积雪草苷通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进糖尿病溃疡愈合的作用机制研究

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目的:糖尿病溃疡(diabetic ulcers,DU)是糖尿病最常见的并发症。虽然我国医疗保障水平不断提升,但是DU造成的病死率及截肢率仍处于较高水平。在DU的愈合机制中,细胞的增殖迁移,胶原的合成,血管新生和皮肤再生至关重要。中草药积雪草有多种生理活性,其中的单体成分积雪草苷(Asiaticoside,AC)在细胞增殖,血管生成及炎症反应中具有调控作用,因此本研究拟通过细胞及动物实验探讨AC对DU的愈合作用及其主要机制。方法:我们的研究工作分为两个部分:体外实验和体内实验。在第一部分中,实验一我们首先使用CCK-8测定法检测了 AC对人包皮成纤维细胞(Human foreskin fibroblasts,HFF-1)细胞的毒性作用,用不同浓度的 AC(0、62.5、125、250、500、1000μM)处理HFF-1细胞24小时。筛选出对于HFF-1细胞活力无影响的最大的3个浓度用于后续实验。实验二在实验一研究结果的基础上将HFF-1细胞分为五组:空白对照组(Control组)、糖尿病模型组(Model组)、低剂量AC组(125μM-AC组)、中剂量AC组(250μM-AC组)、高剂量AC组(500μM-AC组),利用CCK-8法、细胞划痕实验、Transwell实验、流式细胞术、细胞周期实验,检测AC处理24h后对HFF-1细胞活力、增殖、迁移能力的影响。为了明确AC对HFF-1细胞活力、增殖、迁移能力影响的作用机制与Wnt/β-catenin信号通路之间的关系,应用Western blot检测HFF-1细胞上清中Wnt1、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a、Wnt7a,细胞裂解液中 GSK3β、phos-GSK3β(Ser9)、细胞核 β-catenin、总β-catenin的表达及Wnt/β-catenin信号通路下游靶基因Axin-1、c-myc的表达情况。此外,应用Wnt通路抑制剂(DKK-1 20ng/mL)与最佳浓度AC(250μM)共同刺激HFF-1细胞,将其分组为:糖尿病模型组(Model组)、AC组(250μM-AC组)、Wnt通路抑制剂+AC组(DKK-1+250μM-AC组)。利用CCK-8法、细胞划痕实验、Transwell实验、流式细胞术、细胞周期实验检测AC处理24h后对HFF-1细胞的活力、增殖和迁移的影响及与Wnt/β-catenin信号通路之间的关系,应用Western blot检测再次检测HFF-1细胞裂解液中GSK3β、phos-GSK3β(Ser9)、细胞核 β-catenin、总 β-catenin 的表达及 Wnt/β-catenin 信号通路下游靶基因Axin-1、c-myc的表达情况,进一步确认AC是否通过Wnt/β-catenin信号通路发挥对HFF-1细胞活力、增殖、迁移的影响。在第二部分体内实验中,我们基于第一部分的实验结果,进一步验证AC对DU愈合的作用及AC与Wnt/β-catenin信号通路激活之间的关系在体内的情况。我们将54只大鼠随机分为空白对照组(Control组)、糖尿病模型组(Model组)、4%AC低剂量组(4%AC组)、8%AC中剂量组(8%AC组)、16%AC高剂量组(16%AC组)、阳性对照组(重组牛碱性成纤维细胞生长因子组,Recombinant bovine basic fibroblast grow factor,rb-bFGF 组)(n=9)。除空白对照组外,其余大鼠腹腔注射1%链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)建立糖尿病大鼠模型。以大鼠背部脊柱为中心,相距15mm对称切取直径为12mm的全层皮肤,即形成DU模型。观察造模用药后各组大鼠的一般状态、血糖、体重、饮水量、饮食量、创面愈合面积、创面愈合率的情况。在用药后的第3天、第7天和第12天为观察时间节点,切取创面内及创周皮肤组织,通过H&E(Hematoxylin&Eosin staining)染色和Masson染色对各组大鼠不同时间点创面组织的结构、创面炎性细胞、成纤维细胞、毛细血管的数量和分布以及胶原沉积的情况进行观察。此外,我们通过免疫组化检测用药后第3、7、12天各组大鼠创面组织中的Wntl蛋白表达情况,Western blot检测用药后第3、7、12天各组大鼠创面组织中 Wnt/β-catenin 信号通路相关蛋白 GSK3β、phos-GSK3β(Ser9)、细胞核 β-catenin、总β-catenin的表达及该信号通路下游靶基因Axin-1、c-myc的表达情况。