Ginsenoside Rb1 prevents age-related endothelial senescence by modulating SIRT1/caveolin-1/enos signaling pathway

Keywords: Ginsenoside Rb1, Senescence, Caveolin-1, Deacetylation, Human umbilical vein endothelial cells

隨著老齡化問題的加劇，動脈粥樣硬化發(fā)病率逐年上升，而個體衰老伴隨的細胞衰老尤其是血管內(nèi)皮細胞衰老，已被證實是動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素，且減輕內(nèi)皮細胞衰老可顯著改善病情。因此，深入探究內(nèi)皮細胞衰老機制并尋找抗衰老藥物，對開發(fā)心血管疾病新療法、降低疾病負擔具有重要意義。內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）作為合成一氧化氮（NO）的限速酶，其激活后產(chǎn)生的 NO 可延緩內(nèi)皮細胞衰老并預防動脈粥樣硬化，但小窩蛋白- 1（caveolin-1）與 eNOS 結(jié)合抑制其活性的具體機制尚未完全闡明，這仍是該領(lǐng)域的研究重點之一。

Caveolin-1 作為細胞膜小窩的主要成分，可與細胞骨架蛋白間接相連維持小窩內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，并通過結(jié)合內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）抑制其活性，在衰老的內(nèi)皮細胞中，Caveolin-1 表達增加而 eNOS 活性降低，其轉(zhuǎn)運及結(jié)合能力影響 eNOS 介導的 NO 生成。Caveolin-1 的表達及 eNOS 的去乙�；�水平受去乙�；�酶 SIRT1 調(diào)控，SIRT1 與延緩衰老密切相關(guān)，但其是否通過影響 Caveolin-1 調(diào)節(jié) eNOS 功能尚不明確。人參作為傳統(tǒng)抗衰老中藥，其主要成分人參皂苷 Rb1（G-Rb1）對血管內(nèi)皮細胞有保護作用，可增強 eNOS 活性、延緩內(nèi)皮細胞衰老，或與 SIRT1 有關(guān)。

基于此，廣州中山大學附屬第三醫(yī)院的研究團隊通過建立人臍靜脈內(nèi)皮細胞復制性衰老模型，探究 G-Rb1 是否通過 SIRT1 影響 Caveolin-1/eNOS 軸，最終明確了 SIRT1 對 Caveolin/eNOS 軸的調(diào)控作用，首次揭示 Caveolin 乙�；�水平對 eNOS 活性的影響，為抗動脈粥樣硬化的抗衰老治療提供新靶點和理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果發(fā)表在Heliyon 期刊題為“Ginsenoside Rb1 prevents age-related endothelial senescence by modulating SIRT1/caveolin-1/enos signaling pathway”。

首先，研究人員通過提取并傳代原代人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs），成功建立了復制性衰老模型。提取后的原代 HUVECs 經(jīng)形態(tài)學（鋪路石樣外觀）和 CD31 高表達驗證后確認細胞類型（圖 1A 和 B）。隨著傳代進行，第 16 代細胞出現(xiàn)增殖速度明顯減緩、形態(tài)變得不規(guī)則的現(xiàn)象（圖 1C），β- 半乳糖苷酶染色陽性細胞比例顯著上升（圖 1D）。同時內(nèi)皮細胞衰老標志物 PAI-1 的表達水平也從第 16 代開始顯著升高（圖 1E）。這些結(jié)果表明第 16 代細胞穩(wěn)定呈現(xiàn)衰老特征，因此后續(xù)實驗將第 16 代細胞認定為衰老細胞，第 2 代細胞作為年輕細胞對照。

圖1 衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細胞的鑒定。

接下來，為了探究 G-Rb1 對內(nèi)皮細胞衰老的影響，基于前期研究，設(shè)置了 0 μmol/L 至 120 μmol/L 共 6 個濃度梯度的 G-Rb1 處理衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細胞。實驗發(fā)現(xiàn)，120 μmol/L 的 G-Rb1 可能對細胞有害（圖 2A）。而通過檢測 PAI-1 表達水平和 β- 半乳糖苷酶陽性細胞比例，證實 80 μmol/L 的 G-Rb1 能夠顯著減輕細胞的復制性衰老（圖 2B 和 C）。由此確定，后續(xù)實驗將采用 80 μmol/L 作為 G-Rb1 的實驗濃度。

