细胞命运抉择的数学模型:活性氧与p53的关系及其意义(英文)

生物体内的细胞生活在复杂的环境中。在生物体内,活性氧是普遍存在的。生物体内的活性氧可以诱导DNA损伤,最终破坏基因组稳定性。其中,对基因组损伤最严重的是DNA双链断裂损伤。肿瘤抑制因子p53是细胞内介导DNA损伤反应的重要因子。p53可以修复损伤DNA,保护轻度受损细胞。而当细胞受到严重损伤时,p53能够诱发细胞凋亡,从而维持机体稳态。p53的动力学对于细胞的反应性具有重要影响,然而对这方面却缺少系统的认识。因此在本文中,我们主要关注运用数学模型方法研究p53脉冲的动力学性质,从而揭示细胞内潜在的生死选择机制。     

UVA对斜纹夜蛾SL细胞损伤研究

目的:研究了不同剂量长波紫外光(UVA)对斜纹夜蛾细胞(Spodoptera litura,SL)活力的影响及其机理。方法:四唑盐比色实验(MTT)法测定UVA对离体培养的SL细胞的细胞毒力;流式细胞术(FCM)检测UVA处理后SL细胞内活性氧水平(ROS)和线粒体膜电位变化;1%琼脂糖凝胶电泳检测UVA处理后SL细胞DNA损伤情况。结果:48 KJ/m2剂量UVA处理细胞后,细胞增殖抑制率明显上升,且增殖抑制率与UVA剂量呈正相关。12 KJ/m2UVA处理后2 h细胞内ROS水平显著升高,且与UVA剂量呈正相关。与2 h相比,相同剂量UVA处理后24 h和48 h的ROS水平有所降低。在144 KJ/m2剂量UVA处理下,细胞线粒体膜电位呈降低-恢复-再降低趋势。DNA琼脂糖凝胶电泳表明,不超过144 KJ/m2剂量UVA对细胞DNA不出现细胞凋亡典型症状的DNA ladder。结论:24 KJ/m2UVA是进行SL细胞光活化研究的最佳实验剂量。     

镉通过引发氧化应激和线粒体损伤诱导PK-15细胞凋亡

镉（cadmium,Cd）是一种生物累积性的有毒重金属元素,能够在肾组织大量蓄积并引起肾发生病变和功能损伤。前期研究证实,Cd处理能够引起猪肾PK-15细胞的活性氧（reactive oxygen species,ROS）水平升高和细胞死亡,但详细机制有待进一步研究。本研究以PK-15细胞为研究对象,通过CCK-8检测、透射电镜观察、DCFH-DA标记、JC-1染色、彗星实验和流式细胞术等研究手段,分别检测Cd处理后的细胞活性、形态变化、ROS生成、线粒体膜电位Δψm、DNA损伤及细胞凋亡情况。CCK-8实验结果显示,CdCl2处理后PK-15细胞活性下降,且呈时间和剂量依赖性;形态学观察发现,CdCl2处理引起PK-15细胞皱缩、变圆,细胞核固缩、染色质凝聚,线粒体肿胀、线粒体嵴减少或消失;荧光染色和流式细胞术检测结果显示,CdCl2处理引起PK-15细胞内ROS水平升高、线粒体膜电位Δψm下降和DNA损伤,最终导致细胞凋亡。Western印迹结果显示,CdCl2处理组中促凋亡蛋白质Bax表达量上调,抑凋亡蛋白质Bcl-2表达量下调,并且CdCl2处理组检测到了活化状态的裂解胱天蛋白酶3(cleaved caspase 3)。此外,ROS清除剂N-乙酰基-L-半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine,NAC）缓解了CdCl2引起的线粒体损伤、DNA损伤和细胞凋亡。综上所述,Cd通过引发氧化应激和线粒体损伤诱导PK-15细胞凋亡。     

