当前位置: 首页 > 期刊 > 《中华眼科杂志》 > 2000年第4期
编号:10500803
牛磺酸抑制过氧化氢诱发牛晶状体上皮细胞凋亡的实验研究
http://www.100md.com 《中华眼科杂志》 2000年第4期
     牛磺酸抑制过氧化氢诱发牛晶状体上皮细胞凋亡的实验研究

    陈凤华 陈翠真

    摘 要 目的 观察牛磺酸对过氧化氢(H2O2)诱发牛晶状体上皮细胞凋亡的抑制作用。方法 采用牛晶状体器官培养及DNA缺口末端原位标记法检测牛磺酸对H2O2诱发的牛晶状体上皮凋亡细胞数量的影响,并进行相关比较及统计学分析。结果 晶状体上皮细胞凋亡发生于晶状体混浊之前;牛磺酸可明显抑制H2O2所致的牛晶状体上皮细胞凋亡。结论 牛磺酸可抑制因氧化损伤诱发的牛晶状体上皮细胞凋亡,延缓和减轻白内障的发生和发展。

    关键词:牛磺酸;过氧化氢;晶体;上皮细胞;凋亡
, 百拇医药
    白内障的诱发因素较多,其中氧化损伤为主要原因,同时氧化损伤亦是细胞凋亡的诱发原因之一[1];Forrest等[2]报道一种维生素E类抗氧化剂6-羟基-2,5,7,8-四甲基色满-2-羧酸(trolox)可抑制过氧化氢(H2O2)诱发的鼠胸腺细胞凋亡;近年有文献报道H2O2可诱发大鼠晶状体上皮细胞凋亡[3]。至今尚未见有关采用抗氧化剂抑制晶状体上皮细胞凋亡的报道。本实验以牛磺酸作为抗氧化剂,观察其对H2O2诱发的牛晶状体上皮细胞凋亡的抑制作用。

    材料和方法

    一、取材

    牛晶状体取自北京市肉联厂屠宰4h内的成年牛眼球。

    二、主要试剂
, 百拇医药
    末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)、链抗生物素蛋白-碱磷酶(SA-AP)、四氮唑盐(NBT)、溴氯代吲哚磷酸(BCIP)、无酚红DMEM培养基购自美国GIBCO-BRL公司;生物素-21-脱氧三磷酸尿苷(Bio-21-dUTP)购自美国Clontech公司;牛磺酸购自美国Sigma公司;甲醇、冰醋酸、盐酸购自北京化学试剂公司;均为分析纯试剂。

    三、主要仪器

    日本Olympus BH-2型显微镜;德国Heraeus公司CO2细胞培养箱。

    四、实验方法

    1.晶状体器官培养:洗净成年牛眼球血迹,剔除肌肉等组织,暴露干净的巩膜。用75%乙醇冲洗数秒钟后,用含庆大霉素32万U/L的PBS冲洗10min,再用含青霉素80万U/L、链霉素100万U/L的PBS冲洗10min。切开眼球,仔细取出晶状体,放于含青霉素20万U/L、链霉素25万U/L的无血清、无酚红DMEM培养基中培养8 h,弃除混浊的晶状体,挑选透明者用于实验。
, 百拇医药
    2.分组:将上述透明晶状体随机分为3组,每组8个晶状体,将各组晶状体分别放入含有下列试剂的无菌培养皿中,于37℃、5% CO2培养箱中培养,对不同时间(3、24、48、72 h)混浊的晶状体摄像,进行观察比较。对照组:无血清、无酚红DMEM培养基;H2O2组:含5mmol/L H2O2的无血清、无酚红DMEM培养基;H2O2+牛磺酸组:含5mmol/L H2O2及4%牛磺酸的无血清、无酚红DMEM培养基。

    3.晶状体上皮细胞凋亡的检测:采用DNA缺口末端原位标记(TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling,TUNEL)法检测上述3组培养3~72 h牛晶状体上皮细胞凋亡的情况。方法:分别将晶状体上皮细胞面向上铺于载玻片上,经PBS冲洗,用3∶1甲醇-冰醋酸固定15~30 min。PBS冲洗后,在65℃下温育1h。吸干PBS,加入TdT反应液50 μl,放入事先已温育到37℃的湿盒中,使含生物素的脱氧三磷酸尿苷(Bio-21-dUTP)标记在凋亡细胞的DNA缺口末端,1h后用终止缓冲液终止反应。PBS冲洗后加入已标记了碱性磷酸酶(简称碱磷酶)的链抗生物素蛋白(SA-AP)反应液100 μl, 于37℃下温育15~30 min,进行抗原(Bio-21-dUTP)抗体(SA-AP)反应,使碱磷酶被标记在凋亡细胞的DNA缺口末端,再用碱磷酶反应底物液显色。通过上述处理,上皮组织中的凋亡细胞内存有特异性着染的蓝紫色颗粒,而正常细胞内无着色颗粒,在Olympus BH-2型显微镜下观察结果并照相。
, http://www.100md.com
    五、统计学方法

