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人参皂苷Rb1相关研究发现,美国人参皂苷代加工源头工厂为你带来!
添加时间:2021/8/6 10:05:00
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2021年1月1日,中国药科大学齐炼文教授在Theranostics发表研究论文“Proteomic analysis reveals ginsenoside Rb1 attenuates myocardial ischemia/ reperfusion injury through inhibiting ROS production from mitochondrial complex I”,研究揭示了人参皂苷Rb1保护心脏免受I/R损伤的作用机制。缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, IR)损伤,也被称为再灌注损伤或复氧损伤,指因疾病或外在损伤造成局部组织缺血/缺氧,当血液返回缺血或缺氧组织时,对组织造成的损伤。 缺血后疏通血管或再造血管使组织得到血液的再灌注,本来是医师们的目的所在,但在一定条件下(取决于缺血时间)再灌注反而引起更加严重的后果。这不仅见于临床,而且也在不同种属(兔、大鼠、豚鼠、狗、猪等)的大量动物实验上被证明。研究逐渐发现,对组织造成损伤的主要因素,不是缺血本身,而是恢复血液供应后,过量的活性氧(Reactive oxygen species ,ROS)自由基攻击这部分重新获得血液供应的组织内的细胞造成的。 据报道,人参皂苷(ginsenoside)Rb1有保护心脏免受I/R损伤的作用,作者推测人参皂苷Rb1调控线粒体功能可能是其保护心脏免受缺血损伤的一种途径。因此作者通过蛋白质组学分析、siRNA敲低和酵母NADH脱氢酶的挽救分析等一系列实验对人参皂苷Rb1保护心脏免受I/R损伤的作用机制进行了研究。 ? 人参皂苷Rb1减少再灌注时琥珀酸驱动的ROS的产生;? 人参皂苷Rb1对活性氧的抑制可保护心肌细胞免受急性I/R损伤;? 再灌注前给予人参皂苷Rb1有助于恢复过程中心脏功能的改善;? 蛋白质组学揭示人参皂苷Rb1调控线粒体复合物I;? 人参皂苷Rb1选择性地抑制线粒体复合物I的活性,但不抑制复合物II和IV的活性;? 人参皂苷Rb1可逆地抑制线粒体复合物I的NADH脱氢酶;? 人参皂苷Rb1控制线粒体复合物I的活性/失活性转变,以调节NADH脱氢酶活性。 /解读/  ● 人参皂苷Rb1减少再灌注时琥珀酸驱动的ROS的产生 原代成年小鼠心肌细胞中,缺氧-复氧(hypoxia-reoxygenation, H/R)损伤后线粒体ROS迅速增加,但经人参皂苷Rb1处理后ROS水平明显较低(图1A)。累积的琥珀酸(succinate)是再灌注时线粒体ROS产生的动力,实验发现琥珀酸可以促进大量ROS的产生,但人参皂苷Rb1预处理组降低了这一水平(图1B)。同时,人参皂苷Rb1可有效阻断再灌注早期线粒体ROS的产生(图1C),进而减轻氧化DNA损伤(图1D),甚至在14天和28天时仍保持这种效果(图1f)。