重金属镉通过DNA氧化损伤途径诱导细胞中心体扩增

目的:研究氯化镉(CdCl_2)对细胞中心体扩增的影响,及活性氧(ROS)和DNA损伤在CdCl_2诱导细胞中心体扩增中的作用。方法:用不同浓度(0、10、20、40μmol/L)CdCl_2处理HCT116细胞48 h,MTT法检测细胞活性;用低浓度无毒性的CdCl_2处理细胞48 h,免疫荧光实验观察细胞内中心体的扩增;用CdCl_2(20μmol/L)、CdCl_2+N-乙酰半胱氨酸(NAC)处理细胞2 h,活性氧检测试剂盒检测细胞内ROS水平的变化;用CdCl_2(20μmol/L)、CdCl_2+NAC处理细胞6 h,彗星电泳试剂盒检测细胞内DNA损伤水平的变化;用CdCl_2(20μmol/L)、CdCl_2+NAC处理细胞48 h,免疫荧光观察细胞内中心体的扩增。结果:20μmol/L或以下CdCl_2处理细胞48 h不影响细胞活性;CdCl_2 20μmol/L或以下无毒性剂量CdCl_2诱导细胞中心体发生扩增(P0.01),并呈剂量依赖效应;在20μmol/L CdCl_2处理下,细胞内ROS和DNA损伤水平均明显升高(P0.01),当有抗氧化剂NAC存在时,细胞内升高的ROS和DNA损伤水平均被明显抑制(P0.01);抗氧化剂NAC对CdCl_2诱导的中心体扩增也有明显的抑制效果(P0.01)。结论:氯化镉通过DNA氧化损伤途径诱导细胞中心体扩增。     

厨房油烟引起AL细胞遗传损伤和胞内自由基形成

为了解厨房油烟(cooking oil fumes,COF)对细胞的危害及其遗传毒性机制,以A细胞为实验模型,对细胞活力水平、细胞基因突变率、细胞非巯基蛋白化合物水平(NPSH)以及细胞内活性氧(ROS)产生的变化规律进行了研究。实验发现：用厨房油烟(COF)处理后,A细胞的活力下降,细胞CD59基因的突变率随着处理浓度的增加而增加,NPSH水平随着处理浓度的增加而降低,且存在一定的剂量一效应关系。检测胞内产生的ROS,发现400μg／ml COF处理30min后,细胞内ROS含量高于对照3倍多。实验结果表明：COF可引起细胞氧化胁迫,诱导哺乳动物细胞基因突变。     

病毒感染与宿主细胞DNA损伤应答

病毒感染宿主细胞后,利用细胞内的营养物质和原料进行复制和增殖,同时能引起宿主细胞启动抗病毒免疫应答的防御机制。此外,近年来的研究还表明病毒感染能够引起宿主细胞的DNA损伤应答,该反应是细胞另一种防止病毒入侵的自我保护机制。同时发现,病毒在长期进化过程中形成了不同的机制来对抗宿主细胞的DNA损伤应答,从而消除细胞对其复制和繁殖产生的不利影响。因此,研究和阐述病毒感染后引起宿主细胞DNA损伤应答途径的机制,可使我们采取相应对策选择新的抗病毒靶点,从而有利于新型抗病毒药物的开发。     

苦豆碱对缺氧/复氧损伤的人脐静脉内皮细胞保护机制研究

苦豆碱(aloperine,ALO)是一种具有抗炎、抗肿瘤及抗感染功效的生物碱,但其对人脐静脉内皮细胞缺氧/复氧损伤的影响尚不明确。本研究利用人脐静脉内皮细胞建立了体外缺氧/复氧损伤的细胞模型,对细胞进行分组处理:对照组、缺氧/复氧损伤组、苦豆碱(20、50和100μmol/L)预处理组。对细胞活力、细胞内乳酸盐脱氢酶(LDH)、丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,细胞内白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α),以及内质网应激相关蛋白GRP78,XBP-1和凋亡相关蛋白CHOP的表达进行了检测。我们发现与缺氧/复氧损伤组相比,苦豆碱预处理能显著提高细胞活力和SOD活性、降低LDH活性、MDA含量以及IL-1β和TNF-α的水平(P0.05)。另外,苦豆碱预处理还显著下调缺氧/复氧损伤引起的GRP78、XBP-1和CHOP水平的上升(P0.05)。本研究证实苦豆碱能够提高细胞抗脂质过氧化反应的能力、降低炎症因子水平、抑制内质网应激引起的细胞凋亡,改善缺氧/复氧损伤引起的内皮细胞损伤。     

APPswe基因慢病毒表达质粒的构建及对其SH-SY5Y细胞生长和凋亡的影响

为考察APPswe基因的表达对细胞生长和凋亡作用的影响,本研究采用gateway分子重组技术构建表达APPswe基因的慢病毒质粒,并将该质粒转染至SH-SY5Y细胞中.用RT-PCR和Western blot技术分别测定APPswe基因的mRNA转录和蛋白翻译水平.活细胞计数法和细胞外乳酸脱氢酶法分别测定细胞存活力和细胞膜损伤程度.Annexin V-FITC/PI染色流式细胞术测定细胞凋亡水平,Hoescht 33342染色观察细胞核形态变化,DCFH-DA染色法测定胞内活性氧水平.转录和翻译水平的验证表明,APPswe基因能够在SH-SY5Y细胞中相对稳定地表达.表达APPswe基因后,细胞的存活能力降低,损伤程度增加,细胞内活性氧水平上升,细胞核浓缩聚集,细胞发生凋亡反应.试验结果表明,APPswe基因的表达对SH-SY5Y细胞生长产生抑制作用,造成细胞损伤和凋亡,表达APPswe基因的SH-SY5Y细胞系可应用于体外AD病理发生机制和药物作用的研究.     