圖 2 人參皂苷 Rb1 在血管內(nèi)皮細胞抗衰老中的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，衰老細胞中 SIRT1 和 eNOS 的 mRNA 及蛋白水平低于年輕細胞，而Caveolin-1 的表達情況則相反，G-Rb1 能夠改善這一現(xiàn)象（圖 3A 和 B）。同時，G-Rb1 還能減少衰老細胞中 NO 水平的降低（圖 3C）。此外，通過 siRNA 調(diào)節(jié) SIRT1 和Caveolin-1 的表達實驗表明，SIRT1 表達下降、Caveolin-1 表達上升會加劇細胞衰老（圖 3D 和 E），證實了 SIRT1 和Caveolin-1 在細胞衰老進程中具有關(guān)鍵作用。

圖3 人參皂苷 Rb1 在血管內(nèi)皮細胞抗衰老中的作用。

最后，為進一步確認 SIRT1/caveolin-1/eNOS 在 G-Rb1 抗衰老特性中的作用并探究其潛在機制，研究人員通過 siRNA 干擾抑制 HUVECs 中 SIRT1 和 caveolin-1 表達，再用 G-Rb1 處理細胞，檢測相關(guān)蛋白和 mRNA 表達。結(jié)果顯示，抑制 SIRT1 可完全抵消 G-Rb1 對 eNOS 的上調(diào)作用，但僅部分削弱 G-Rb1 的抗衰老效果（圖 4A 和 B）；抑制 caveolin-1 不影響 G-Rb1 對 eNOS 的上調(diào)，卻能增強G-Rb1 的 抗衰老作用（圖 4A 和 B），證實 SIRT1/caveolin-1/eNOS 通路調(diào)節(jié)對 G-Rb1 抗細胞衰老十分關(guān)鍵。此外，抑制 SIRT1 不能完全消除 G-Rb1 對 NO 表達的影響，抑制 caveolin-1 還能進一步提升 NO 表達，表明 G-Rb1 或通過其他機制影響 eNOS 活性（圖 4C）。

圖4 人參皂苷 Rb1 通過 SIRT1/caveolin-1 調(diào)控 eNOS 的活性。

研究發(fā)現(xiàn)，G-Rb1 能夠顯著降低 caveolin-1 和 eNOS 的乙酰化程度，然而當 SIRT1 基因被沉默后，G-Rb1 的這種降低乙酰化作用被逆轉(zhuǎn)（圖 4D）。在 caveolin-1 基因沉默的情況下，乙�；�的 caveolin-1 和 eNOS 水平本身已下降，而 G-Rb1 進一步增強了這一效應（圖 4D 和 E）。這些結(jié)果表明，G-Rb1 是通過調(diào)控 SIRT1/caveolin-1/eNOS 信號通路的表達水平與乙酰化水平，實現(xiàn)其抗衰老的功效。

圖5 人參皂苷 Rb1 對 SIRT1/caveolin-1/eNOS 軸的調(diào)控作用。

總之，本研究證實了G-Rb1 在延緩人臍靜脈內(nèi)皮細胞衰老方面具有顯著效果。通過以 SA-β-GAL、PAI-1 和 NO 作為細胞衰老標志物開展體外實驗，發(fā)現(xiàn) G-Rb1 能夠有效改善衰老細胞功能。研究進一步揭示，G-Rb1 發(fā)揮作用的靶點與 SIRT1/caveolin-1/eNOS 軸密切相關(guān)。具體而言，一方面 SIRT1 可通過調(diào)控 caveolin-1 和 eNOS 的表達及乙�；�水平，延緩血管內(nèi)皮細胞的復制性衰老；另一方面，G-Rb1 正是通過作用于 SIRT1/caveolin-1/eNOS 軸，實現(xiàn)對血管內(nèi)皮細胞復制性衰老的緩解（圖 5）。

參考文獻：Zhou B, Sh G, Xie D, Zhao X, Hao B, Liu D, Wang M, Wu L, Lin L, Qian X. Ginsenoside Rb1 prevents age-related endothelial senescence by modulating SIRT1/caveolin-1/enos signaling pathway. Heliyon. 2024 Jan 17;10(3):e24586. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e24586. PMID: 38322899; PMCID: PMC10844051.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38322899/

Impact Factor: 3.6

ISSN: 2405-8440

圖片來源： 所有圖片均來源于參考文獻

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