图1 人参皂苷Rb1减少再灌注时琥珀酸驱动的ROS的产生 ● 人参皂苷Rb1对活性氧的抑制可保护心肌细胞免受急性I/R损伤 H/R损伤导致线粒体功能受损,表明MPTP的开放和原发性心肌细胞Δψm的崩溃(图2A-B)。人参皂苷Rb1可以减少细胞死亡(图2C),在I/R损伤前给药人参皂苷Rb1可以有效地减少心肌细胞凋亡(图2D),在缺血前和再灌注开始时给予人参皂苷Rb1均可显著减少梗死面积(图2E),然而,当再灌注15分钟后给药时,未观察到这种保护作用(图2E),表明及时干预对心脏保护至关重要。 
图2 人参皂苷Rb1对活性氧的抑制可保护心肌细胞免受急性I/R损伤 ● 再灌注前给予人参皂苷Rb1有助于恢复过程中心脏功能的改善 再灌注过程中ROS的产生是导致心脏功能受损和预后不良的原因。缺血前给药人参皂苷Rb1可以保护小鼠的心脏功能,并防止I/R损伤2周后的线粒体肿胀(图3A-B)。再灌注前给药人参皂苷Rb1可逆转心肌纤维化相关信号的上调(图3C),减轻I/R损伤28天后的心肌纤维化(图3D)。上述结果表明,再灌注前给予人参皂苷Rb1不仅可以减少急性心肌细胞损伤,而且还可以促进恢复过程中心脏功能的改善。 
图3 再灌注前给予人参皂苷Rb1有助于恢复过程中心功能的改善 ● 蛋白质组学揭示人参皂苷Rb1调控线粒体复合物I 由于线粒体ROS导致了再灌注损伤,从I/R损伤小鼠心脏中纯化线粒体,用于蛋白质组学分析。线粒体蛋白质级分中禁止素(prohibitin)的相对强度显著增加(图4A),线粒体蛋白在级分中具有很高的富集度和优势(图4B)。在591个显著改变的蛋白中,与假手术组(sham group)相比,I/R组有186例升高,405例下降(图4B)。PCA分析显示,I/R组与假手术组明显分离,人参皂苷Rb1处理部分逆转了蛋白模式(图4C)。 根据它们的变化趋势将这些差异蛋白分为4个簇(图4D)。人参皂苷Rb1处理组可以显著降低簇1蛋白含量,显著提高簇2蛋白含量。而对簇3和簇4蛋白则无显著影响。说明定位在1和2簇的蛋白被识别为人参皂苷Rb1的拯救蛋白或调控蛋白。这些蛋白的分子功能与氧化还原酶和NADH脱氢酶活性密切相关(图4E)。这些蛋白相互作用,并与氧化磷酸化和核糖体功能相关(图4F)。线粒体复合体I蛋白在心肌损伤时上调,但人参皂苷Rb1将其恢复到正常水平(图4F)。人参皂苷Rb1处理可显著拯救位于NADH脱氢酶(N模块)亚单位中的蛋白质(图4G)。综上所述,这些结果表明人参皂苷Rb1可能通过调节线粒体复合物I中的蛋白质来保护心脏免受I/R损伤。
图4 蛋白质组学揭示人参皂苷Rb1调控线粒体复合物I的机制 ● 人参皂苷Rb1选择性地抑制线粒体复合物I的活性,但不抑制复合物II和IV的活性 人参皂苷Rb1尽管对基础OCR没有显著影响,但在不影响对抗霉素A不敏感的非线粒体O2消耗量的情况下,人参皂苷Rb1仍可显著抑制最大呼吸(图5A)。当丙酮酸和苹果酸作为底物时,人参皂苷Rb1处理抑制了心肌细胞中复合物Ⅰ依赖的O2消耗(图5B)。人参皂苷Rb1抑制了分离线粒体中线粒体复合物I的活性(图5C)。与鱼藤酮不可逆地抑制线粒体复合物I相反,从人参皂苷Rb1中洗涤出来可以恢复复合物I的活性(图5D),说明人参皂苷Rb1的抑制作用是可逆的。人参皂苷Rb1对线粒体复合物II、IV活性无影响(图5E-F)。综上所述,这些结果表明人参皂苷Rb1以可逆的方式特异性抑制线粒体复合物I的活性,但不抑制复合物II和IV的活性。 