竹红菌乙素光敏作用对于小鼠肝癌细胞内游离钙浓度的影响

本文用Quin 2/AM荧光探针作为细胞内部钙离子指示剂,研究了竹红菌乙素光敏损伤后引起小鼠腹水肝癌细胞的钙离子浓度变化。实验结果表明,细胞内的钙离子浓度随着乙素光敏作用增强而上升。并且钙离子浓度的升高与细胞的存活率下降呈正比关系;用数种单线态氧淬灭剂(L-His,NaN_3);羟自由基清除剂(PABGA)观察了乙素光敏过程中产生的活性氧与细胞内的钙离子浓度增加相关。用膜去极化方法研究了细胞在光敏损伤过程中钙离子浓度变化与去极化的关系。     

人参皂甙Rd预处理可减轻谷氨酸所致的PC12细胞损伤

目的:研究人参皂甙Rd(Ginsenoside Rd)预处理对谷氨酸所致PC12细胞损伤的影响。方法:将体外培养的PC12细胞分为3组,分别为对照组(Control)、谷氨酸损伤组(Glu)和人参皂甙Rd预处理组(Rd)。Control组细胞正常培养;Glu组细胞暴露于含10mM谷氨酸的DMEM培养基中损伤24 h;Rd组细胞经50μM的人参皂甙Rd预处理30 min后,在谷氨酸浓度为10 mM的DMEM培养基中损伤24 h。采用MTT检测细胞活力和乳酸脱氢酶(LDH)检测试剂盒检测LDH释放量;流式细胞仪检测胞内活性氧(ROS)水平;Western blot检测还原型谷胱甘肽蛋白(GSH)表达;专用试剂盒检测细胞内过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)含量,相差显微镜观测细胞形态。结果:50μM的人参皂甙Rd预处理30 min,可明显提高谷氨酸诱导的PC12细胞的活力,降低其LDH释放量、胞内ROS含量,并提高胞内GSH蛋白表达,增加CAT、SOD含量并改善细胞形态。结论:人参皂甙Rd预处理可减轻谷氨酸引起的PC12细胞损伤。     

巯基物质在氧自由基损伤离体胃粘膜细胞中的作用

本文用离体胃粘膜细胞研究了细胞内流基物质在活性氧诱发细胞损伤中的作用。实验采用pronase-EDTA法分离大鼠胃粘膜细胞并进行短期孵育,以黄嘌呤氧化酶(XO)-黄嘌呤(X)系统产生氧自由基损伤细胞。实验结果表明,用XO-X损伤胃粘膜细胞时,细胞存活率显著降低,乳酸脱氨酶(LDH)漏出量增多,同时细胞内非蛋白质巯基(NPSH)和蛋白质巯基(PSH)含量均不同程度地下降;N-乙基顺丁烯二酰亚胺(NEM)在耗竭细胞内NPSH和PSH的同时,引起细胞死亡和LDH漏出增加,这一作用与NEM的作用时间和浓度是显著依从关系;在细胞孵育液中预先加入含-SH的化合物还原型谷胱甘肽(GSH)或半胱胺,可剂量依赖性地减轻XO-X引起的细胞损伤。上述结果提示,胃粘膜细胞内的巯基物质在自身防御机制中具有重要作用,氧自由基损伤胃粘膜细胞的机制之一可能与破坏细胞内巯基的稳态有夫。     

胞外ATP对壳聚糖诱导的ROS和PAL活性变化的影响

以烟草BY-2悬浮细胞为材料,探讨了胞外ATP对壳聚糖引起的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)活性变化的影响。结果表明,5~20μg·mL^-1壳聚糖处理导致了烟草悬浮细胞细胞内ROS水平逐渐增加;壳聚糖也导致了PAL活性的增加,其活性在15μg·mL^-1壳聚糖处理下达到峰值,此后有所降低。10~40μmol·L^-1外源ATP处理未引起烟草悬浮细胞内ROS水平和PAL活性的显著变化。细胞外ATP水平则随壳聚糖浓度的增加而逐渐下降。本文进一步分析了细胞外ATP对壳聚糖引起的ROS水平和PAL活性变化的影响。结果显示,外源施加20μmol·L^-1ATP可以有效降低壳聚糖诱导的烟草悬浮细胞ROS水平上升,同时外源ATP也明显减缓了壳聚糖所诱导的PAL活性的上升。上述结果表明,细胞外ATP水平能够影响壳聚糖引起的ROS水平和PAL活性的变化。     