    使用SPSS 7.0 软件包对数据进行处理;具体统计学方法包括单因素方差分析、配对t检验。

    结果

    本实验结果显示,随着H2O2作用时间的延长,晶状体的混浊程度逐渐加重。H2O2组72 h晶状体已完全混浊; H2O2+牛磺酸组晶状体混浊时间明显延迟(图1)。t27301.gif (14045 字节)

    图1 3组牛晶状体不同时间混浊程度的动态变化

, 百拇医药     对经H2O2作用不同时间的晶状体上皮细胞做TUNEL检测显示,培养3 h即可见晶状体上皮细胞凋亡,而晶状体混浊出现在培养6 h后,说明晶状体上皮细胞凋亡发生于晶状体混浊之前;晶状体混浊程度越重,晶状体上皮细胞凋亡的数目越多,凋亡细胞内蓝紫色颗粒的密度亦越大,72 h时整个细胞核几乎着染成蓝紫色(图2~6)。我们在400倍显微镜下分别对H2O2作用3、24、48和72 h 3组牛晶状体上皮组织中的TUNEL标记阳性细胞进行记数 (表1),每个视野记数200个细胞,每个标本随机选取5个视野,结果显示不同时间各组细胞凋亡平均发生率比较,差异有显著性(t=12.16,F=43.43,t=48.58,t=270.53,P<0.01);对作用24 h的H2O2组及H2O2+牛磺酸组的上皮细胞做TUNEL标记(图3,7)并进行比较,结果显示H2O2组细胞凋亡数量明显高于H2O2+牛磺酸组,差异有显著性(q=23.63,P<0.01)。
, 百拇医药
    表1 3组牛晶状体不同时间凋亡细胞的平均发生率

    组别

    不同时间凋亡细胞的数量(25601.gif (85 字节)±s,%)

    3 h

    24 h

    48 h

    72 h

    对照组

    0.10±0.22

    0
, 百拇医药
    0

    0.20±0.27

    H2O2

    10.70±2.08

    56.00±2.98*

    84.44±3.89

    99.60±0.89

    H2O2+

    牛磺酸组

    18.70±2.65*

, 百拇医药     检验值

    t=12.16

    F=43.43

    t=48.59

    t=270.53

    P值

    <0.01

    <0.01

    <0.01

    <0.01

    *两数比较,q=23.63,P<0.01t27201.gif (9286 字节)
, 百拇医药
    图2 H2O2组3 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态 TUNEL×400t27202.gif (9489 字节)

    图3 H2O2组24 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态TUNEL×400t27203.gif (11299 字节)

    图4 H2O2组48 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态 TUNEL×400t27204.gif (8604 字节)
, 百拇医药
    图5 H2O2组72 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态 TUNEL×400t27205.gif (9586 字节)

    图6 对照组72 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态 TUNEL×400t27206.gif (10299 字节)

    图7 H2O2+牛磺酸组24 h牛晶状体混浊程度及上皮细胞形态 TUNEL×400

    讨论

, http://www.100md.com     一、氧化损伤与白内障

    目前医学界认为氧化损伤是诱发白内障的主要因素[4]。研究发现在正常及白内障眼的晶状体及房水中均存在一定量的过氧化氢,但白内障眼内的含量较正常人高[5]。氧化损伤使晶状体上皮细胞蛋白质结构改变、某些关键酶失活、DNA断裂及脂质过氧化[6]。正常情况下晶状体中含有抗氧化物质,保护晶状体免受氧化损伤。但在某些情况下,如体内氧化物质产生过多或晶状体清除这些物质的能力下降,晶状体将受到损伤。

    实验证明超氧歧化酶、还原型谷胱甘肽及维生素E等均可抑制或延缓氧化损伤所诱发白内障的发生及发展[7]。牛磺酸是一种磺基氨基酸,在人体中大量存在;其具有抗氧化作用,能保护细胞和组织免受氧化损伤[8]。晶状体具有蓄积牛磺酸的能力,在晶状体中牛磺酸约占非蛋白质水解氨基酸的50%,是晶状体中重要的氨基酸;随着白内障病程的发展,晶状体中牛磺酸的含量显著降低[9];本实验室近年来进行的一系列系统研究发现,牛磺酸对亚硒酸钠性白内障的抑制作用与其抗氧化特性有关[10]
, http://www.100md.com
    二、氧化损伤与细胞凋亡

