辣椒素抑制成纤维细胞增殖的作用及其分子机制

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0574

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (7): 1018-1022.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0574

• 皮肤粘膜组织构建 skin and mucosal tissue construction • 上一篇下一篇

辣椒素抑制成纤维细胞增殖的作用及其分子机制

周艳星1，彭新生2，侯敢1，李江滨1，张华1，周志昆2，周艳芳3

(广东医科大学，1检验学院，2药学院，3基础医学院，广东省东莞市 523808)

收稿日期:2018-07-29 出版日期:2019-03-08 发布日期:2019-03-08
通讯作者: 周艳芳，博士，副教授，广东医科大学基础医学院，广东省东莞市 523808 并列通讯作者：周志昆，博士，教授，广东医科大学药学院，广东省东莞市 523808
作者简介:周艳星，男，1982年生，广东省东莞市人，汉族，2015年广东医科大学毕业，硕士，主要从事中药促皮肤创伤愈合的机制研究。
基金资助:
广东省科技计划项目(2015A020214020)；广东省医学科学技术研究基金项目(B2018032)

Inhibitory effect of capsaicin on fibroblast proliferation and its molecular mechanism

Zhou Yanxing1, Peng Xinsheng2, Hou Gan1, Li Jiangbin1, Zhang Hua1, Zhou Zhikun2, Zhou Yanfang3

(1School of Laboratory Medicine, 2School of Pharmacy, 3School of Basic Medicine, Guangdong Medical University, Dongguan 523808, Guangdong Province, China)

Received:2018-07-29 Online:2019-03-08 Published:2019-03-08
Contact: Zhou Yanfang, MD, Associate professor, School of Basic Medicine, Guangdong Medical University, Dongguan 523808, Guangdong Province, China Corresponding author: Zhou Zhikun, MD, Profeesor, School of Pharmacy, Guangdong Medical University, Dongguan 523808, Guangdong Province, China
About author:Zhou Yanxing, Master, School of Laboratory Medicine, Guangdong Medical University, Dongguan 523808, Guangdong Province, China
Supported by:
the Science and Technology Program of Guangdong Province, No. 2015A020214020; the Medical Science and Technology Research Foundation of Guangdong Province, No. B2018032

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
辣椒素：是辣椒中的主要生物活性成分，它是一种天然的脂溶性含香草酰胺的植物碱，化学结构为8-甲基- N-香草基-6-壬烯基酰胺(C18H27NO3)，呈单斜长方形片状无色结晶。辣椒素药理作用十分广泛，具有抗氧化、预防心血管疾病、保护胃肠黏膜、抗癌、镇痛、抗炎止痒等功效，尤其在抑制表皮成纤维细胞方面效果尤为显著。
成纤维细胞：是疏松结缔组织的主要细胞成分，由胚胎时期的间充质细胞(mesenchymal cell)分化而来。成纤维细胞较大，轮廓清楚，多为突起的纺锤形或星形的扁平状结构，其细胞核呈规则的卵圆形，核仁大而明显。根据不同功能活动状态，可将细胞划分成成纤维细胞和纤维细胞，成纤维细胞功能活动旺盛，细胞质嗜弱碱性，具明显的蛋白质合成和分泌活动，在一定条件下，它可以实现跟纤维细胞的互相转化。成纤维细胞对不同程度的细胞变性、坏死和组织缺损以及骨创伤的修复有着十分重要的作用。

