Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Берберин (BBR) является изохинолиновым алкалоидом, выделенным из Coptis chinensis и обладающим ценными фармакологическими свойствами, включая противовоспалительное, противоопухолевое и облегчающее некоторые осложнения сахарного диабета 2 типа (СД2). Тем не менее, роль BBR в регулировании диабетического повреждения сухожилий остается плохо изученной. В этом исследовании была построена модель СД2 на крысе, а апоптоз и аутофагия клеток были оценены в тканях сухожилий после лечения BBR с помощью TdT-опосредованного мечения dUTP ник-энда (TUNEL) и иммуногистохимического анализа. Сухожильные фибробласты были получены из ахиллова сухожилия крысы, а роль BBR в регуляции клеточного апоптоза, продукции воспалительных цитокинов и активации аутофагии оценивали с помощью проточной цитометрии, количественной ПЦР в реальном времени (qRT-PCR) и вестерн-блоттинга. Показано, что лечение BBR достоверно повышает активацию аутофагии и снижает апоптоз клеток в сухожильных тканях крыс с СД2. В сухожильных фибробластах BBR подавляет индуцированный высоким содержанием глюкозы (HG) апоптоз клеток и продукцию провоспалительных цитокинов. Лечение ГГ приводило к снижению активации аутофагии в сухожильных фибробластах, в то время как BBR восстанавливал активацию аутофагии. Что еще более важно, фармакологическое ингибирование аутофагии с помощью 3-MA ослабляло защитные эффекты BBR против индуцированного HG повреждения сухожильных фибробластов. В совокупности текущие результаты демонстрируют, что BBR помогает облегчить диабетическое повреждение сухожилий, активируя аутофагию сухожильных фибробластов.
Сахарный диабет (сахарный диабет, СД) – системное нарушение обмена веществ, характеризующееся гипергликемией1. В настоящее время сахарный диабет стал одним из основных заболеваний, угрожающих здоровью и продолжительности жизни человека2. Более 90% случаев приходится на диабет 2типа, метаболическое заболевание, характеризующееся хроническимвоспалением3, резистентностью к инсулину4 и повреждением островковых клеток β 5, и распространенность этого заболевания растет с каждым годом во всем мире.
Диабет 2 типа приводит к ряду серьезных осложнений, которые оказывают серьезное воздействие на сердечно-сосудистуюсистему, глаза7, почки 7 и нервы8, подвергая пациентов с диабетом риску множественных нарушений и даже опасным для жизни рискам для здоровья. Было проведено мало исследований опорно-двигательного аппарата, особенно патологических изменений в диабетических сухожилиях. В последние годы заболеваемость хронической тендинопатией значительно возросла. Сухожилия могут динамически регулировать свою способность накапливать и отдавать энергию 9,10. В тканях сухожилий сухожильные фибробласты играют важную роль в модуляции адаптации сухожилий и восстановлении сухожилий после травмы 9,11. В настоящее время функция сухожильных фибробластов при повреждении сухожилий остается неясной.
Являясь изохинолиновым алкалоидом, BBR оказывает фармакологическое действие в различных физиологических процессах, включая снижение уровня глюкозы в крови, снижение уровня липидов, снижение уровня холестерина, противовоспалительное действие, антибактериальное действие, удаление активных форм кислорода и противодействие дисфункции нервной системы12,13. BBR может увеличивать поглощение и использование глюкозы в жировой ткани и клетках скелетных мышц, повышать экспрессию рецептора инсулина в клетках печени и скелетных мышц, увеличивать экспрессию рецептора ЛПНП в печени и снижать уровни холестерина и сахара в плазме14. Несмотря на то, что BBR обладает ценной фармакологической активностью в облегчении некоторых осложнений СД 15,16,17, роль BBR в регулировании диабетического повреждения сухожилий остается плохо изученной.
