吉林农大中药材学院发现桔梗皂苷D奇迹:AMPK通路激活,逆转2型糖尿病心肌损伤!

2024-08-10 梅斯循证中医药 MedSci原创

研究探讨了PD对小鼠模型和H9c2细胞中DCM的保护作用。

近年来,糖尿病逐渐上升为一种重要的慢性疾病,对人类生命健康构成了严峻挑战。该病可引发一系列并发症,广泛涉及心血管系统、中枢神经系统及周围神经系统等多个领域。其中,糖尿病性心肌病(DCM)的发病与进展过程较为隐匿,早期表现主要包括心肌细胞肥厚增加、胶原沉积基质增多以及间质纤维化的形成,进而引发心脏重构和心室功能障碍,最终可能演化为心力衰竭。鉴于目前DCM的潜在分子机制尚未明确,因此,深入探索并研究在该疾病背景下减轻心肌细胞损伤的有效策略,成为亟待解决的重要课题。

桔梗皂苷D(PD),是桔梗根中的一种核心活性物质,具有丰富的药理活性和显著的药用价值,包括抗炎效应、氧化应激抑制及细胞凋亡调控等,对多个器官系统发挥保护作用。特别是,针对四氧嘧啶诱导的糖尿病模型小鼠,PD已被证实具备显著改善肝损伤的能力。尽管如此,关于PD在心肌细胞保护方面的具体活性,目前尚缺乏明确的认知与报道。

日前,一篇名为“Platycodin D Ameliorates Type 2 Diabetes-Induced Myocardial Injury by Activating the AMPK Signaling Pathway”的研究探讨了PD对小鼠模型和H9c2细胞中DCM的保护作用。

图片

图1 论文首页

PD可改善DCM小鼠心功能损伤

该研究通过构建2型糖尿病诱导的心脏损伤小鼠模型,并使用PD进行处理,探究其对于小鼠心肌损伤改善作用。结果显示,模型组小鼠的血清cTnT、CK-MB、LDH水平显著上升,表明心肌功能损伤的存在(图2A-C)。而PD治疗显著地降低了这些生物标志物的水平,揭示了PD在治疗心肌损伤方面的潜力

此外,研究还采用了HE、Masson、WGA等多种染色方法来探究心肌组织的病理学变化(图2D-E)。模型组小鼠的组织学切片展现了心肌细胞的显著紊乱排列,胞浆中嗜酸性粒细胞染色明显,间质水肿严重,并伴随有胶原纤维的沉积,部分心肌细胞甚至出现了碎裂,小鼠心肌细胞的横截面面积也显著增大。但PD治疗后,这些病理变化均得到了显著的改善。

同时,超声心动图结果显示,DCM小鼠的心室间隔与左心室游离壁并未实现同步收缩,且LVEF、LVFS等心功能指标均有所下降,经PD治疗后,DCM小鼠的LVEF和LVFS均出现了明显的上升,这进一步证实了PD在治疗心肌损伤及改善心脏功能方面的有效性

图片

图2 PD可改善DCM小鼠的心功能损伤

PD对HG-PA诱导的H9C2细胞损伤具有保护作用

为深入探究PD对心肌细胞保护作用的机制,该研究在体外条件下模拟了糖尿病的生理环境,并应用MTT法评估了PD对H9c2细胞活力的潜在影响。结果显示,当PD浓度处于0.0625至8μM的范围内,未观察到对细胞的毒性作用;当浓度达到8μM时,PD展现出了促进细胞增殖的显著效果(图3A)。

研究也进一步探讨了PD对H9c2细胞在HG-PA暴露下的保护作用。HG-PA单独处理显著抑制了H9c2细胞的活性(图3B),然而,当细胞预先经过1、2、4μM浓度的PD处理后,HG-PA诱导的细胞活力下降呈现出明显的浓度依赖性缓解。

在细胞形态学层面,HE和WGA染色技术显示,HG-PA处理后的H9c2细胞表现出肥大、形态短小且钝化,核膜与核仁出现破碎等不利变化;而PD的预处理则显著改善了这些不良细胞状态(图3C、E)。

此外,研究还通过检测LDH的释放量来评估HG-PA处理对细胞膜完整性的潜在损伤。HG-PA处理造成了LDH水平的显著上升,表明细胞膜受损;而PD的预处理则有效保护了细胞膜的完整性,进而提升了细胞的活性(图3D)。

最后,在氧化应激层面,研究评估了细胞内ROS的水平。结果显示,HG-PA处理显著增加了细胞内ROS的表达;而PD的预处理则有效抑制了ROS的释放(图3F),这进一步证实了PD在减轻糖尿病条件下心肌细胞氧化应激损伤方面的积极作用

