姜黄素及其代谢修饰产物对PC12细胞氧化损伤的保护作用

发布时间：2024-12-30 10:59

维持氧化还原稳态是机体正常运行的必要条件，这个过程受体内还原性分子、抗氧化酶、二相解毒酶和其他分子的严格调控。随着年龄、遗传和环境风险因素的变化，体内氧化还原系统会失衡，活性氧自由基（ROS）的大量产生超过了机体本身的清除能力，导致氧化损伤的产生，并最终影响细胞中蛋白质表达和DNA/RNA的翻译后修饰，造成细胞损伤或凋亡。越来越多的研究表明，许多疾病都与氧化应激损伤相关，如糖尿病、心血管疾病、阻塞性肺病、白内障、关节炎、神经退行性疾病和癌症等。因此，研究天然产物活性成分的抗氧化作用，对于预防和治疗多种疾病具有重要意义。

姜黄素是从姜黄中提取的一种多酚类化合物，具有多种生物活性。研究表明，姜黄素通过调节炎症相关转录因子和细胞因子可以起到免疫调节和抗炎作用。此外，它还具有抗肿瘤、抗氧化作用，是一种较强的体内和体外抗氧化剂。然而，姜黄素在氧、光照以及中性和碱性环境下是不稳定的，易被降解为阿魏酸和阿魏酰甲烷。此外，与其他多酚类物质类似，姜黄素在体内需经过一系列的生物转化过程才能被人体吸收。为了揭示膳食多酚对多种疾病的预防和治疗作用机制，研究其代谢产物的生物活性具有重要意义。

山东农业大学食品科学与工程学院的李浩铭、黄永杰和李锋*等人通过测定细胞存活率、ROS含量和丙二醛（MDA）含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）活力和细胞内抗氧化相关蛋白的表达水平等指标，比较了姜黄素及其两种主要代谢修饰产物（四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸）对H2O2诱导的大鼠肾上腺嗜铬瘤PC12细胞氧化损伤的保护作用，以期为揭示姜黄素的健康功效机制提供依据。

1 姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞存活率的影响

结果显示，与对照组相比，0.5 mmol/L的H2O2处理导致细胞的存活率显著下降了约40%（P＜0.05）。姜黄素、四氢姜黄素及姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理对H2O2损伤的PC12细胞均有一定的保护作用。其中，与H2O2损伤组相比，姜黄素处理组和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组对细胞的保护作用均呈现出明显的剂量依赖性，随着药物处理剂量的增加，细胞存活率显著增加（P＜0.05）。在最高处理浓度为7.5 μmol/L，姜黄素处理组的细胞存活率最高（101.88%），其次为姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组（76.66%）。四氢姜黄素处理组仅在高浓度（5 μmol/L和7.5 μmol/L）时表现出一定的细胞保护作用，但细胞存活率均低于相同浓度条件下的姜黄素处理组和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组。在用7.5 μmol/L四氢姜黄素处理时，细胞存活率低于5 μmol/L处理组，这可能是由于过氧化氢损伤导致细胞抵抗能力减弱，较高浓度的四氢姜黄素（7.5 μmol/L）处理对细胞产生了一定的毒性作用。

2 姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞ROS产生的影响

结果显示，在对照组细胞中，ROS产生较少；经H2O2损伤刺激后，细胞内ROS的水平显著增加（P＜0.05），约为对照组的141%。与H2O2损伤组相比，姜黄素及其代谢产物处理均能显著降低H2O2导致的细胞ROS的升高（P＜0.05），其中姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组均呈现出较好的剂量依赖性。在浓度为7.5 μmol/L时，细胞中的ROS含量分别为对照组的60.90%、85.23%。四氢姜黄素处理的细胞在处理浓度为5 μmol/L时ROS含量最低，为对照组的76.53%。以上实验结果表明，姜黄素及其代谢产物能够显著降低PC12细胞ROS的产生（P＜0.05），从而保护细胞免受氧化损伤，其中姜黄素的保护效果要优于姜黄素-β-D-葡糖苷酸和四氢姜黄素。

3 姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞MDA含量的影响

MDA是评估氧化应激的另一种标志物。在氧化应激状态下，机体中ROS的过量积累会导致细胞膜脂质过氧化，从而造成脂质过氧化产物MDA的积累，并最终引起细胞损伤甚至凋亡。姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞MDA含量的影响结果显示，正常PC12细胞中，MDA的含量较低，约为0.20 μmol/mg。过氧化氢损伤显著增加了PC12细胞中MDA含量（P＜0.05），经姜黄素及其代谢产物处理后，PC12细胞中MDA的含量均呈现不同程度的减少（P＜0.05）。在药物处理浓度为7.5 μmol/L时，姜黄素、四氢姜黄素及姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组的MDA含量较H2O2损伤组分别降低了45.12%、33.05%和33.13%。