Аутофагия должна происходить на исходном уровне в большинстве тканей для изъятия поврежденных органелл и обеспечения метаболитов для поддержания метаболического гомеостаза18,19. Аутофагия играет решающую роль в здоровье β-клеток, а нарушение аутофагии коррелирует с дисфункцией β-клеток и прогрессированием диабета20,21. Новые исследования показали, что BBR-индуцированная активация аутофагии способствует улучшению диабетической нефропатии22. Основываясь на вышеизложенных выводах, мы изучили, полезен ли BBR в облегчении повреждения диабетических сухожилий за счет регуляции аутофагии. Текущие результаты показали, что BBR снижает индуцированное HG повреждение сухожильных фибробластов и воспалительную реакцию. ГГ снижал активацию аутофагии сухожильных фибробластов, в то время как лечение BBR восстанавливало активацию аутофагии и приводило к последующему увеличению жизнеспособности сухожильных фибробластов и снижению провоспалительных цитокинов.
Данное исследование было одобрено Комитетом по этике научных исследований при Юэянской больнице интегрированной традиционной китайской и западной медицины Шанхайского университета традиционной китайской медицины. Все эксперименты на животных были одобрены Этическим комитетом Больницы интегрированной традиционной китайской и западной медицины Юэян Шанхайского университета традиционной китайской медицины (номер IACUC: YYLAC-2019-1). Самцы крыс Wistar (200-240 г, в возрасте 8 недель) были приобретены в Шанхайском центре лабораторных животных SLAC.
1. Крысиная модель СД2
2. Первичные сухожильные фибробласты
3. Анализ жизнеспособности клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Для измерения жизнеспособности клеток использовался набор для подсчета клеток-8 (CCK-8) в соответствии с инструкциями производителя.
4. Анализ клеточного апоптоза
Примечание: Для анализа скорости апоптоза сухожильных фибробластов использовали анализ пропидида йодида (PI) и аннексина V-FITC.
5. Количественная полимеразная цепная реакция в реальном времени (qRT-PCR)
6. Вестерн-блоттинг
7. Иммуногистохимический анализ (ИГХ)
8. Проба TUNEL
ПРИМЕЧАНИЕ: Клеточный апоптоз в ткани сухожилия анализировали с помощью набора для анализа TUNEL в соответствии с инструкциями производителя.
9. Статистический анализ
Для оценки фармакологической роли BBR в облегчении диабетического повреждения сухожилий оценивали апоптоз клеток и активацию аутофагии в тканях сухожилий стопы крыс с СД в присутствии или отсутствии BBR. Рисунок 1А показал, что уровень белка LC3 (маркер аутофагии) был снижен в тканях сухожилий крыс с СД по сравнению с контрольными крысами, тогда как лечение BBR значительно восстановило активацию аутофагии. Кроме того, в тканях сухожилий крыс с СД апоптоз был повышен по сравнению с нормальными тканями, в то время как BBR значительно снижал апоптоз клеток (рис. 1В). Эти результаты показывают, что BBR увеличивает активацию аутофагии и снижает апоптоз клеток в сухожильных тканях крыс с СД.
Затем была оценена роль BBR в регуляции жизнеспособности сухожильных фибробластов и апоптоза in vitro. На рисунке 2А показано, что жизнеспособность сухожильных фибробластов снижается дозозависимым образом и что 30 мМ рт. Затем была исследована защитная роль BBR против фибробластов сухожилий в присутствии HG. Как показано на рисунке 2B, предварительная обработка сухожильных фибробластов BBR способствовала увеличению жизнеспособности клеток в присутствии HG (30 мМ) дозозависимым образом. BBR (20 мкМ) использовали для лечения сухожильных фибробластов в последующем исследовании. Кроме того, апоптоз сухожильных фибробластов измеряли в присутствии HG и/или BBR с помощью проточной цитометрии. На рисунках 2C,D показано, что доля апоптотических клеток была значительно увеличена после лечения HG, в то время как BBR снижал индуцированный HG апоптоз сухожильных фибробластов.
