تاثیر آنتی‌اکسیدانی ان-استیل سیستئین بر بیان ژن‌های SOD وHO1 در سلول‌های فیبروبلاست پوستی انسانی در محیط با گلوکز بالا

محورهای موضوعی : فصلنامه زیست شناسی جانوری

بهاره صفوی ¹ , زینب پیراور ² , مینا رمضانی ³

1 - گروه زیست شناسی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه زیست شناسی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه زیست شناسی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1400/10/18 تاریخ پذیرش : 1400/12/05 تاریخ انتشار : 1401/09/01

کلید واژه: استرس اکسیداتیو, سوپراکسید دسموتاز, ان استیل سیستئین, کلوگز بالا, هم اکسیژناز 1,

چکیده مقاله :

رشد و تکثیر سلول‌های فیبروبلاست پوست جهت درمان زخم در بیماران دیابتی به دلیل وجود استرس اکسیداتیو، با تاخیر اتفاق می افتد. در این مطالعه تغییرات مولکولی موثر در رشد و بقای سلول‌های فیبروبلاست پوستی انسانی در محیط با گلوکز بالا و همچنین تاثیر آنتی اکسیدانی ان استیل سیستئین (NAC) بر بیان ژن‌های دخیل در استرس اکسیداتیو از جمله SOD و HO1 بررسی می گردد. سلول‌های فیبروبلاست پوستی انسانی در محیط با غلظت های مختلف گلوکز شامل 25، 50 و 75 میلی مولار به مدت 72 ساعت کشت داده می شوند. میزان سمیت سلولی توسط تست MTT ارزیابی می گردد. بیان ژن‌های آنتی اکسیدانی SOD و HO1 توسط روش ریل تایم PCR بررسی می‌شود. اثر آنتی اکسیدانی 1mM NAC بر سلول‌های فیبروبلاستی پوستی مطالعه می گردد. سلول‌های فیبروبلاستی کشت شده در محیط با غلظت‌های مختلف گلوکز به مدت 72 ساعت با روش MTT، کاهش بقا و تکثیر سلول‌ها در غلظت‌های بالای گلوکز به ویژه در غلظت‌های 50 و 75 میلی مولار نسبت به گروه کنترل داد. این تاثیر در گروه‌های تیمار شده با NAC تغییر معنی داری نسبت به کنترل نداشت. سطح بیان ژن‌های SOD وHO1 در محیط های با گلوکز بالا افزایش معنی داری داشته و این تغییر در گروه‌های NAC تغییرات معنی داری را نشان ندادند. گلوکز بالا تکثیر و بقای سلول‌های فیبروبلاستی را دچار اختلال کرده و به دلیل ایجاد استرس اکسیداتیو بیان ژن‌های دخیل در استرس اکسیداتیو مانند SOD وHO1 افزایش می یابد. اثر آنتی اکسیدانی NAC باعث کاهش آسیب ناشی از محیط با گلوکز بالا بر سلول‌های فیبروبلاست پوستی می گردد.

چکیده انگلیسی:

Wound healing in diabetic patients is delayed, because of oxidative stress. This study aims at investigating the molecular changes in Human Dermal Fibroblasts (HDFs) in a high-glucose state and improving the effect of N-Acetyl-L-Cysteine (NAC) and gene expression of oxidative genes Super-Oxide Dismutase (SOD) and Heme Oxygenase1 (HO1). HDFs were cultured in 5.5, 25, 50, and 75 mM glucose concentrations for 72 hours. Cell proliferation was examined via 3-(4, 5-dimethyl-2-thiazolyl)-2, 5-diphenyl-2-H-tetrazolium bromide (MTT) assays. Oxidative stress markers of SOD and HO1 were quantified with real-time Polymerase Chain Reaction (PCR). The antioxidant effect of NAC on 1 mM was examined to evaluate oxidative markers in the glucose effects on the HDFs. The MTT assay revealed a decline in cell viability in 50 and 75 mM glucose concentrations. mRNA level of SOD and HO1 was upregulated. The antioxidant addition of NAC reduced the inhibitory effect of the high-glucose state on the proliferation of the HDFs. A high-glucose state impairs the in vitro proliferation and migration of HDFs and may, therefore, induce increased oxidative stress and cellular dysfunction. The antioxidant effect of NAC ameliorates the damaging impact of a high-glucose state.

