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转录组客户文章丨黄连素通过调节胆固醇代谢和抑制COX2-前列腺素合成改善肝脏中自噬通量的阻断
发布日期:2018-11-30浏览:

本文以“Berberine ameliorates blockade of autophagic flux in the liver by regulating cholesterol metabolism and inhibiting COX2-prostaglandin synthesis”为题,2018年8月发表于杂志《Cell Death & Disease  》。其中,转录组测序部分在晶能生物完成

 

过量胆固醇会导致心血管疾病的发生。黄连素(BBR)被报道可调节胆固醇平衡。本文作者发现BBR可改善胆固醇超载导致的肝脏自噬流阻滞,其潜在机制包括降低肝脏胆固醇水平,通过减少固醇载体蛋白2的表达来调节胆固醇在膜上的分布,抑制环氧酶2介导的前列腺素代谢物的生成。

 

作者研究显示BBR可作为一种药物通过调节自噬流来保护胆固醇超载的肝脏。

 

 

研究背景

 

 胆固醇超载会导致代谢紊乱,比如心血管疾病,已成为世界上发病率和死亡率最高的疾病之一。肝脏中过量胆固醇积累会导致强烈的脂毒性,比如内质网(ER)压力,溶酶体损伤,线粒体功能破坏,进一步加剧代谢紊乱。研究显示自噬参与脂质平衡,损伤自噬流可导致过量脂肪累积,严重的肝脏氧化压力和炎症。

 

 

研究结果

 

1、黄连素可增加胆固醇超载肝脏中的自噬流

 

高脂饮食(AD)和高胆固醇饮食(HCD)会导致老鼠肝脏胆固醇的积累。BBR可降低游离胆固醇(FC)和胆固醇酯的累积( Fig. 1a)。依替米贝(Ezetimibe)治疗与BBR疗效相似(Fig. 1b)。对老鼠肝脏进行HE染色显示由于脂滴的累积导致肝细胞膨胀 (Fig. 1c)。作者检测两个自噬蛋白标志物-p62,LC3的表达,发现p62(自噬流阻滞指示物)在高脂和高胆固醇饮食的小鼠肝脏中累积(Fig. 1d,1f)。BBR处理后明显降低p62蛋白水平,增加LC3B蛋白水平(Fig. 1d)。依替米贝(Ezetimibe)治疗与BBR疗效相似(Fig. 1e)。

 

 

图1 BBR对肝脏胆固醇积聚和自噬通量阻断的影响。

 

 

2、黄连素直接调控肝脏细胞的自噬流

 

电子显微镜下观察发现,胆固醇处理可增加黄点的数量,黄点是自噬体与溶酶体融合受损伤的信号 (Fig. 2a)。使用氯喹(CQ,用于阻滞自噬流的溶酶体抑制剂)处理肝癌细胞系,与上述胆固醇处理结果相同。BBR处理后,黄点数量减少,说明BBR能促进自噬体与溶酶体融合。另外,使用胆固醇或CQ处理后增加P62和LC3B的蛋白水平(Fig. 2b),相反,BBR处理减少二者的水平(Fig. 2c,d, e)。

 

图2 BBR处理对HepG2细胞中胆固醇诱导的自噬通量阻断的影响。

 

 

3、黄连素调节参与胆固醇代谢的关键蛋白

 

胆固醇主要分布在细胞膜和细胞器上,比如内质网。菲律宾菌素可选择性结合游离胆固醇,用于检测肝细胞中胆固醇的分布。作者在电子显微镜下观察到菲律宾菌素信号在细胞膜上是明显的,但在细胞内是微弱和弥散的。BBR处理后会明显减弱膜上的菲律宾菌素信号,增加在细胞器上的信号。以上数据显示BBR会导致细胞内游离胆固醇的再分布(Fig. 3a)。

 

参与细胞内胆固醇运输的蛋白- SCP2,STARD4在BBR处理肝癌细胞系后表达下调(Fig. 3b,c), 在老鼠高脂饮食中加入BBR后同样导致SCP2和STARD4的下调(Fig. 3d)。胆固醇变成胆汁酸是去除过量胆固醇的关键途径,而CYP7A1是该过程的速率限制酶,而作者发现BBR处理后可以提高CYP7A1的表达(Fig. 3b, c, d)。

 

图3 BBR处理肝细胞中的胆固醇分布和转运蛋白表达。

 

 

4、黄连素通过抑制AKT/mTOR的磷酸化激活自噬

 

 AKT/mTOR是调控自噬的重要通路,胆固醇超载会导致AKT/mTOR磷酸化的激活 (Fig. 4a, d)。BBR处理可抑制AKT/mTOR磷酸化(Fig. 4b),并能逆转胆固醇导致的AKT/mTOR磷酸化激活(Fig. 4a, c),而ERK或AMPK磷酸化没有改变。

 

 

图4 BBR对AKT和mTOR磷酸化的影响。

 

 

5、黄连素通过抑制PGE2的合成调节自噬流

 

 RNA测序显示,BBR处理后,花生四烯酸代谢通路被显著富集(Fig. 5a)。在AD累积组参与花生四烯酸代谢的关键基因表达水平显著增加,BBR处理后下降(Fig. 5b)。COX2的mRNA和蛋白水平在AD处理组表达增加,在BBR处理组表达下降 (Fig. 5b, c,d, e)。

 

图5 BBR对肝COX2 /前列腺素代谢的调节。

 

在胆固醇超载的细胞中,自噬流阻滞伴随着COX2表达的增加。COX2抑制剂处理后,可降低COX2的表达,改善胆固醇诱导的自噬流阻滞(Fig. 6a,b,c)。COX2过表达可明显增加AKT和mTOR的磷酸化水平,导致自噬流阻滞。BBR通过抑制COX2蛋白表达和AKT/mTOR磷酸化可部分改善自噬流阻滞(Fig. 6d)。

 

   PGE2是前列腺素新陈代谢通路中的代谢物,对胆固醇累积诱导的肝炎起作用。自噬流可被PGE2阻滞,而BBR可恢复被PGE2阻滞的自噬流。作者还发现PGE2可激活AKT磷酸化,BBR抑制该过程(Fig. 6e)。

 

图6在BBR处理的HepG2细胞中COX2表达和自噬通量。

 

图7 BBR的机制示意图改善胆固醇超负荷引起的自噬通量的阻断。

 

 

参考文献

 

Sun H, Liu Q, Hu H, et al. Berberine ameliorates blockade of autophagic flux in the liver by regulating cholesterol metabolism and inhibiting COX2-prostaglandin synthesis[J]. Cell death & disease, 2018, 9(8): 824.

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