Хроническое воспаление является характерной чертой диабета 2 типа, которое связано с диабетическими осложнениями и способствует резистентности к инсулину. Таким образом, для определения влияния BBR на воспалительную реакцию измеряли воспалительные факторы IL-1β, IL-6 и IL-10 в фибробластах сухожилий, обработанных HG. Результаты количественной ОТ-ПЦР показали, что провоспалительные цитокины IL-1β и IL-6 были значительно повышены. Напротив, уровень противовоспалительного цитокина IL-10 был снижен после лечения ГГ (рис. 3A-C), что указывает на то, что ГГ вызывает провоспалительную реакцию в сухожильных фибробластах. Что еще более важно, лечение BBR подавляло HG-индуцированную провоспалительную реакцию в сухожильных фибробластах (рис. 3A-C).
Чтобы изучить роль BBR в регуляции активации аутофагии сухожильных фибробластов, сухожильные фибробласты обрабатывали HG в присутствии или отсутствии BBR, а затем анализировали активацию аутофагии. Как показано на рисунке 4A, лечение HG снижало активацию аутофагии в сухожильных фибробластах, о чем свидетельствует снижение LC3 зеленых точек, в то время как BBR, очевидно, восстанавливал активацию аутофагии в фибробластах сухожилий, обработанных HG. Кроме того, маркер аутофагии LC3-II и субстрат аутофагии p62 оценивали с помощью вестерн-блоттинга. Рисунок 4B,C показал, что HG снижает экспрессию белка LC3 и увеличивает экспрессию белка p62 в сухожильных фибробластах, что указывает на то, что HG инактивирует аутофагию сухожильных фибробластов. Как и ожидалось, BBR восстановил активацию аутофагии в обработанных HG сухожильных фибробластах (рис. 4B, C).
Наконец, было исследовано, опосредована ли аутофагия роль BBR в облегчении HG-индуцированного повреждения сухожильных фибробластов. С этой целью для инактивации аутофагии в присутствии BBR использовали специфический ингибитор аутофагии, 3-MA, а затем оценивали жизнеспособность клеток и провоспалительные цитокины. Как показано на рисунках 5A, B, фармакологическое ингибирование аутофагии увеличивало апоптоз сухожильных фибробластов по сравнению с только лечением BBR. Аналогичным образом, лечение 3-MA привело к значительному снижению жизнеспособности сухожильных фибробластов по сравнению с лечением только BBR (Рисунок 5C). Лечение 3-MA также повышало уровень провоспалительных цитокинов по сравнению с лечением только BBR (Рисунок 5D). В совокупности эти данные демонстрируют, что BBR облегчает диабетическое повреждение сухожилий, активируя аутофагию сухожильных фибробластов.
Рисунок 1: BBR увеличивал активацию аутофагии и снижал апоптоз клеток в тканях сухожилий крыс с СД. (A) Иммуногистохимический анализ экспрессии белка LC3 в тканях сухожилий стопы контрольных крыс (n = 5), крыс с СД (n = 5) и крыс с СД, получавших BBR (n = 5). Scan bar = 50 мкм. Увеличение 20x. (B) Апоптоз клеток анализировали с помощью окрашивания TUNEL в тканях сухожилий стопы крыс контрольной группы (n = 5), крыс с СД (n = 5) и крыс с СД, получавших BBR (n = 5). Полоса сканирования = 20 мкм. Увеличение 20x. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: BBR снижал HG-индуцированный апоптоз сухожильных фибробластов (А) Жизнеспособность сухожильных фибробластов оценивали с помощью анализа CCK-8 после обработки различными дозами HG (0, 5, 10, 20, 30, 50 мМ). (B) Жизнеспособность сухожильных фибробластов оценивали с помощью анализа CCK-8 после обработки 30 мМ рт.