4 姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞SOD活力的影响

结果显示，与对照组相比，加入H2O2诱发氧化应激状态后，总SOD活力显著降低了45.57%（P＜0.05）。加入不同浓度的姜黄素及其代谢产物处理后，细胞中SOD的活力均得到不同程度的提高。其中，姜黄素处理组呈现出较好的剂量依赖性，浓度为7.5 μmol/L时SOD活力提高至对照组的91.60%。与H2O2损伤组相比，四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组在低浓度时对SOD活力无显著影响（P＞0.05），在高浓度（5 μmol/L和7.5 μmol/L）时具有显著影响（P＜0.05）。浓度为7.5 μmol/L时，四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组细胞SOD的活力分别提升至对照组的59.21%和77.71%。

5 姜黄素及其代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞氧化应激相关蛋白表达的影响

5.1 对HO-1蛋白表达的影响

HO-1是血红素降解过程中的限速酶，它将血红素转化为胆绿素，促进一氧化碳和铁的释放，在细胞保护中起着至关重要的作用，发挥抗氧化、抗炎和抗凋亡等生物学功能。姜黄素及其代谢产物对氧化损伤的PC12细胞HO-1蛋白表达的影响如图5所示。

与对照组相比，H2O2损伤显著降低了PC12细胞中HO-1蛋白的表达（P＜0.05），而姜黄素及其代谢产物处理显著抑制了H2O2损伤导致的HO-1蛋白的下降（P＜0.05）。姜黄素处理组和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组呈现出明显的剂量效应。在浓度为7.5μmol/L时，姜黄素、四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组与H2O2损伤组相比，HO-1蛋白表达分别增加了123.70%、65.20%和68.10%。这些结果表明姜黄素及其代谢产物能够促进H2O2损伤的PC12细胞HO-1蛋白的表达，进而抵御细胞氧化损伤，其中以姜黄素的作用效果最为显著。

5.2 对NQO-1蛋白表达的影响

如图6所示，H2O2处理能够显著降低PC12细胞NQO-1蛋白的表达量（P＜0.05），为对照组的88.19%。与H2O2损伤组相比，姜黄素及其代谢产物处理显著增加了NQO-1蛋白的表达量（P＜0.05），并具有剂量依赖性。浓度为7.5 μmol/L时，3 种物质对NQO-1的诱导作用均达到最大。与损伤组相比，姜黄素处理组提高了43.60%，四氢姜黄素处理组提高了30.10%，姜黄素-β-D-葡糖苷酸处理组提高了27.30%。

6 姜黄素及其代谢产物对PC12细胞Nrf2蛋白表达的影响

进一步检测姜黄素及其代谢产物对PC12细胞Nrf2蛋白表达的影响，结果如图7所示。与对照组相比，H2O2损伤组细胞质中Nrf2蛋白的表达量显著下降（P＜0.05），但细胞核中的Nrf2蛋白表达量无显著变化（P＞0.05），说明H2O2损伤降低了PC12细胞总Nrf2蛋白的表达量，但是由于H2O2处理导致细胞过度氧化损伤，Nrf2表达量降低，可能使Nrf2不足以由细胞质向细胞核转移。

与H2O2损伤组相比，姜黄素及其代谢产物处理显著增加了细胞质和细胞核内Nrf2蛋白的表达量（P＜0.05），其中姜黄素、四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸在浓度为7.5 μmol/L时，细胞质中Nrf2表达量分别提高了102.80%、24.48%、69.54%，细胞核内Nrf2表达量分别提高了115.10%、32.09%、86.20%。姜黄素及其代谢产物不仅能够激活氧化损伤的PC12细胞中Nrf2蛋白的表达量，而且还能促进Nrf2向细胞核内转移，从而激活下游抗氧化酶活性，抵御细胞氧化损伤。

讨论

本实验比较了姜黄素及其两种主要代谢产物对H2O2损伤的PC12细胞的保护作用。结果表明，姜黄素及其代谢产物能够清除细胞内ROS，提高SOD活力，激活Nrf2信号通路，上调HO-1、NQO-1的表达，从而降低细胞氧化损伤，提高细胞存活率。然而，姜黄素及其代谢产物对PC12细胞的保护作用效果具有一定差异。总体来看，经代谢修饰后的产物——四氢姜黄素和姜黄素-β-D-葡糖苷酸的抗氧化损伤作用弱于姜黄素，这与前人研究的结果类似。在将来的研究中，进一步通过细胞或动物实验来揭示姜黄素修饰前后产物的构效关系和吸收速率是必要的。

本文《姜黄素及其代谢修饰产物对PC12细胞氧化损伤的保护作用》来源于《食品科学》2020年41卷15期208-215页，作者：李浩铭，黄永杰，王永丽，李大鹏，李锋。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191014-109。点击下阅读原文即可查看文章相关信息。

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