摘要
背景：研究报道辣椒素具有抑制纤维化作用，可抑制增生性成纤维细胞增殖能力和胶原合成能力，但是辣椒素抑制成纤维细胞增殖的确切机制尚未明确。
目的：探讨辣椒素对抑制表皮成纤维细胞增殖的影响及其相应的分子作用机制。
方法：体外原代培养获得新生SD大鼠表皮成纤维细胞，采用不同质量浓度辣椒素(0.5，1，2，4，8 mg/L)作用24 h后，并以不加辣椒素为阴性对照组。倒置显微镜观察表皮成纤维细胞形态变化和MTT法检测皮肤成纤维细胞的存活率及其IC50值，用Hoechst 33258染色法和AnnexinV-FITC/PI双染法观察和检测其细胞凋亡；采用流式细胞术检测表皮成纤维细胞的细胞周期；Western blot 检测不同质量浓度的辣椒素(0，2，4，8，16 mg/L)诱导大鼠表皮成纤维细胞FoxO1、p-FoxO1、Akt、p-Akt蛋白表达改变。
结果与结论：①随着辣椒素质量浓度的增高，表皮成纤维细胞的细胞存活率逐渐降低，且呈现浓度依赖性，其IC50值为3.55 mg/L；②与对照组相比，辣椒素作用于表皮成纤维细胞24 h后，表皮成纤维细胞阻滞在G1期而且凋亡率增加，同时能降低p-Akt及p-FoxO1的蛋白表达水平；③结果说明，辣椒素能抑制皮肤成纤维细胞的增殖、促进细胞凋亡，且呈现浓度依赖效应，Akt-FoxO1信号通路可能参与了辣椒素的抑制增殖效应。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-7109-2748(周艳星)

关键词: 辣椒素；成纤维细胞；增生性瘢痕；增殖, 信号通路；组织构建辣椒素, 成纤维细胞, 增生性瘢痕, 增殖, 信号通路, 组织构建

Abstract:

Abstract
BACKGROUND: Capsaicin has been reported to inhibit fibrosis and the proliferation and collagen synthesis of hypertrophic fibroblasts. However, the underlying mechanism is unclear.
OBJECTIVE: To investigate the effect of capsaicin on inhibiting the proliferation of fibroblasts and the corresponding molecular mechanism.
METHODS: Neonatal Sprague-Dawley rat epidermal fibroblasts were cultured in vitro, and were treated with capsaicin at different concentrations (0.5, 1, 2, 4, 8 mg/L) for 24 hours. The cells without treatment of capsaicin were included in the negative control group. Morphological changes of the epidermal fibroblasts were observed under phase-contrast microscope. The cell viability and IC50 value were detected by MTT assay. The cell apoptosis was detected by Hoechst 33258 staining and AnnexinV-FITC/PI staining. The cell cycle distribution was determined by flow cytometry. The protein expression levels of FoxO1, p-FoxO1, Akt and p-Akt were detected by western blot assay.
RESULTS AND CONCLUSION: With capsaicin concentration increasing, cell survival rate decreased gradually in a concentration-dependent manner, and IC50 value was 3.55 mg/L. Compared with the negative control group, after 24 hours, capsaicin treated fibroblasts stopped in G1 phase and the apoptosis rate increased. Meanwhile, capsaicin could decrease the expression of P-Akt and P-FoxO1. Therefore, capsaicin can inhibit the proliferation of fibroblasts, promote cell apoptosis, and present a concentration-dependent effect. The Akt-FoxO1 signaling pathway may be involved in the inhibition of capsaicin on fibroblast proliferation.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Fibroblasts, Cicatrix, Signal Transduction, Tissue Engineering

中图分类号:

R446
R318

周艳星，彭新生，侯敢，李江滨，张华，周志昆，周艳芳. 辣椒素抑制成纤维细胞增殖的作用及其分子机制[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(7): 1018-1022.

Zhou Yanxing1, Peng Xinsheng2, Hou Gan1, Li Jiangbin1, Zhang Hua1, Zhou Zhikun2, Zhou Yanfang3 . Inhibitory effect of capsaicin on fibroblast proliferation and its molecular mechanism[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(7): 1018-1022.

图/表（结果） 3

2.1 辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞形态学的影响倒置显微镜观察不同质量浓度辣椒素(0.5，1，2，4，8 mg/L) 对表皮成纤维细胞形态学的影响，正常的大鼠表皮成纤维细胞形态完整，胞膜清晰，成梭形或不规则多边形，见图1A。经辣椒素诱导24 h后，细胞皱缩，细胞碎片增加，说明辣椒素对表皮成纤维细胞的生长具有一定的抑制作用，且随着辣椒素质量浓度的逐渐增高，表皮成纤维细胞的增殖抑制效果越明显，见图1B-F。

2.2 辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞增殖的影响不同质量浓度辣椒素(0.5，1，2，4，8 mg/L)作用于大鼠表皮成纤维细胞中培养24 h后，MTT实验结果，见表1：按照抑制率=(对照组-实验组)/对照组，与对照组比较，0.5-8 mg/L辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞的抑制率分别从(1.58± 7.40)%增至(74.10±11.55)%，同时，辣椒素的质量浓度从 1 mg/L开始具有抑制效应，且具有浓度依赖性(P < 0.01)，而且辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞的IC₅₀为3.55 mg/L。

