铁催化酒精诱导肝细胞损伤机理的研究

发布时间：2020-06-21 08:32

【摘要】：铁是生物体内重要的微量元素，参与细胞内多种氧化还原反应，调节细胞生长分化。但是铁在体内的大量聚积，可以诱导机体内活性氧水平的上升，引起生物大分子（蛋白质、DNA和脂质）的氧化，最终对机体造成损伤。在酒精性肝病发生的过程中，铁有重要的作用。酒精性肝病患者的肝组织中通常存在大量铁的聚集。虽然现在已经有动物研究表明铁对酒精引起得肝脏损伤具有正协同的作用，但是还没有在细胞水平研究铁对酒精诱导肝细胞损伤的影响。黄酮类化合物是广泛存在于植物中的多酚类物质，也是多种具有益生作用植物的有效成分。大量的动物实验证明，很多黄酮类化合物对于慢性或急性酒精刺激诱导的肝损伤，具有一定的治疗或预防效果。但是没有构建出合适的铁-酒精肝细胞损伤模型用于筛选治疗或预防酒精性肝损伤的黄酮类化合物。本文从细胞水平实验入手，首先分析了不同形态的铁的催化氧化能力与肝细胞损伤之间的关系；然后利用从中筛选的柠檬酸铁作为外源铁添加剂，在HepG2细胞（在该细胞系中CYP2E1不表达）中，研究了铁的催化氧化的作用对酒精诱导氧化应激的影响，以及黄酮类化合物保护作用的机理。主要结果如下：（1）不同形态的铁催化氧化的能力与肝细胞损伤之间的关系。首先，在体外化学体系上研究了高铁血红蛋白以及三种非蛋白结合小分子铁化合物——氯高铁原卟啉、柠檬酸铁和EDTA-Fe（III）——催化氧化的能力。再以人肝癌细胞系HepG2为研究对象，采用MTT法检测细胞活性，Annexin V/PI双染法流式检测细胞凋亡，免疫荧光的方法检测细胞蛋白质硝基修饰的情况和4-HNE的水平，免疫沉淀和蛋白质印迹的方法检测α-烯醇酶的表达和硝化。结果显示：在体外化学体系中，氯高铁原卟啉和高铁血红蛋白具有较强的催化氧化的能力，柠檬酸铁基本上没有催化氧化的能力，EDTA-Fe（III）催化氧化的能力相对较弱；在细胞水平上，氯高铁原卟啉和EDTA-Fe（III）可以促进葡糖糖氧化酶（GO）/葡糖糖（G）-NaNO2体系诱导细胞凋亡的程度，氯高铁原卟啉铁的作用要明显高于EDTA-Fe（III），柠檬酸铁和高铁血红蛋白构建的Fe（III）-GO/G-NaNO2体系不能诱导细胞凋亡；不同铁构成的Fe（III）-GO/G-NaNO2对于细胞内蛋白质的表达和硝化、脂质过氧化的影响不同。这表明：在体外化学体系中，含铁化合物催化氧化的作用，主要依赖卟啉铁的参与；在细胞体系中，含铁化合物对肝细胞内蛋白质表达或硝化、脂质过氧化、细胞凋亡的影响和它自身催化氧化的能力没有直接的关系。（2）柠檬酸铁促进酒精诱导的HepG2细胞内氧化应激及黄芩苷的作用。以HepG2细胞（在该细胞系中CYP2E1不表达）为研究对象，采用MTT法检测细胞活性、Annexin V/PI双染法流式细胞仪检测细胞凋亡、免疫荧光的方法检测细胞iNOS表达、蛋白质酪氨酸硝化和4-HNE的水平、蛋白质印迹的方法检测细胞内蛋白质羰基化程度和ERK1/2磷酸化的程度、用DCFH和DMA-DA荧光探针检测细胞内ROS和NO的水平，研究了铁对酒精诱导的氧化/硝化应激的影响以及黄芩苷的作用。结果表明：铁对酒精诱导的细胞内ROS、NO、蛋白质羰基化、蛋白质酪氨酸硝化和脂质过氧化水平的上升具有促进的作用；铁和酒精的共同作用还可以改变iNOS在细胞的分布；铁增加了酒精诱导肝细胞凋亡的程度；在酒精-铁模型中，抑制iNOS的活性可以增加细胞死亡的数量；铁和酒精可以增加ERK1/2的磷酸化水平，酒精抑制了ERK1/2磷酸化的水平；黄芩苷可以通过降低细胞内ROS、NO、蛋白质羰基化、蛋白质酪氨酸硝化和脂质过氧化的水平，阻断铁和酒精引起的iNOS在细胞内分布的变化，减低ERK1/2磷酸化的程度，从而减少了细胞凋亡的程度；iNOS活性的抑制可以增强铁和酒精诱导的细胞凋亡的程度。这说明：虽然在酒精诱导肝细胞内发生氧化应激的过程中CYP2E1发挥了重要的作用，但是在CYP2E1不表达的肝细胞中外源铁可以促进酒精诱导的氧化应激；参与调控酒精和铁诱导氧化应激的细胞内信号通路是不一样的；在铁-酒精细胞模型中，NO可能是一种信号分子，具有保护细胞的作用。（3）研究铁-酒精肝细胞损伤模型中黄酮类化合物护肝作用的机理采用MTT法检测细胞活性，ABTS法检测黄酮类化合物的抗氧化作用，并利用PI单染活细胞检测检测死亡细胞的数目，最后利用荧光显微镜检测细胞内超氧阴离子的水平，综合研究了在铁-酒精肝细胞损伤模型中，黄酮类物质保护肝细胞的作用与它的抗氧化性和铁结合能力之间的关系。结果表明：在铁-酒精肝细胞损伤模型中黄酮类化合物的保护作用主要和它的铁结合能力有关，但并不是具有铁结合能力的黄酮类化合物都会在这个细胞模型中发挥保护肝细胞的作用；利用超氧阴离子探针可以在荧光显微镜下直接观察到酒精、铁、黄酮类物质对于细胞内氧化应激的影响，这克服了一些黄酮类化合物由于具有胰蛋白酶的抑制效果而造成的研究方法选择上的障碍；本文中构建的铁-酒精肝细胞损伤模型不仅可以用来筛选具有护肝作用的单一黄酮类化合物，也可以用来分析天然提取物在铁-酒精诱导肝细胞损伤中的作用。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R575
【图文】：