    随着对细胞凋亡与疾病关系的深入研究,人们发现氧化损伤也是诱发细胞凋亡的原因之一[1]。Li等[3]用H2O2诱使器官培养的鼠晶状体发生白内障,在其晶状体上皮组织中发现凋亡细胞。但目前尚未见采用抗氧化剂抑制晶状体上皮细胞凋亡的报道。

    三、实验意义

    本研究为探讨细胞凋亡是否为H2O2诱发牛晶状体混浊的早期表现;牛磺酸能否干预H2O2所致的晶状体混浊及阻止细胞凋亡,设计了上述实验,即牛磺酸能否保护晶状体上皮细胞免受H2O2损伤,延缓白内障形成(图1);H2O2诱发牛晶状体混浊与相应培养时间晶状体细胞凋亡的相关性(图2~6);以H2O2+牛磺酸组与H2O2组牛晶状体各培养24 h为例,评估牛磺酸对牛晶状体混浊及细胞凋亡的干预作用(图3,7)。
, 百拇医药
    本实验结果表明,牛磺酸作为抗氧化剂可明显抑制H2O2诱发的牛晶状体上皮细胞凋亡,延缓和减轻晶状体混浊。随着H2O2作用时间的延长,晶状体混浊逐渐加重,晶状体上皮细胞凋亡的程度加重。值得注意的是,培养3 h即可检测到细胞凋亡,而培养6 h后才出现晶状体混浊,说明在晶状体混浊之前已发生了晶状体上皮细胞的凋亡。培养24 h后,H2O2组的凋亡细胞平均发生率显著高于H2O2+牛磺酸组,提示牛磺酸可明显抑制氧化损伤所致的晶状体上皮细胞凋亡。

    四、有关实验设计

    本实验采用TUNEL法检测凋亡细胞,主要是借助于TdT,将标记的脱氧三磷酸尿苷(dUTP)连接在降解的DNA片段3′端上。细胞凋亡时,早期即出现单链或双链DNA在核小体连接处断裂,最终形成180~200 bp的整倍数片段及游离的3′端,杂交特异性较强。预实验表明,阴性对照细胞未被明显标记;反之,已知存在DNA片段的标本则表现为阳性。此外,H2O2组标本如采用PBS代替Bio-21-dUTP,则不能显示细胞凋亡。各组实验同步严格操作中均无外来DNA污染,故本实验结果可排除假阳性干扰。在我们采用DNA片段进行分析的其他研究中,亦进一步证实了该方法的可行性。
, 百拇医药
    志谢 北京医科大学人民医院中心实验室王申五教授

    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39770786)

    作者单位:陈凤华(首都医科大学,100054)

    陈翠真(100005 北京市眼科研究所)

    参考文献

    1.陈凤华. 细胞凋亡与白内障研究. 国外医学眼科学分册,1997,21:168-172.

    2.Forrest VJ, Kang YH, McClain DE, et al . Oxidative stress-induced apoptosis prevented by trolox . Free Radic Biol Med, 1994,16:675-684.
, 百拇医药
    3.Li WC , Kuszak JR, Dunn K, et al. Lens epithelial cell apoptosis appears to be a common cellular basis for non-congenital cataract development in humans and animals. J Cell Biol, 1995,130:169-181.

    4.Spector A. Oxidative stress-induced cataract: mechanism of action . FASEB J , 1995,9:1173-1182.

    5.Bhuyan DK, Camras CB, Lakhani HK, et al. Peroxide concentration in normal and cataractous human lenses. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1992,33:798.
, 百拇医药
    6.Spector A,Wang GM, Wang RR, et al. The prevention of cataract caused by oxidative stress in cultured rat lenses. Curr Eye Res, 1993,12:163-179.

    7.李根林. 抗氧化剂等治疗白内障的机理及疗效. 国外医学眼科学分册, 1992,16:110-114.

    8.Nakamori K, Koyama I,Nakamura T , et al. Quantitative evaluation of the effectiveness of taurine in protecting of ocular surface against oxidant. Chem Pharm Bull, 1993,41:335-338.

    9.Kasuya M, Itoi M,Kobayashi S, et al. Changes of glutathione and taurine concentrations in lenses of rat eyes induced by galactose-cataract formation or ageing. Exp Eye Res , 1992,54:49-53.

    10.张伟,陈翠真. 牛磺酸对亚硒酸钠性白内障抑制作用的实验研究. 中华眼科杂志,1998,34:208-210., 百拇医药