2.3 辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞凋亡的影响不同质量浓度辣椒素作用于大鼠表皮成纤维细胞中培养24 h后， Hoechst 33258染色活细胞实验结果显示(图2 A-C)，与对照组比较，随着辣椒素质量浓度的增高，辣椒素2 mg/L组和4 mg/L组大鼠表皮成纤维细胞的细胞核可见浓染致密的颗粒状或固缩形荧光，且其细胞凋亡数量明显增加。另外，AnnexinV/PI双染法荧光显微镜实验结果显示(图2D)，与对照组比较，辣椒素实验组(2 mg/L组和4 mg/L组)作用下，随着凋亡细胞增加当辣椒素质量浓度加至4 mg/L时，细胞凋亡率为40.2%，较正常组细胞凋亡率5.2%明显增高，差异有显著性意义。

2.4 辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞的细胞周期的影响不同质量浓度辣椒素作用于大鼠表皮成纤维细胞24 h后，流式细胞检测其对大鼠表皮成纤维细胞的细胞周期的影响。实验结果显示见图3，与对照组比较，实验组2 mg/L辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞的增殖无明显作用，而 4 mg/L辣椒素能将大鼠表皮成纤维细胞的细胞增殖周期阻止在G₁期，差异有显著性意义(P < 0.05)。

2.5 Western blot检测辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞Akt-FoxO1信号通路相关蛋白表达水平的影响不同Akt-FoxO1信号通路相关浓度的辣椒素(0，2，4，8，16 mg/L)处理表皮成纤维细胞24 h后，Western blot检测目的蛋白表达量。实验结果显示见图4，与对照组相比，辣椒素实验组

2 mg/L的表皮成纤维细胞的p-Akt和p-FoxO1的蛋白表达量无差异。但是，从实验组4 mg/L开始，随着辣椒素用药量的逐渐增加，表皮成纤维细胞中p-Akt与p-FoxO1的蛋白表达量逐渐较低，而相对应的Akt和FoxO1的总蛋白表达量也随之相应的降低。

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引言

材料方法

1.1 设计细胞学体外实验。

1.2 时间及地点实验于2013年4月至2015年4月在广东医科大学东莞校区实验科研平台完成。

1.3 材料 DMEM液体培养基、胎牛血清购自Hyclone公司、胰蛋白酶购自sigma公司、兔抗鼠β-actin单克隆抗体购自abcam公司，HRP-兔抗鼠IgG、p-FoxO1抗体，FoxO1抗体，p-Akt抗体和Akt抗体购自CST公司、Annexin V-FITC细胞凋亡检测试剂盒。SPF级新生两三天的SD乳鼠8只，体质量5-10 g，由广东医科大学实验中心提供。

1.4 实验方法

1.4.1 大鼠表皮成纤维细胞的分离及扩增培养无菌条件取新生两三天SD乳鼠麻醉下脱臼处死后，用体积分数75%的乙醇浸泡消毒5 min；取背腹部皮肤(尽量除去皮下组织)PBS清洗2次，眼科剪将皮肤剪成0.5-1.0 mm³大小；加入0.25%胰蛋白酶，37 ℃水浴锅中轻微震荡消化 15 min；取悬液离心2 000 r/min 10 min，弃上清液，剩余组织再次加入新的0.25%胰酶消化，操作连续3次；再加入2.0-3.0 mL细胞培养液，用枪头轻轻吹打；将组织块加入细胞培养瓶中，含有体积分数10%胎牛血清100 U/mL青霉素和100 mg/L链霉素的DMEM培养液中，置于37 ℃体积分数5%CO₂恒温培养箱中培养，常规两三天更换1次培养基。实验用细胞为第4-8代细胞。