ст. в присутствии BBR (0, 5, 10, 20, 40 и 80 мкМ). (К,Г) Клеточный апоптоз сухожильных фибробластов оценивали с помощью проточной цитометрии после лечения HG (30 мМ) в присутствии или отсутствии BBR (20 μM). * p < 0,05, ** p < 0,01. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 3: BBR облегчает индуцированную HG воспалительную реакцию в сухожильных фибробластах. (А-С) Уровни мРНК воспалительных факторов (A) IL-1β, (B) IL-6 и (C) IL-10 в сухожильных фибробластах определяли с помощью qRT-PCR после лечения HG (30 мМ) в присутствии или отсутствии BBR (20 мкМ). * p < 0,05, ** p < 0,01. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 4: BBR восстановил активацию аутофагии в сухожильных фибробластах, обработанных HG. (A) Уровень LC3 оценивали методом иммунофлуоресцентного анализа в сухожильных фибробластах после лечения HG (30 мМ) в присутствии или отсутствии BBR (20 мкМ). Полоса сканирования = 10 нм. Увеличение 60x. (B) Вестерн-блоттинг на определение уровней белка LC3 и P62 в сухожильных фибробластах после лечения HG (30 мМ) в присутствии или отсутствии BBR (20 мкМ). * p < 0,05, ** p < 0,01. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 5: BBR облегчал HG-индуцированное повреждение сухожильных фибробластов путем активации аутофагии. (A,B) Клеточный апоптоз сухожильных фибробластов оценивали с помощью проточной цитометрии после лечения только BBR (20 мкМ) или BBR плюс 3-MA (5 Мм) в присутствии HG (30 мМ). (C) Жизнеспособность сухожильных фибробластов оценивали с помощью анализа CCK-8 после лечения только BBR (20 мкМ) или BBR плюс 3-MA (5 мм) в присутствии HG (30 мМ). (D) количественно-ПЦР-анализ уровня мРНК IL-1β и IL-6 в сухожильных фибробластах после обработки только BBR (20 мкМ) или BBR плюс 3-MA (5 мм) в присутствии HG (30 мМ). ** p < 0,01. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Травма сухожилия является распространенным осложнением у пациентов с СД27. Сухожильные фибробласты играют важную роль в процессе заживления ран28,29. Настоящее исследование подтвердило, что i) BBR увеличивал активацию аутофагии и уменьшал апоптоз клеток в сухожильных тканях крыс с СД, ii) BBR уменьшал HG-индуцированный апоптоз сухожильных фибробластов, iii) BBR смягчал индуцированную HG воспалительную реакцию в сухожильных фибробластах, iv) BBR восстанавливал активацию аутофагии в сухожильных фибробластах, обработанных HG, v) BBR облегчал HG-индуцированное повреждение сухожильных фибробластов путем активации аутофагии. Текущие результаты показали важную роль BBR в регуляции аутофагии сухожильных фибробластов при повреждении сухожилий и могут предоставить новую возможность для лечения диабетического повреждения сухожилий.
В исследовании была использована модель СД2 на крысах для изучения защитной роли ВБР против повреждения сухожилий. Модель СД2 была успешно создана путем однократного внутривенного введения СТЗ в дозе 30 мг/кг, как описано ранее23,30. Это важный шаг в оценке влияния BBR на облегчение травмы сухожилия. С целью верификации модели был проведен анализ уровня глюкозы в крови, а для последующего исследования были использованы крысы с указанным уровнем глюкозы в крови (≥16,7 ммоль/л, непрерывно в течение 10 дней). В построение модели Т2ДМ была внесена небольшая модификация. Здесь для лечения крыс применялось 30 мг/кг СТЗ, вместо 40 мг/кг. Несмотря на то, что модель СД2 на крысах широко использовалась в экспериментальных исследованиях, в немногих исследованиях эта модель применялась при травме сухожилий.