黄酮类化合物,结构式,自由基,黄酮类物质

图 1.1 四种黄酮类化合物的结构式Figure 1.1 The molecular structure of each group of flavonoids.生理作用1 抗氧化作用对大多数的黄酮类物质都具有抗氧化的作用。其中，黄酮类和儿茶酚类是免除自由基损伤效果最好的黄酮类物质。机体受到外源性损伤或者氧化代谢时，可以产生自由基和活性氧，这些物组织细胞造成持续的危害。虽然，目前的研究还不能对于自由基干扰细胞体机制给出全面的解释，但是脂质过氧化以及由脂质过氧化引起的细胞膜为在其中发挥着重要的作用。细胞膜损伤改变了细胞的净电荷和渗透压，细胞的膨胀，最终导致细胞坏死。自由基可以引起多种炎症调节因子的产生发炎症反应和组织损伤。

亚甲基蓝,催化氧化,体系,高铁血红蛋白

催化氧化能力的差别。利用亚甲基蓝的方法，测定不同类型的铁催化氧化产生的羟自由基的能力（图2.1）。含有氯高铁原卟啉（H）和高铁血红蛋白（Mb）具有较强的催化氧化的能力，柠檬酸铁（Fc）基本上没有催化氧化的能力，EDTA-Fe（EF）的催化氧化能力相对较弱。

【参考文献】