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氧气是生命活动的基本物质,在机体内主要参与能量代谢过程。作为一种至关重要的生命物质,氧气在多个层面影响着机体,甚至可以通过多种渠道影响基因[1]。Kirmes等的研究表明:在缺氧条件下,细胞在全基因组水平上会产生结构变化,染色质会发生聚集现象[2]。机体缺氧时,通过氧化呼吸链产生过多的活性氧簇(ROS),包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等。ROS不仅可以直接损伤脂质、蛋白质及核酸等生物大分子,还可以通过Fas/FasL、TNF-α/TNFRl、MAPK等信号通路诱导细胞凋亡[3-4]。目前,针对缺氧的防治,西药主要有碳酸酐酶抑制剂、糖皮质激素、茶碱等,中药较为成熟的有藏药红景天,胡黄连、黄芪等也被认为具有一定的抗缺氧损伤的能力[5]。乙酰唑胺作为FDA认可的唯一一种防治急性缺氧的药物,更多的是用来治疗急性缺氧,且其存在过敏反应、四肢麻木、疲劳、困倦等不良反应,肝肾功能异常的人不宜使用[6-8]。藏药红景天目前已被高原边防部队作为防治高原缺氧的常规药物。大部分学者认为红景天可以通过抑制氧化应激、抗凋亡、保护神经细胞等方式治疗缺氧性损伤,但其主要活性成分的抗缺氧作用机制仍不清楚[9]。作为预防用药,红景天需要提前7~15 d服用,才能较好起到提高抗缺氧能力的作用,疗程较长。目前,针对缺氧的治疗仍以给予高浓度氧气最为直接有效,而对于提高耐缺氧能力,目前尚无安全高效的药物。
毛裂蜂斗菜(Petasites tricholobuson)是菊科蜂斗菜属下的一种,在民间广泛用于消肿止痛、解毒祛瘀,治跌打损伤、毒蛇咬伤等。课题组前期实验已经证明,其醇提取物具有抗炎作用[10-12]。本实验通过观察PTB对小鼠存活时间、血清乳酸脱氢酶(LDH)活性和丙二醛(MDA)含量变化,对脑组织与心脏超氧化物歧化酶(SOD)和还原型谷胱甘肽(GSH)活性变化、脑组织病理变化,以及对大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞(PC12)制成糖氧剥夺模型(OGD)后存活率的影响,进一步探讨PTB的抗缺氧能力及可能的作用机制。
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常压缺氧条件下,模型组小鼠的平均存活时间为859.5 s。与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)小鼠的存活时间延长了131.9 s(P<0.05),PTB低、中、高剂量均能显著延长小鼠的存活时间(P<0.05,P<0.01),结果见表1。
表 1 PTB对常压缺氧小鼠存活时间的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量(mg/kg) 存活时间(t/s) 模型组 − 859.5±84.56 诺迪康组 280 991.4±140.7* PTB低剂量组 20 1023±142.7** PTB中剂量组 40 980±120.5* PTB高剂量组 80 1055±251.9* *P<0.05,**P<0.01,与模型组比较。 -
与空白对照组相比,模型组的LDH活力明显增高(P<0.01);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)、PTB中、高剂量组LDH活力降低至空白组水平(P<0.05);低剂量组的LDH活力较模型组有所降低,但没有统计学差异(P>0.05),见表2。
表 2 PTB对常压缺氧小鼠血清LDH活力和MDA含量的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量(mg/kg) LDH(U/L) MDA(nmol/ml) 空白组 − 1052±59.49 67.04±12.63 模型组 − 1280±206.6## 204.3±58.42## 诺迪康组 280 1092±70.16* 132.5±54.02* PTB低剂量组 20 1153±82.80 138.3±32.50* PTB中剂量组 40 1097±100.5* 152.8±48.90* PTB高剂量组 80 1059±187.8* 172.7±60.54 *P<0.05,与模型组比较;##P<0.01,与空白组比较。 与空白对照组相比,模型组的MDA含量显著增高(P<0.01);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)、PTB低、中剂量组MDA含量降低(P<0.05);PTB高剂量组MDA含量有所降低,但没有统计学差异(P>0.05),见表2。
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在脑组织中,与空白对照组相比,模型组的GSH活力降低(P<0.01);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)的GSH活力有所升高,但是没有统计学差异(P>0.05);与模型组相比,PTB低、中、高3个剂量组的GSH活力均显著升高(P<0.01),见表3。
表 3 PTB对常压缺氧小鼠脑组织和心脏GSH活力的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量
(mg/kg)脑GSH
(μmol/g•prot)心脏GSH
