氢气通过Nrf-2/HO-1信号通路抑制氧化应激反应促进创面愈合的研究

来源 :中国人民解放军陆军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fishsun26
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研究背景及目的:创面愈合问题一直是医学研究中的热点问题。难愈性创面是人类疾病谱变化与人口老龄化社会下临床医生面临的严峻挑战。另外,如何促进无菌性创面加速愈合,例如植皮手术的供皮区创面,同样是一个值得关注的科学问题。创面愈合是一个动态、复杂而有序的生物学过程,涉及大量生物学事件共同参与,任何一个环节都有可能引起创面延迟愈合。创伤发生初期,创面局部缺血缺氧,造成自由基的过多产生和机体抗氧化能力下降,这些因素导致脂质过氧化、蛋白氧化以及DNA损伤等,进而造成严重的细胞损害。此外,伤口愈合过程中一系列活跃的细胞活动(如细胞迁移、运动和分泌)需要显著提升细胞耗氧量来提供额外的能量,这些活动会增加活性氧(ROS)的累积。促氧化系统与抗氧化系统之间平衡的破坏导致了创面微环境的氧化应激。氧化应激与炎症反应联系紧密,ROS的累积可激活体内巨噬细胞、中性粒细胞释放肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素(IL)等炎症介质。这些炎症介质不但能与炎症细胞相互作用,还可以进一步激活细胞因子级联反应,从而延缓创面愈合的进程。另外,氧化应激还可能通过线粒体、内质网应激、凋亡受体等途径介导细胞凋亡。因此,合理调控创面微环境中的氧化应激反应对促进创面愈合具有积极作用。近期的研究证明核因子E2相关因子-2(Nrf-2)在减轻氧化应激和促进伤口愈合方面发挥重要作用。氢气(H2)被认为是一种具有抗氧化、抗炎、抗凋亡特性的治疗性气体。与传统抗氧化剂相比,H2具有安全性、选择性、高扩散性以及便捷性等显著优势。含有H2的各种介质如富氢生理盐水、富氢培养基也能发挥与H2相同的治疗作用。它可以通过中和羟自由基(·OH)和过氧化亚硝酸离子(ONOO-)保护细胞和组织对抗氧化应激、炎性损伤。大量实验表明,通过吸入H2、饮用富氢水、腹腔注射富氢生理盐水等方式,可以对缺血再灌注损伤、败血症、糖尿病、放射性损伤等疾病产生积极的治疗作用。然而,H2对创面愈合的影响及其可能的分子机制仍未知。基于上述背景,本研究拟通过在体实验与体外实验两个层面来探究H2对创面愈合的影响以及其可能的分子调控机制,为进一步阐释创面愈合机制及促进创面愈合提供新的视角与方法。研究方法与内容:1.研究富氢生理盐水处理对小鼠创面愈合的影响(1)通过分析小鼠全层皮肤缺损模型创面图像研究富氢生理盐水对小鼠创面愈合时间与愈合率的影响。(2)通过苏木素伊红染色(HE)实验,对创面组织进行组织学观察,研究富氢生理盐水对创面组织炎症浸润、组织坏死、再上皮化及皮肤附件生长情况的影响。(3)通过马松(Masson)染色实验,对创面组织进行组织学观察,研究富氢生理盐水对创面胶原纤维生成的影响。(4)通过酶联免疫吸附测定实验(ELISA)检测丙二醛(MDA)、超氧化物歧物酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、还原型谷胱甘肽(GSH),研究富氢生理盐水处理对小鼠创面组织氧化应激的影响。(5)通过实时荧光定量聚合酶链式反应(q PCR)检测含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(Caspase-1)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α,研究富氢生理盐水对小鼠创面组织炎症因子基因表达的影响。(6)通过Tunel染色实验使小鼠创面组织中的凋亡细胞显色,研究富氢生理盐水对小鼠创面组织细胞凋亡的影响。(7)通过免疫组织化学染色实验,研究富氢生理盐水处理对小鼠创面组织中核因子E2相关因子-2(Nrf-2)蛋白表达的影响。2.在H2O2诱导的氧化应激环境中,研究富氢培养基处理对Ha Ca T细胞和人成纤维细胞的影响(1)在H2O2诱导的氧化应激环境中,采用细胞计数试剂-8(CCK-8)实验研究富氢培养基处理对Ha Ca T细胞、人成纤维细胞的细胞活力的影响。(2)在H2O2诱导的氧化应激环境中,采用活细胞ROS染色,研究富氢培养基处理对Ha Ca T细胞、人成纤维细胞的ROS水平的影响。(3)在H2O2诱导的氧化应激环境中,采用免疫荧光实验方法,研究富氢培养基处理对Ha Ca T细胞、人成纤维细胞中Nrf-2、血红素加氧酶-1(HO-1)表达的影响,探究富氢培养基发挥抗氧化作用时的分子机制。结果:1.每日的小鼠全层皮肤创面模型创面面积显示富氢生理盐水处理缩短小鼠创面愈合时间,增加创面愈合率,组间差异在第七天最为明显。2.HE染色结果显示富氢生理盐水处理减少创面组织坏死与炎症浸润,促进创面再上皮化,Masson染色结果显示富氢生理盐水处理促进小鼠创面组织胶原纤维生成。3.ELISA实验结果显示富氢生理盐水处理抑制创面组织中MDA的产生,增强了SOD、CAT的活性,提升了GSH的产生。4.q PCR实验结果显示富氢生理盐水处理抑制小鼠创面组织中IL-1β、IL-6、TNF-α、Caspase-1、ICAM-1的信使核糖核酸(m RNA)表达,促进IL-10的m RNA表达。5.TUNEL染色结果显示富氢生理盐水处理减少小鼠创面组织的细胞凋亡。6.免疫组织化学染色结果显示富氢生理盐水处理促进小鼠创面组织Nrf-2的表达。7.在体实验中,局部使用富氢生理盐水的疗效与腹腔注射富氢生理盐水组相比,差异无统计学意义。8.细胞增殖实验结果显示,在H2O2诱导的氧化应激环境中,富氢培养基处理可以维持Ha Ca T细胞和成纤维细胞的活力。9.活细胞ROS荧光染色结果显示,在H2O2诱导的氧化应激环境中,富氢培养基处理降低Ha Ca T细胞和成纤维细胞的ROS水平。10.免疫荧光实验结果显示,在H2O2诱导的氧化应激环境中,富氢培养基处理促进Ha Ca T细胞和成纤维细胞中Nrf-2及HO-1的表达。结论:1.富氢生理盐水处理可通过调节创面组织氧化应激微环境、减少细胞凋亡和抑制炎症来促进小鼠创面愈合。2.在生理性创面愈合模型中,富氢生理盐水的促愈作用在创面愈合前中期更为明显。3.局部使用富氢生理盐水与腹腔注射富氢生理盐水对创面愈合的促愈效果相仿。4.在H2O2诱导的氧化应激环境中,富氢培养基处理通过降低Ha Ca T细胞、人成纤维细胞ROS水平减轻细胞氧化损伤,维持细胞活力。5.Nrf-2/HO-1信号通路可能是H2发挥抗氧化功能的重要途径。
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