活性氧在组蛋白去乙酰化酶抑制剂杀伤肿瘤细胞过程中的作用

组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitor, HDACi)是一类新的化疗药物,在体内外的实验中表现出显著的抗癌活性. HDACi选择性抑制肿瘤细胞内抗氧化蛋白的表达,提高细胞内的活性氧水平,引起线粒体和DNA的氧化损伤,从而活化凋亡信号通路,诱导肿瘤细胞凋亡.     

缺失dbpA导致大肠杆菌DNA复制起始延迟

探讨核糖体成熟因子dbpA对大肠杆菌DNA复制起始的影响。观察ΔdbpA基因缺失突变体的DNA复制式样、细胞倍增时间、细胞体积等表型变化,并使用温度敏感性试验和蛋白定量实验探究dbpA的作用机理。结果发现与野生型BW25113相比,ΔdbpA突变体出现DNA复制的起始延迟,细胞倍增时间延长,细胞体积减小等表型变化,且在LB培养基比在ABTGcasa培养基中的变化更明显。温度敏感性实验显示DbpA与DnaA、DnaB或DnaC蛋白没有相互作用。蛋白定量实验显示ΔdbpA的细胞内总蛋白和DnaA蛋白含量都减少,且在LB培养基比ABTGcasa培养基中的减少程度更大。因此缺失dbpA导致大肠杆菌DNA复制起始延迟,原因可能是dbpA通过影响细菌内核糖体的组装或翻译过程影响蛋白质的合成,使细胞内总蛋白和DnaA蛋白的含量减少。这为明确dbpA的功能提供参考。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂诱导肿瘤细胞凋亡的机制

组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）是一类新的化疗药物,能够有效抑制组蛋白去乙酰化酶的活性,促进组蛋白及非组蛋白的乙酰化修饰,在转录和翻译后修饰水平调控肿瘤靶蛋白及凋亡相关蛋白的表达和降解,活化凋亡信号通路,诱导肿瘤细胞凋亡。HDACi抑制抗氧化蛋白的表达,提高细胞内活性氧的水平,引起细胞的氧化损伤。因此,氧化损伤诱导的细胞凋亡也是HDACi杀伤肿瘤细胞的重要机制。HDACi诱导细胞凋亡机制的发现将进一步促进HDACi在临床治疗中的应用。     

微囊藻毒素与细菌内毒素对草鱼淋巴细胞凋亡的联合毒效应

采用体外暴露方式,以草鱼淋巴细胞为试验对象,研究了水体中微囊藻毒素(MC-LR)与细菌内毒素(LPS)复合作用对鱼免疫系统的影响.结果表明： MC-LR和LPS在单一与复合暴露下都能够诱导草鱼淋巴细胞发生凋亡,呈现细胞凋亡典型的阶梯状DNA电泳特征.但对比复合暴露与单一暴露的凋亡率可以发现,MC-LR与LPS复合暴露会发生协同作用,并呈显著剂量-效应关系,其中复合暴露Ⅳ组凋亡率为单一暴露Ⅰ(MC-LR)和Ⅱ(LPS)组的2-1和3.3倍.MC-LR可协同LPS抑制谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性,引发细胞内活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)水平上升,导致DNA损伤,致使淋巴细胞阻滞于G0期,增殖受到明显抑制,加速鱼淋巴细胞的凋亡,提高细胞凋亡率.表明MC-LR能够协同LPS加剧其对鱼体免疫细胞毒性,对水产养殖业产生严重不利影响.     

哺乳动物卵母细胞的DNA损伤与修复研究进展

DNA损伤是影响配子发生和胚胎发育的关键因素之一。卵母细胞容易被各种内外源因素(如活性氧、辐射、化疗药物等)诱发DNA损伤。目前研究发现,对于各类DNA损伤,各发育阶段的卵母细胞能够做出相应的DNA损伤反应,通过复杂的机制对DNA进行修复或者启动细胞凋亡。相比于进入生长阶段的卵母细胞,原始卵泡卵母细胞更容易被DNA损伤诱导凋亡。DNA损伤不易诱导卵母细胞减数分裂成熟进程停滞,然而携带DNA损伤的卵母细胞的发育能力明显下降。在临床上,衰老、放疗和化疗是导致女性卵母细胞DNA损伤、卵巢储备降低和不孕的常见原因。为此,人们尝试了能够减轻卵母细胞DNA损伤和增强DNA修复能力的多种方法,试图保护卵母细胞。本文对哺乳动物的各发育阶段卵母细胞的DNA损伤与修复的相关研究进行了梳理和总结,并讨论了其潜在的临床价值,以期为生育力保护提供新的策略。     