1.4.2 MTT法检测辣椒素对大鼠表皮成纤维细胞生长增殖的影响对数生长期的大鼠表皮成纤维细胞，胰酶消化后制成细胞悬液，用含体积分数10%胎牛血清的DMEM稀释成细胞浓度为1×10⁷L^-1的细胞悬液，96孔培养板内每孔加入100 µL细胞悬液，确定每孔含细胞5 000个；待细胞贴壁后吸出培养基，各实验组添加辣椒素溶液并使其终质量浓度分别为0.5，1，2，4，8 mg/L，阴性对照组加相同体积培养液。实验组每个剂量设9个平行孔，阴性对照孔6孔；置于37 ℃，体积分数5% CO₂恒温培养箱分别培养24 h后，每孔加入10% MTT溶液继续培养2 h，在波长490 nm的酶标免疫检测仪上测定各孔光吸收值；每组A₄₉₀的A值为平行孔的平均A值，结果取3次实验平均值。

1.4.3 Hoechst 33258染色检测凋亡细胞 PBS洗涤处理后的细胞2次(每次5 min)，加入新鲜配制的40 g/L多聚甲醛，4 ℃固定10 min。PBS洗涤3次后(每次5 min)，Hoechst33258染色液(5 mg/L)染色10 min，PBS洗涤细胞3次后(每次5 min)，封固后荧光显微镜观察、随机选择3个视野拍照。

1.4.4 流式细胞术检测细胞周期处理后的细胞离心 1 000 r/min×5 min，弃上清，预冷的PBS洗细胞2次。加入预冷体积分数70%乙醇，于4 ℃固定过夜。离心收集细胞，PBS洗细胞1次，加入500 µL PBS含50 mg/L溴化乙锭(PI)，100 mg/L RNase A，0.2%Tritonx-100，4 ℃避光孵育 30 min。流式细胞仪检测的结果用细胞周期拟合软件ModFit分析。

1.4.5 Annexin V-FITC双染法检测细胞凋亡取对数生长期大鼠表皮成纤维细胞，胰酶消化后计数，在细胞培养瓶中接种5×10⁵细胞；在37 ℃、含体积分数5%CO₂的培养箱中培养至细胞贴壁后，吸除培养基，加入无血清的DMEM培养基，培养细胞24 h至细胞同步化；各培养皿中加入不同质量浓度的辣椒素，依次为2，4 mg/L，对照组加入等量的普通培养液，培养24 h；吸出内培养基，用PBS小心洗涤2遍，再用不含EDTA的0.25%胰酶消化，注意胰酶消化时间不宜过长，离心收集细胞；加入500 µL的Binding Buffer悬浮细胞；加入5 µL Annexin V-FITC混匀后，加入 5 µL Propidium Iodide，混匀；室温，2-8 ℃下避光反应15 min；于流式细胞仪上检测细胞凋亡率。实验重复3次。

1.4.6 Western blot检测Akt-FoxO1信号通路蛋白的表达不同质量浓度的辣椒素(0，2，4，8，16 mg/L)处理大鼠表皮成纤维细胞24 h后，PBS洗细胞，裂解液裂解细胞获取总蛋白，BCA试剂盒测定总蛋白浓度。10% SDS-PAGE分离总蛋白，PVDF膜转膜，5%的脱脂奶粉室温封闭1h，用0.1%TBST洗涤膜3次，每次10 min。孵育一抗，洗膜，孵育二抗，凝胶成像系统显影并拍照。

1.5 主要观察指标 ①大鼠表皮成纤维细胞形态学观察；②大鼠表皮成纤维细胞增殖和凋亡情况；③大鼠表皮成纤维细胞的细胞周期；④大鼠表皮成纤维细胞的蛋白表达。

1.6 统计学分析采用SPSS 13.0统计软件进行数据处理，计量资料以x(_)±s表示，两组计量资料之间的比较采用t 检验；组间计量资料均值的比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法，均以P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

病理性瘢痕是皮肤软组织在受到创伤后，创面异常愈合的产物。增生性瘢痕是病理性瘢痕的一种，是创面组织过度修复，细胞外基质沉积紊乱的结果，可引起患者疼痛、瘙痒，因为瘢痕组织弹性降低，使人体表面皮肤组织的正常解剖结构遭到破坏，既影响美观又可导致组织、器官发生不同程度的功能障碍，给患者带来生理和心理上的损害^[8-10]。增生性瘢痕的病理学表现是胶原为主的细胞外基质产生或降解或两者的紊乱，导致以胶原为主细胞外基质大量沉积，此外，增生性瘢痕中细胞外基质的透明质酸和纤连蛋白上调表达，核心蛋白聚糖下调表达，但是弹性蛋白缺失。目前药物的治疗机制主要通过减少胶原合成；降低角质形成细胞和成纤维细胞的增殖能力等方式。