(μmol/g•prot)空白组 − 44.17±8.672 9.123±2.906 模型组 − 31.99±5.528## 5.772±2.537# 诺迪康组 280 37.47±13.56 8.345±2.336* 低剂量组 20 43.38±10.46** 13.42±3.606** 中剂量组 40 47.57±8.106** 12.07±4.191** 高剂量组 80 50.36±17.18** 12.59±1.820** *P<0.05,**P<0.01,与模型组比较;#P<0.05,##P<0.01,与空白组比较。 在心脏中,与空白对照组相比,模型组的GSH活力降低(P<0.05);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)的GSH活力升高(P<0.05);与模型组相比,PTB低、中、高3个剂量组的GSH活力均显著升高(P<0.01),见表3。
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在脑组织中,与空白对照组相比,模型组的SOD活力降低(P<0.05);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)的SOD活力变化没有统计学差异(P>0.05);与模型组相比,PTB低、中、高3个剂量组的SOD活力均显著升高(P<0.01),见表4。
表 4 PTB对常压缺氧小鼠脑组织和心脏SOD活力的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量
(mg/kg)脑SOD
(U/mg•prot)心脏SOD
(U/mg•prot)空白组 − 71.75±19.92 100.7±13.16 模型组 − 58.06±4.552# 85.26±16.80# 诺迪康组 280 56.88±14.44 115.6±15.00** 低剂量组 20 68.98±10.70** 139.7±25.62** 中剂量组 40 80.27±18.47** 124.7±21.92** 高剂量组 80 79.60±21.02** 127.1±12.15** **P<0.01,与模型组比较;#P<0.05,与空白组比较。 在心脏中,与空白对照组相比,模型组的SOD活力降低(P<0.05);与模型组相比,阳性对照组(诺迪康)、PTB低、中、高3个剂量组的SOD活力均显著升高(P<0.01),见表4。
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如图1所示,与空白对照组相比,模型组小鼠神经细胞排列明显紊乱,细胞之间存在大量空泡(箭头所示);与模型组相比,阳性对照组及PTB中、高剂量组的小鼠脑组织排列较整齐,细胞间空泡较少,神经纤维束的走行较为整齐统一。
尼氏染色下,与空白对照组相比,模型组海马区尼氏小体(箭头所示)明显减少,海马区细胞排列紊乱;与模型组相比,阳性对照组及PTB各剂量组的尼氏小体明显增加,细胞排列规则,见图2。
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如表5所示,空白组细胞存活率为100.00%,模型组细胞存活率下降至(37.26±3.80) %,与空白组相比存在非常显著性差异(P<0.001)。PTB在20、200、2000 ng/ml浓度下的细胞存活率分别为(46.08±4.91) %、(52.90±6.85) %、(61.09±3.53) %,各浓度组相对于OGD组均有显著性差异(P<0.01,P<0.001,P<0.001)。
表 5 PTB对常压缺氧的PC12细胞损伤存活率的影响(
$\bar x $ ±s)组别 样本数(个) 给药剂量(ng/ml) 存活率(%) 空白组 3 − 100.00±3.01 模型组 3 − 37.26±3.80### PTB低剂量组 3 20 46.08±4.91** PTB中剂量组 3 200 52.90±6.85*** PTB高剂量组 3 2000 61.09±3.53***
Protective effects of the total bakkenolides from Petasites tricholobus on hypoxia mice under normobaric pressure
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摘要:
目的 探讨蜂斗菜总内酯(PTB)对提高动物耐缺氧能力的作用。 方法 建立小鼠常压缺氧模型和PC12细胞氧糖剥夺模型(OGD),观察PTB对小鼠常压密闭空间下存活时间、血清乳酸脱氢酶(LDH)活性和丙二醛(MDA)含量,对脑组织与心脏超氧化物歧化酶(SOD)和还原型谷胱甘肽(GSH)的活性,以及对脑组织病理变化和细胞存活率的影响。 结果 PTB可以显著提高常压缺氧小鼠在密闭空间下的存活时间,提高机体SOD、GSH的活性,减少脂质过氧化物的产生,降低无氧酵解的程度,保护神经细胞的结构和功能,提高OGD处理后的细胞的存活率。 结论 PTB具有明显的提高小鼠耐缺氧能力的作用,其作用机制可能与清除氧自由基、抑制脂质过氧化反应、保护神经细胞结构和功能有关。 