长裂苦苣菜水提取物对肺癌细胞A549增殖和凋亡的影响

为了探讨长裂苦苣菜水提取物对肺癌细胞A549的影响,本研究用不同浓度的长裂苦苣菜水提取物作用于体外培养的A549细胞,从细胞形态(显微镜观察)、细胞增殖活力(CCK-8法)、细胞凋亡(Annexin V-FITC/PI染色)、线粒体膜电位(JC-1染色)和细胞内活性氧水平(荧光探针DCFH-DA染色)几个方面检测长裂苦苣菜水提取物对体外培养的A549细胞的影响。当处理浓度达到1 mg/mL作用细胞48 h后,细胞出现明显皱缩的凋亡形态学特征,与对照组相比处理组细胞增殖活力明显下降(P0.05)。进一步用流式细胞仪检测发现≥1mg/mL的处理浓度作用细胞48 h后细胞凋亡率显著提高(P0.05),同时检测到处理组细胞的膜电位都明显下降,细胞内活性氧水平明显上升,都呈剂量依赖关系。这些结果表明长裂苦苣菜水提取物可以诱导A549细胞凋亡,并抑制其生长和增殖,是一种潜在的预防和抑制肿瘤生长的药食两用植物。     

敌敌畏对肾细胞系293T增殖的影响

为了研究敌敌畏(dichlorvos,DDVP)对人肾细胞的毒性效应。应用MTT比色法检测敌敌畏对人肾细胞系293T细胞增殖的影响,流式细胞仪检测293T细胞的凋亡情况,荧光二氯荧光素二乙酸(DCF-DA)测定细胞内的活性氧(reactive oxidative species,ROS)水平。结果表明:用浓度为0.5 mmol/L、1 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L和20 mmol/L的敌敌畏分别处理293T细胞1 h后发现敌敌畏对293T的生长抑制具有剂量效应,计算得到1 h的IC_(50)值为10.406 mmol/L;不同浓度敌敌畏(0.5 mmol/L,5 mmol/L,10 mmol/L)处理1 h 293T细胞发现细胞产生明显的凋亡现象,随着处理浓度的增加,细胞的凋亡率升高,检测细胞内活性氧水平发现细胞内活性氧水平也随之升高。结果提示敌敌畏能够通过凋亡途径抑制293T细胞的增殖,其作用机制可能是通过增加293T细胞内活性氧水平,促进细胞凋亡,进而抑制细胞增殖。     

星形胶质细胞通过谷胱甘肽保护MN9D细胞抵抗鱼藤酮所致氧化应激

星形胶质细胞维持神经元微环境,给予营养和代谢支持,并调节其对损伤的反应。鱼藤酮特异阻断线粒体复合物Ⅰ,长期暴露于鱼藤酮可能增加患帕金森病的几率,并引起帕金森综合征。然而,星形胶质细胞在鱼藤酮所致多巴胺能神经元损伤过程中的作用尚无报道。本研究采用多巴胺能神经元细胞系MN9D细胞模型,将经过或未经过星形胶质细胞条件培养基处理的MN9D细胞暴露于不同浓度的鱼藤酮中,用计数法测生长曲线,MTT法测细胞活性,DCFH染色流式细胞仪测氧化应激水平,比色法测还原型谷胱甘肽含量。结果显示,MN9D细胞在条件和普通培养基培养条件下生长曲线无明显差别;鱼藤酮浓度依赖性地降低细胞活性;不同浓度鱼藤酮作用24、48h后,经条件培养基处理的细胞其活性显著高于普通培养基培养的细胞：不同浓度的条件培养基都有保护作用,纯的条件培养基保护作用稍弱：预先24h条件培养基处理或同时给予鱼藤酮和条件培养基处理都有保护作用,鱼藤酮作用12h后再给予条件培养基则无保护作用;经条件培养基处理的细胞氧化应激水平降低：另外,条件培养基提高了细胞内还原型谷胱甘肽含量,缓解了鱼藤酮所致的谷胱甘肽耗竭。结果提示,星形胶质细胞可保护MN9D细胞抵抗鱼藤酮所致的氧化应激,还原型谷胱甘肽可能参与了该保护过程。