辣椒素是辣椒中的主要生物活性成分，它是一种天然的脂溶性的含香草酰胺的植物碱，化学结构为8-甲基-N-香草基-6-壬烯基酰胺(C₁₈H₂₇NO₃)，呈单斜长方形片状无色结晶^[11]。辣椒素药理作用十分广泛，具有抗氧化、预防心血管疾病、保护胃肠黏膜、抗癌、镇痛、抗炎止痒等功效，尤其在抑制表皮成纤维细胞方面效果尤为显著。

目前针对辣椒素对增生性瘢痕的相关研究及临床应用较少，该研究通过对大鼠皮肤成纤维细胞进行分离和原代培养，研究不同质量浓度辣椒素对其增殖、凋亡的影响及可能的分子机制，为辣椒素治疗增生性瘢痕提供依据。实验结果显示，辣椒素可将表皮成纤维细胞阻滞在G₁期。通过流式细胞术分析发现辣椒素改变表皮成纤维细胞周期的分布，与对照组相比，4 mg/L辣椒素能将细胞周期阻止在G₁期，具有统计学意义(P < 0.05)。G₂/M 期细胞的比例减低，G₁期细胞所占比例有所增高，这表明辣椒素可使皮肤成纤维细胞周期阻滞于G₁期，阻断细胞由G₁期向S、G₂/M期的进程，阻滞细胞的有丝分裂，使细胞发生G₁期阻滞，促使细胞凋亡。此外，AnnexinV-FITC/PI双染法实验结果表明，与对照组相比，辣椒素实验组(2 mg/L与4 mg/L组)作用细胞后凋亡细胞增加，当辣椒素质量浓度加至4 mg/L时，细胞凋亡率为40.2%，较正常组细胞凋亡率5.2%显著增高。Hoechst 33258染色结果显示，经辣椒素处理后，表皮成纤维细胞质浓缩，早期线粒体增大，晚期可见线粒体内出现空泡等细胞器改变、DNA片段化、凋亡小体的形成，说明辣椒素对皮肤成纤维细胞具有诱导凋亡的作用。而辣椒素促进凋亡信号传导途径的分子机制还需进一步研究。

Akt处于磷脂酰肌醇3激酶通路的中心环节，其功能涉及细胞周期调控、凋亡的启动、血管生成、端粒酶活性和细胞侵袭性等诸多方面^[12]。FoxO1位于PI3K/AKT通路下游，是其重要效应分子，对细胞增殖分化、凋亡和葡萄糖转运等过程起重要的调节功能^[13]。PI3K在细胞外生长因子等作用激活后在细胞膜产生3，4-二磷酸磷脂酰肌醇和3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇，进而Akt被磷酸化激活，活化的Akt进入核内，磷酸化其下游的FoxO(叉头转录因子)，FoxO磷酸化后出核，从而使下游蛋白表达下调^[14-15]。为了探讨Akt-FoxO1信号通路在辣椒素在抑制皮肤成纤维细胞增殖中的作用，Western blot方法检测Akt、FoxO1总蛋白及磷酸化蛋白的表达变化。实验结果显示辣椒素处理后，大鼠表皮成纤维细胞中p-Akt与p-FoxO1的蛋白水平降低，而总FoxO1的蛋白表达水平是上升。

总之，此次实验研究显示辣椒素可将表皮成纤维细胞阻滞在G₁期，抑制成纤维细胞的增殖，从而促使细胞凋亡，进一步发现Akt-FoxO1信号通路参与了辣椒素抑制皮肤成纤维细胞的增殖及促其凋亡作用，促进下游的凋亡蛋白的表达增强，导致细胞死亡。因此，辣椒素对于治疗增生性瘢痕能有效抑制表皮成纤维细胞的增殖，进一步降低增生性瘢痕的形成和发展，作者认为辣椒素在未来有可能成为治疗增生性瘢痕的有效手段。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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Inhibitory effect of capsaicin on fibroblast proliferation and its molecular mechanism

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