图5 人参皂苷Rb1选择性地抑制线粒体复合物I的活性,但不抑制复合物II和IV的活性 ● 人参皂苷Rb1可逆地抑制线粒体复合物I的NADH脱氢酶 复合物I的NADH脱氢酶是ROS产生的候选位点。蛋白质组学结果表明,NADH脱氢酶亚基的不同蛋白水平在I/R损伤后发生改变。人参皂苷Rb1处理可以降低NADH脱氢酶亚基基因的表达(图6A)。在H/R条件下,NADH脱氢酶亚基的基因敲除降低了ROS的产生,保护了细胞活力(图6B-C)。在基础条件和H/R条件下,人参皂苷Rb1降低了心肌细胞线粒体复合物I的NADH脱氢酶活性(图6D-E)。从人参皂苷Rb1中洗涤出来可以恢复NADH脱氢酶活性,表明人参皂苷Rb1对复合物I的抑制是可逆的(图6F)。人参皂苷Rb1不能降低复合体I的替代分子Ndi1表达细胞的OCR(图6G)。同样,表达Ndi1的细胞抵抗了人参皂苷Rb1在H/R刺激下对ROS产生的影响(图6H)。Ndi1的表达加剧了ret介导的ROS的产生,并消除了人参皂苷Rb1的抑制作用(图6I)。这些结果表明人参皂苷Rb1的心脏保护作用可能是由于其对线粒体复合体I中NADH脱氢酶活性的抑制。 
图6 人参皂苷Rb1可逆地抑制线粒体复合物I的NADH脱氢酶 ● 人参皂苷Rb1控制线粒体复合物I的活性/失活性转变,以调节NADH脱氢酶活性 在I/R损伤中,线粒体复合物I的活性/失活性转变与ROS的产生高度相关。通过一种放射性线粒体pH指示剂检测线粒体复合物I的活性,缺血状态下线粒体内pH较低,但再灌注时线粒体内pH升高(图7A)。人参皂苷Rb1处理使再灌注时线粒体内pH保持在较低水平,提示人参皂苷Rb1维持线粒体复合体I处于失活状态(图7A)。缺血或温度处理引起的构象变化导致临界Cys-39暴露于线粒体亚基ND3中,可以用巯基特异性试剂标记,作为线粒体复合物I失活的标记(图7B)。再灌注前给药人参皂苷Rb1保存了小鼠心脏ND3的暴露,进一步证实了人参皂苷Rb1对体内线粒体复合体I状态的影响(图7C)。表面等离子体共振技术确定人参皂苷Rb1对ND3表现出很强的结合亲和力(图7E)。这些结果表明人参皂苷Rb1可能通过与ND3亚基结合在复合物I中的失活构象来捕获酶。通过限制线粒体复合物I处于失活状态,人参皂苷Rb1处理在再灌注或再活化阶段使NADH脱氢酶活性降低(图7F)。 
图7 人参皂苷Rb1控制线粒体复合物I的活性/失活性转变,以调节NADH脱氢酶活性 综上所述,人参皂苷Rb1通过降低NADH脱氢酶活性,将线粒体复合物I锁在失活状态,轻度、可逆地抑制线粒体复合物I,有助于减轻心肌再灌注损伤。这些发现不仅为人参皂苷Rb1保护心脏免受缺血损伤的机制提供了新的见解,而且提示调节复合体I中NADH脱氢酶活性可能是限制再灌注诱导线粒体ROS产生的潜在干预手段。
通达全球荣获FDA,GMP,SGS等国际严苛认证,自有产线10余条,工厂位于美国加州奇诺市占地两万平方米,集团自有工厂已在美国加利福尼亚州落成在国外拥有自己的研发基地,聘请资深科研人员从事产品研发,与美国加州大学组建了“联合实验室”。承接人参皂苷代加工,人参皂苷胶囊贴牌,人参皂苷贴牌一站式服务,认准通达全球集团。 作者简介:
齐炼文

现任中国药科大学中药学院副院长,
“天然药物活性组分与药效国家重点实验室”课题组长。长期从事心血管代谢紊乱与药物干预研究,SCI刊源杂志上发表论文40余篇,同时担任多个国际杂志的编委。研究成果曾获国家科技进步二等奖”、“教育部自然科学一等奖”。
图源:本文所用图像均来源于论文

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