Abstract:Objective To investigate the protective effects of the total bakkenolides from P.tricholobus on improving hypoxia tolerance in mice. Methods Mice normobaric pressure hypoxia model and oxygen glucose deprivation model in PC12 cells were established, and the effects of PTB on survival time, serum lactate dehydrogenase (LDH) activity and malondialdehyde (MDA) content, brain and heart superoxide dismutase (SOD) and reduced glutathione (GSH) activities, brain tissue pathological changes and cell survival were observed. Results The total bakkenolides from P.tricholobus had prolonged the survival time of mice in confined spaces, increased the activity of SOD and GSH, reduced the production of lipid peroxidation, decreased the degree of anaerobic glycolysis, protected the structure and function of neural cells, and improved the survival rate of OGD-treated cells. Conclusion The total bakkenolides from P.tricholobus could promote the hypoxia tolerance in mice which might be related to scavenging oxygen free radicals, inhibiting lipid peroxidation reaction and protecting the structures and functions of nerve cells. -
Key words:
- Petasites.tricholobus /
- anti-hypoxia /
- oxygen free radicals /
- pathological dyeing /
- cell experiment
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表 1 PTB对常压缺氧小鼠存活时间的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量(mg/kg) 存活时间(t/s) 模型组 − 859.5±84.56 诺迪康组 280 991.4±140.7* PTB低剂量组 20 1023±142.7** PTB中剂量组 40 980±120.5* PTB高剂量组 80 1055±251.9* *P<0.05,**P<0.01,与模型组比较。 表 2 PTB对常压缺氧小鼠血清LDH活力和MDA含量的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量(mg/kg) LDH(U/L) MDA(nmol/ml) 空白组 − 1052±59.49 67.04±12.63 模型组 − 1280±206.6## 204.3±58.42## 诺迪康组 280 1092±70.16* 132.5±54.02* PTB低剂量组 20 1153±82.80 138.3±32.50* PTB中剂量组 40 1097±100.5* 152.8±48.90* PTB高剂量组 80 1059±187.8* 172.7±60.54 *P<0.05,与模型组比较;##P<0.01,与空白组比较。 表 3 PTB对常压缺氧小鼠脑组织和心脏GSH活力的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量
(mg/kg)脑GSH
(μmol/g•prot)心脏GSH
(μmol/g•prot)空白组 − 44.17±8.672 9.123±2.906 模型组 − 31.99±5.528## 5.772±2.537# 诺迪康组 280 37.47±13.56 8.345±2.336* 低剂量组 20 43.38±10.46** 13.42±3.606** 中剂量组 40 47.57±8.106** 12.07±4.191** 高剂量组 80 50.36±17.18** 12.59±1.820** *P<0.05,**P<0.01,与模型组比较;#P<0.05,##P<0.01,与空白组比较。 表 4 PTB对常压缺氧小鼠脑组织和心脏SOD活力的影响(n=10,
$\bar x $ ±s)组别 给药剂量
(mg/kg)脑SOD
(U/mg•prot)心脏SOD
(U/mg•prot)空白组 − 71.75±19.92 100.7±13.16 模型组 − 58.06±4.552# 85.26±16.80# 诺迪康组 280 56.88±14.44 115.6±15.00** 低剂量组 20 68.98±10.70** 139.7±25.62** 中剂量组 40 80.27±18.47** 124.7±21.92** 高剂量组 80 79.60±21.02** 127.1±12.15** **P<0.01,与模型组比较;#P<0.05,与空白组比较。 表 5 PTB对常压缺氧的PC12细胞损伤存活率的影响(
$\bar x $ ±s)组别 样本数(个) 给药剂量(ng/ml) 存活率(%) 空白组 3 − 100.00±3.01 模型组 3 − 37.26±3.80### PTB低剂量组 3 20 46.08±4.91** PTB中剂量组 3 200 52.90±6.85*** PTB高剂量组 3 2000 61.09±3.53*** -
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