食品界

FSHW | 浆果活性成分紫檀芪：高同型半胱氨酸血症损伤下的血管保护剂

Introduction

同型半胱氨酸（Hcy）是人体内蛋氨酸代谢产生的一种含硫的、非必需氨基酸。正常生理条件下，人体血浆中Hcy的浓度为5～16 μmol/L，超过16 μmol/L称为高同型半胱氨酸血症（HHcy）。HHcy是多种心血管疾病的独立危险因素，可以通过促进多种凋亡因子的释放诱导细胞程序性死亡，从而导致长时间的血管损伤，最终引起动脉粥样硬化、卒中等心血管疾病。目前治疗HHcy的主要方法是补充叶酸和B族维生素，然而这些疗法存在地区依赖性等缺陷。近年来，研究人员将注意力集中在来源于果蔬中的天然多酚，如表没食子儿茶素没食子酸酯、白藜芦醇、槲皮素等天然活性成分。它们可通过降低血清Hcy水平、降低p53 mRNA表达、抑制血管平滑肌细胞迁移、抑制caspase-3/9活化等减轻HHcy诱导的血管损伤。

紫檀芪（trans-3,5-dimethoxy-4-hydroxystilbene，Pte）是白藜芦醇（trans-3,4,5-trihydroxystilbene，Res）的二甲基化类似物，天然存在于蓝莓和几种类型的葡萄中。与Res相比，Pte具有更好的药代动力学特性，即更亲油、更高的口服吸收度和更大的细胞吸收潜力。且在预防和治疗癌症、改善胰岛素抵抗、控制血糖和血脂水平、抑制心血管疾病以及炎症和衰老等方面具有优势。先前的研究表明，Pte可通过调节Nrf2介导的AMPK/STAT3通路，或激活PI3K/Akt信号通路介导内皮型一氧化氮合酶（eNOS）磷酸化等来保护血管内皮细胞免受动脉粥样硬化诱导的损伤。

HHcy对血管内皮的损伤是后续一系列血管疾病的起始点，且Pte在保护内皮细胞方面的潜力令人欣喜。因此，探究Pte在HHcy模型下对内皮细胞的保护效果并揭示其潜在机制是有意义的。

沈阳农业大学食品学院健康食品营养与创制团队姜桥博士、檀德宏博士、沈阳农业大学食品学院院长李斌教授等在本文中以Pte为研究对象，测定其在高浓度Hcy诱导的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）损伤模型中的抗氧化、抗凋亡以及抗脂质沉积效果。并通过测定细胞凋亡相关蛋白的表达，揭示Pte对HUVECs保护的潜在机制。

图1 文章研究思路

Results and Discussion

Pte抑制Hcy诱导的HUVECs凋亡和氧化应激

2 mmol/L的Hcy处理会导致HUVECs细胞收缩、细胞骨架解体并显著增加凋亡细胞的数量。Pte或Res预孵育则可改善HUVECs的形态学变化和凋亡，但Pte的保护效果显著强于Res。此外，Hcy会诱导细胞内发生氧化应激。如图2所示，Hcy处理HUVECs 24 h显著增加了细胞内ROS的水平，Pte处理48 h则显著减少ROS的产生，并呈剂量依赖性。Res仅在20 μmol/L的浓度下与2 mmol/L Hcy处理组有显著差异。此外，还测定了HUVECs中氧化应激相关指标MDA、SOD以及CAT等的含量与活力。如图3所示，Hcy诱导HUVECs中氧化还原失衡，MDA累积，SOD和CAT等抗氧化酶活力下降，而Pte和Res预孵育可以一定程度上逆转这一趋势，并且Pte的效果显著优于Res。

图2 Pte/Res对Hcy诱导的HUVECs中ROS积累的影响

图3 Pte/Res对Hcy诱导的HUVECs中MDA、SOD以及CAT表达的影响

Pte对Hcy诱导的HUVECs脂质积累及TC和TG含量的影响

动脉粥样硬化是指动脉壁上沉积了一层小米状脂质，从而降低动脉弹性并使管腔变窄。本文采用油红O染色法测定Pte/Res对Hcy诱导的HUVECs脂质沉积的影响。如图4A和B所示，Hcy加剧了细胞内脂质的积累，细胞内红色脂滴的面积增加。Pte和Res均降低了细胞中的脂质含量，但与Res相比，Pte对脂质去除的作用显著更强（图5C和D）。此外，还测定了细胞中TC和TG的含量。Pte和Res均以剂量依赖性方式降低细胞中TC和TG的含量，但在等摩尔浓度下，Pte的效果明显优于Res（图5）。

图4 在高浓度游离脂肪酸（FFA）条件下，具有和不具有Pte/Res处理的HUVECs油红O染色代表性显微照片和Hcy损伤的量化

图5 Pte/Res对Hcy和FFA共损伤HUVECs细胞TC和TG的影响

Pte可通过PI3K/Akt/p53信号通路抑制Hcy诱导的HUVECs凋亡

PI3K/Akt是细胞内一条重要的信号通路。Akt可以激活几个下游靶点的磷酸化，如p53、Bcl-XL、Bcl-2、CytC、caspase-9和caspase-3。这些靶点在抑制细胞凋亡和促进细胞增殖中起着至关重要的作用。为了研究PI3K/Akt/p53通路是否参与Pte的保护过程，我们在Pte预处理前用LY294002处理细胞1 h以阻断PI3K/Akt。如图6所示，Western blotting用于检测与细胞凋亡相关的关键信号因子Akt（Ser-473）、p-Akt、Bcl-2、Bax、cleaved caspase-9 和cleaved caspase-3的表达。结果显示，Hcy处理HUVECs可抑制细胞中Akt的磷酸化，促进p53蛋白的表达，下调Bcl-2与Bax的比率并能够激活caspase-9/-3的裂解。不同浓度的Pte预孵育增加了Akt（Ser-473）的磷酸化，促进了p53蛋白的表达，上调Bcl-2与Bax的比率以及显著抑制caspase-9/-3活化，并呈剂量依赖性。这些结果表明，Pte可通过PI3K/Akt/p53信号通路来抑制Hcy诱导的细胞凋亡。

