张云, 鲍欣怡, 张彤彤, 金雨昕, 俞雅悦, 蒋青秀
虾青素(astaxanthin,AST)是广泛存在于藻类和水生动物中的一种天然类胡萝卜素,具有强效抗氧化活性。既往研究证实,AST可显著促进成骨细胞增殖与分化,诱导新骨生成。但是,关于AST对镉(cadmium,Cd)诱导的成骨细胞损伤是否具有保护作用,目前尚不明确。细胞衰老是一类重要的细胞命运调控模式,可调节骨代谢平衡,是骨代谢相关疾病治疗的核心靶点。本研究旨在探究AST对Cd所致成骨细胞损伤的保护作用,并阐明其潜在的分子机制。MTT、乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)释放及Hoechst 33342/PI双染结果显示,AST可显著抑制Cd诱导的成骨细胞死亡;碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性检测及茜素红S染色结果表明,AST能明显改善Cd诱导的成骨细胞分化异常;DCFH-DA染色、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性检测结果显示,AST可显著减少Cd诱导的细胞内活性氧(ROS)生成,降低细胞内MDA含量,提升SOD活性,从而减轻Cd诱导的氧化应激反应;细胞周期分布检测结果显示,AST可逆转Cd所致的成骨细胞G0/G1期阻滞,显著降低G0/G1期细胞比例;SA-β-半乳糖苷酶(β-Gal)染色及ELISA检测结果表明,AST可显著减少SA-β-Gal染色阳性细胞数目,同时下调IL-6、IL-18等细胞因子及基质金属蛋白酶(MMP-3)的mRNA转录水平与蛋白质分泌水平;Western印迹分析结果显示,AST可显著逆转Cd诱导的成骨细胞分化特征蛋白Ⅰ型胶原(Col Ⅰ)和Runt相关转录因子2(RUNX2)、增殖相关蛋白细胞核抗原(PCNA)和细胞周期蛋白D1(cyclin D1)表达的下调,同时抑制Cd介导的细胞衰老相关蛋白(p53、p21)及DNA损伤相关蛋白磷酸化γH2A.X(p-γ H2A.X)表达的上调;免疫荧光染色结果显示,AST可明显缓解p21蛋白在成骨细胞中的异常聚集。综上所述,AST可通过减轻氧化应激反应,延缓Cd诱导的成骨细胞衰老,进而对受损成骨细胞发挥保护作用,提示AST有望成为防治Cd暴露所致骨代谢异常疾病的候选药物。