图片

图3 PD可以保护HG-PA诱导的H9c2细胞损伤

PD改善了能量代谢途径

免疫荧光染色结果表明,在模型组中,p-AMPK与GLUT4蛋白的表达水平显著下调,而PD给药后,这些下调得到了显著改善(图4A)。Western blot检测结果显示,模型组中AMPK蛋白的磷酸化表达水平显著下调,促进了其下游蛋白ACC在小鼠心脏组织中的表达,同时GLUT4的表达水平也明显降低(图4B、C)。然而,PD给药可显著逆转上述情况。

另外,HG-PA在体外环境中显著抑制了p-AMPK蛋白的表达水平(图4D、E),但PD预处理则有效改善了这一变化。同时,ACC作为AMPK的下游蛋白,在能量代谢过程中扮演了重要角色。而HG-PA显著上调了活化的ACC蛋白的表达水平,但PD预处理则显著下调了其表达水平。

图片

图4 PD改善能量代谢途径

PD可能通过凋亡信号通路改善2型糖尿病致心肌损伤

模型组内的cl-caspase 9与cl-caspase 3蛋白表达水平显著增强,伴随促凋亡蛋白Bax表达的上调及抗凋亡蛋白Bcl2的抑制。同时,细胞色素C的蛋白表达水平也显著上升。PD给药后,这些促凋亡蛋白表达的增加均受到显著抑制(图5A),提示PD对DCM小鼠诱导的心肌细胞凋亡具有抑制作用

为验证上述发现,研究采用Hoechst 33258染色与JC-1染色技术,对HG-PA诱导的H9c2细胞凋亡程度进行了检测。结果显示,HG-PA处理后的细胞出现了大量凋亡现象,且线粒体膜电位显著降低。而在不同浓度PD处理下,细胞凋亡现象呈现浓度依赖性的缓解趋势(图5C-D)。

此外,研究还利用Western blot技术对HG-PA诱导的H9c2细胞中凋亡蛋白的表达强度进行了分析。结果显示,当细胞暴露于HG-PA时,caspase家族被激活,从而触发凋亡级联反应。然而,在PD预处理后,这些现象均发生了逆转。

总之,结果表明PD在改善HG-PA诱导的H9c2细胞凋亡方面具有显著效果

图片

图5 PD改善凋亡途径

结论

综上所述,该研究通过H9c2细胞实验,科学地证实了PD对2型糖尿病所诱导的小鼠心肌损伤具有明确的保护作用。这一发现为相关领域的研究提供了有力的实验依据,并为未来相关疾病的治疗策略提供了潜在的参考方向。

参考文献:

Wang W, Wang Z, Meng Z, Jiang S, Liu Z, Zhu HY, Li XD, Zhang JT, Li W. Platycodin D Ameliorates Type 2 Diabetes-Induced Myocardial Injury by Activating the AMPK Signaling Pathway. J Agric Food Chem. 2024 May 8;72(18):10339-10354. doi: 10.1021/acs.jafc.3c07311

作者:梅斯循证中医药



版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (1)
#插入话题

相关资讯

1.5亿中国人正在步入糖尿病!《柳叶刀》子刊:新药让80%的人血糖恢复正常

表明司美格鲁肽在糖尿病前期患者的减重和恢复正常血糖水平方面具有优势,安全性与既往GLP-1受体激动剂类似。研究结果支持将司美格鲁肽作为肥胖合并糖尿病前期患者的治疗选择之一,是恢复其正常血糖的潜在方式。

CGP论著 | "三师共管"诊疗模式对不同病程糖尿病患者的临床疗效研究

"三师共管"诊疗模式能够提升糖尿病患者的自我管理能力,从而改善代谢指标,起到良好的综合干预作用,临床应尤其重视对糖尿病病程<1年患者的管理。

糖尿病神经病变检查评分(DNE)

糖尿病神经病变检查评分(DNE)

并发症少、长寿的糖尿病患者,有哪些共同点?华科大刘刚教授团队研究登上《柳叶刀》子刊

研究发现,在2型糖尿病患者中,有利的健康社会决定因素与糖尿病并发症风险降低和预期寿命提高显著相关。研究成果为糖尿病并发症的防控提供了新的视角。

1/3患者“逆转”糖尿病!《柳叶刀》子刊:符合这3个条件,可能性更大!

在临床试验之外的真实世界,通过为2型糖尿病患者提供饮食等干预,有机会实现糖尿病缓解,但需要说明的是,受限于真实世界存在的客观不确定性,相比于临床试验,真实世界的缓解率会更低。