在体内进一步明确AC对DU愈合的影响及与Wnt/β-catenin信号通路激活之间的关系。结果:1.与正常组相比,AC浓度在1000μM时,HFF-1细胞活力显著性降低(P<0.01),表现出一定细胞毒性。后续选择125、250和500μM浓度的AC继续实验。2.在高糖环境下,浓度为250和500μM的AC作用HFF-1细胞24h后,采用CCK-8法、细胞划痕实验、Transwell实验、流式细胞术、细胞周期实验检测结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,AC可促进HFF-1细胞的活力、增殖和迁移能力(P<0.05)。3.在高糖环境下,浓度为250和500μM的AC作用HFF-1细胞24h后,Western blot结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,细胞上清中Wnt1、Wnt4,细胞裂解液中phos-GSK3β(Ser9)、总 β-catenin、核内 β-catenin 的表达上调(P<0.05),同时,启动Wnt/β-catenin信号通路对下游靶基因c-myc、Axin-1的转录,提高c-myc的表达,降低Axin-1的表达(P<0.05)。提示:AC在高糖环境下可能通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进HFF-1细胞的活力、增殖和迁移能力4.在高糖环境下,浓度为250μM的AC作用HFF-1细胞24h后,采用CCK-8法、细胞划痕实验、Transwell实验、流式细胞术、细胞周期实验检测结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,AC促进了 HFF-1细胞的活力、增殖和迁移能力(P<0.05),加入Wnt通路抑制剂DKK-1后,逆转了 AC的作用(P<0.05)。5.在高糖环境下,浓度为250μM的AC作用HFF-1细胞24h后,Western blot结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,细胞裂解液中phos-GSK3β(Ser9)、总β-catenin、核内β-catenin的表达上调(P<0.05),同时,启动Wnt/β-catenin信号通路对下游靶基因c-myc、Axin-1的转录,提高c-myc的表达,降低Axin-1的表达(P<0.05),加入Wnt通路抑制剂DKK-1后,以上蛋白的表达均发生了逆转(P<0.05)。进一步证明:AC在高糖环境下可能通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进HFF-1细胞的活力、增殖和迁移能力。6.大鼠单次大剂量腹腔注射1%STZ后出现精神萎靡、体型瘦小,运动量减少,毛发干枯,笼内有较重的异味,垫料潮湿的情况。与Control组相比,糖尿病大鼠血糖明显升高,体重减轻,饮水量、饮食量增多(P<0.01)。与糖尿病模型组(Model组)相比,8%AC组在第7、12天创面面积显著减小,愈合率显著增加(P<0.01),H&E染色和Masson染色结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,8%AC组炎性细胞较少,成纤维细胞较多,肉芽组织较厚,新生毛细血管含量丰富,胶原纤维沉积最多。提示AC可促进DU创面的愈合,缩小创面的面积,加快创面的愈合率,且在浓度为8%时效果最好。7.大鼠创面Western blot检测结果显示,与Model组相比,8%AC组在糖尿病大鼠第7、12天创面组织中的GSK3β磷酸化水平、总β-catenin、核内β-catenin表达显著上调(P<0.01),启动Wnt/β-catenin信号通路对下游靶基因c-myc、Axin-1的转录,显著提高c-myc的表达,降低Axin-1的表达(P<0.01)。大鼠创面免疫组化检测结果显示,与糖尿病模型组(Model组)相比,AC给药后,Wnt1表达上升,其中AC浓度为8%时,Wnt1表达上升最为明显,且有明显统计学意义(P<0.05)。提示:在DU模型皮肤组织中,AC可上调Wnt1的表达。综上,AC促进DU的愈合有可能是通过激活Wnt/β-catenin信号通路介导。结论:在以高糖诱导的HFF-1细胞损伤模型及DU大鼠模型为载体的基础上,我们研究发现AC通过增强HFF-1细胞活力、增殖、迁移的能力,促进创面微环境中的成纤维细胞增殖,肉芽组织、毛细血管生成及胶原纤维沉积,从而促进DU愈合,并且其机制可能是通过激活Wnt/β-catenin信号通路介导。
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