Предыдущие исследования показали, что хроническое воспаление низкой степени тяжести (ХКИ) связано с развитием СД2 и способствует резистентности к инсулину. Примечательно, что CLGI является важным фактором, который способствует развитию различных диабетических осложнений, таких как диабетическая болезнь стопы, сердечно-сосудистые повреждения, заболевания почек, ретинопатия и хронические раны. Предыдущее исследование показало, что гомеостаз сухожилий модифицируется HG, который подавляет экспрессию нижестоящих генов пути AMPK/Egr1 в сухожилиях31. Аутофагия является эффективным регулятором врожденных иммунных реакций, и эта аутофагия может подавлять активацию инфламмасом и выработку провоспалительных цитокинов. Hudgens et al. продемонстрировали, что обогащенная тромбоцитами плазма вызывает провоспалительную реакцию в сухожильных фибробластах, что приводит к активации путей окислительного стресса33. Текущее исследование также показало, что лечение HG вызывает провоспалительную реакцию в сухожильных фибробластах, в то время как BBR снижает индуцированную HG секрецию провоспалительных цитокинов. Что еще более важно, BBR подавляет провоспалительную реакцию в сухожильных фибробластах, активируя аутофагию. Кроме того, BBR также подавляет HG-индуцированный апоптоз сухожильных фибробластов путем активации аутофагии.
BBR широко используется в клиническом лечении метаболических заболеваний для повышения резистентности к инсулину и снижения уровня глюкозы и липидов, а также в качестве адъювантной терапии при гипертонии, гиперлипидемии, диабете, ожирении, жировой дистрофии печени и других состояниях. Например, BBR может снижать апоптоз клеток Мюллера на сетчатке в присутствии HG34. При диабетической болезни сердца введение BBR может улучшить сердечный фиброз и дисфункцию за счет ограничения уровней IGF-1R, коллагена I и α-SMA в сердце35. При диабетической периферической нейропатии BBR снижает индуцированное HG нейровоспаление и повреждение нейронов за счет подавления выработки АФК и выработки провоспалительного фактора36,37. BBR также регулирует воспалительную реакцию и ингибирует апоптоз клубочковых клеток, тем самым задерживая развитие диабетической нефропатии38. В настоящем исследовании данные показали, что BBR ослабляет HG-индуцированное повреждение сухожилия, а защитный эффект BBR был опосредован активацией аутофагии сухожильных фибробластов. Несмотря на то, что BBR обладает хорошими терапевтическими функциями при многих заболеваниях, его клиническое применение ограничено плохой абсорбцией при пероральном приеме или серьезными побочными эффектами (снижение артериального давления и прекращение дыхания) при внутривенном введении39,40.
Авторы не имеют конфликта интересов, о котором можно было бы заявить, относящемся к содержанию данной статьи.
Это исследование было профинансировано в рамках Шанхайского проекта трехлетнего плана действий по дальнейшему ускорению развития традиционной китайской медицины [ZY (2018-2020)-CCCX-4005]
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% penicillin/streptomycin | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 516104-M | |
anti-LC3B | Abcam, CA, USA | ab48394 | |
anti-p62 | Abcam | ab91526 | |
anti-β-actin antibody | Abcam | ab8227 | |
Binding buffer | BD Biosciences | 556454 | |
DMEM | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 11965092 | |
EVOS XL Core microscope | Thermo Fisher Scientific | AMEX1000 | |
Goat anti-rabbit H&L HRP-conjugated secondary antibodies | Abcam | ab205718 | |
Leukemiavirus reverse transcriptase | Clontech | 639574 | |
Male Wistar rats | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co., Ltd | 200–240 g, 8 weeks | |
Oligo (dT)18 Primer | TaKaRa | 3806 | |
Primers | Shanghai Sangon Biotech | Synthesized primers for IL-1β, IL-6 and IL-10 | |
RIPA Lysis Buffer | Thermo Fisher Scientific | 20-188 | |
RNA extraction kit (Trizol) | TaKaRa | 9108Q | |
StepOne Realtime PCR System | Thermo Fisher Scientific | 4376357 | |
TUNEL assay kit | Thermo Fisher Scientific | C10245 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены