polla,1996)。感知氧化应激需要HSF-1 DNA-结合域中的两个半胱氨酸残基参与氧化还原敏感的二硫键。其中一个或两个半胱氨酸残基突变的HSF-1衍生物被发现在应激诱导的三聚体化和DNA结合、应激诱导的核易位和HSP基因反激活以及保护小鼠细胞免受应激诱导的凋亡方面存在缺陷(Ahn和Thiele,2002)。通过这种方式,H2O(运行)2被认为对HSF的活化和DNA结合活性具有两种作用;H(H)2O(运行)2有利于HSF的核转位,同时也改变HSFs的DNA结合活性,这是通过氧化DNA结合域内的两个关键半胱氨酸残基(Jacquier-Sarlin和Polla,1996).
据报道,高血糖通过增加糖酵解速率,同时抑制氧化磷酸化来增加氧化应激(Crabtree,1928)。糖酵解增加引起的甘油醛-6-磷酸的积累和随后的自氧化导致H的生成2O(运行)2因此,线粒体ROS生成增加。如前所述,HSF-1(HSPs的主要调节因子)的激活是氧化还原依赖性的。