图6 Pte对Hcy诱导的HUVECs中Akt、p53、Bax和Bcl-2的表达以及caspase活化的影响

Conclusion

Pte可在Hcy损伤的HUVECs中发挥显著的抗脂质沉积、抗氧化应激和抗凋亡活性，且PI3K/Akt/p53 信号通路参与了这一过程。这些结果表明，Pte在治疗HHcy诱导的血管内皮损伤，预防后续动脉粥样硬化等血管疾病方面具有相当大的潜力。

第一作者

姜桥，女，现为沈阳农业大学食品学院在读博士，主要研究方向为健康食品营养与创制。
通信作者

李斌，男，汉族，中共党员，沈阳农业大学食品学院教授，博士生导师，美国康奈尔大学博士后。现任沈阳农业大学食品学院院长，食品科学学科带头人，农业农村部神农中华农业优秀创新团队带头人，国家林业和草原局小浆果工程技术中心主任，农业农村部国家浆果加工技术研发专业中心副主任，国家葡萄产业体系蓝莓沈阳试验站站长，辽宁省健康食品营养与创制重点实验室主任。兼任沈阳市侨联常委、侨青会会长、校侨联主席、留学人员联谊会理事。学术兼职中国食品科学技术学会青年工作委员会委员，中国食品科学技术学会果蔬加工分会常务理事，中国园艺学会小浆果分会副秘书长。
入选国家高层次人才特殊支持计划、百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、辽宁省学术头雁、“兴辽英才计划”青年拔尖人才、省百千万人才工程百人层次，荣获辽宁省五一劳动奖章、辽宁省优秀科技工作者、沈阳市十大科技英才、沈阳市杰出人才、沈阳市优秀研究生导师、校天柱山学者、教学名师等。
主要从事浆果（花色苷）加工技术与营养功能领域研究，已在Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety、Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Carbohydrate Polymers、《食品科学》、《中国食品学报》等业内优秀期刊发表论文140多篇，其中SCI收录80多篇，ESI高被引论文6篇，申请和授权发明专利70余件，专利科技成果转让12件，主持地方标准6部，应邀在Springer出版集团和科学出版社合著学术专著2 部，参编中文著作4 部。担任Journal of Future Foods、《食品科学》、《食品工业科技》等期刊编委。主持国家自然科学基金区域联合基金重点项目1项、面上及青年项目3项，国家科技部重点研发计划、农业部公益性行业(农业)科技等省部级项目10余项。成果先后获国家科技进步二等奖、辽宁省科技进步一等奖、神农中华农业科技奖一等奖、中国食品科学技术学会科技创新奖一等奖、辽宁青年科技奖等。

Pterostilbene antagonizes homocysteine-induced oxidative stress, apoptosis and lipid deposition in vascular endothelial cells

Qiao Jiang^a, Li Wang^b, Xu Si^a, Yuanyuan Bian^a, Weijia Zhang^a, Huijun Cui^a, Hailong Gui^a, Ye Zhang^a, Bin Li^a,*, Dehong Tan^a,*
^a College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China
^b State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
*Corresponding author.
Abstract
Hyperhomocysteinemia (HHcy) causes oxidative stress, induces apoptosis, and leads to damage to the vascular endothelium is the starting point of atherosclerosis. Pterostilbene (Pte) has been reported to have antioxidant and anti-apoptotic effects under various pathological conditions. The purpose of this study was to explore whether Pte can inhibit the oxidative stress and apoptosis of vascular endothelium induced by homocysteine (Hcy) and to explain the possible mechanism by which it occurs. The results showed that 20 μmol/L Pte significantly reduced the accumulation of reactive oxygen species, malondialdehyde, and lipids in cells induced by Hcy and promoted the activities of superoxide dismutase and catalase. The Hoechst 33342/PI staining assay showed that Pte antagonized Hcy-induced apoptosis. Pte inhibited Hcy-induced Akt dephosphorylation, increased p53, and decreased the Bcl-2/Bax ratio and caspase-9/caspase-3 activation in a dose-dependent manner. LY294002 pretreatment partially reversed the protective effect of Pte by blocking the PI3K/Akt pathway. Moreover, Pte reduced lipid deposition in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). This study proposes that Pte can inhibit Hcy-induced oxidative stress and apoptosis of HUVECs, and the PI3K/Akt/p53 signaling pathway of apoptosis was revealed. These results suggest that Pte exhibits significant potential for dealing with HHcy-induced vascular endothelial injury, such as atherosclerosis.

Reference:
JIANG Q, WANG L, SI X, et al. Pterostilbene antagonizes homocysteine-induced oxidative stress, apoptosis and lipid deposition in vascular endothelial cells[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(5): 1683-1692. DOI:10.1016/j.fshw.2023.02.029.