منابع و مأخذ:

1. Buranasin P., Mizutani K., Iwasaki K., 2018. High Glucose-induces Oxidative Stress Impaires Proliferation and Migration of Human Gingival Fibroblasts. PLOS One, 13(8): 1-19.


2. Chen P.Y., Shih N., Hao W., Chen C., Liu J.,  Sung L., 2018. Inhibitory Effects of Momordicine I on High-Glucose-Induced Cell Proliferation and Collagen Synthesis in Rat Cardiac Fibroblasts. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2018: 3939714.


3. den Dekker A., Davis F., Kunkel S., Gallagher K., 2019. Targeting epigenetic mechanisms in diabetic wound healing. Translational Research, 204: 39-50.


4. Dong, C., Wu G., Li H., Qiao Y., Goa S., 2020. Ampelopsin inhibits high glucose-induced extracellular matrix accumulation and oxidative stress in mesangial cells through activating the Nrf2/HO-1 pathway. Phytotherapy Research, 34(8): 2044-2052.


5. Gerber P.A., Rutter G., 2017. The Role of Oxidative Stress and Hypoxia in Pancreatic Beta-Cell Dysfunction in Diabetes Mellitus. Antioxidants and Redox Signaling, 26(10): 501-518.


6. Gu X., Fang T., Kang P., Hu J., Yu Y., Li Z., Cheng X., Gao Q. 2017. Effect of ALDH2 on High Glucose-Induced Cardiac Fibroblast Oxidative Stress, Apoptosis, and Fibrosis. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017: 9257967.


7. Kaleci B., Koyuturk M. 2020. Efficacy of resveratrol in the wound healing process by reducing oxidative stress and promoting fibroblast cell proliferation and migration. Dermatology Therapy, 33(6): e14357.


8. Kido D., Mizutani K., Takeda K., Mikami R., Matsuura T., Iwasaki A., Izumi Y. 2017. Impact of diabetes on gingival wound healing via oxidative stress. PLOS One, 12(12): e0189601.

9. Kulprachakarn, K., Ounjaijean S., Wungrath J., Mani R., Rerkasem K. 2017. Micronutrients and natural compounds status and their effects on wound healing in the diabetic foot ulcer. The International Journal of Lower Extremity Wounds, 16(4): 244-250.

10. Kumar D., Jena K., Ram M., Lingaraju M., Singh V., Prasad R. 2019. Hemin attenuated oxidative stress and inflammation to improve wound healing in diabetic rats. Naunyn Schmiedebergs Archives of Pharmacology, 392(11): 1435-1445.


11. Liang W.J., Yang H., Liu H., Qian W., Chen X., 2020. HMGB1 upregulates NF-kB by inhibiting IKB-alpha and associates with diabetic retinopathy. Life Science, 241: 117146.


12. Li J., Zhou C., Luo C., Qian B., Liu S., Zeng Y., Hou J., Deng B. 2019. N-acetyl cysteine-loaded graphene oxide-collagen hybrid membrane for scarless wound healing. Theranostics, 9(20): 5839-5853.


13. Li C., Zhang J., Xue M., Li X., Han F., Liu X., Xu L., Lu Y., Cheng Y., Li T., Yu X., Sun B., Chen L. 2019. SGLT2 inhibition with empagliflozin attenuates myocardial oxidative stress and fibrosis in diabetic mice heart. Cardiovascular Diabetology, 18(1): 15.


14. Li X., Xie X., Lian W., Shi R., Han S., Zhang H., Lu L., Li M. 2018. Exosomes from adipose-derived stem cells overexpressing Nrf2 accelerate cutaneous wound healing by promoting vascularization in a diabetic foot ulcer rat model. Experimental and Molecular Medicine, 50(4): 1-14.


15. Liu J.Q., Liu H., Wang Y., Feng Y., Goa H. 2011. [The biological effect of high glucose on human periodontal ligament fibroblast]. Shanghai Kou Qiang Yi Xue,. 20(3): 225-9.


16. Mizutani K., Park k., Mima A., Katagiri S., King G., 2014 Obesity-associated Gingival Vascular Inflammation and Insulin Resistance. Journal of Dentistry Research, 93(6): 596-601.


17. Omidi Z., Piravar Z., Ramezani M., 2020. The effect of acrylamide on mitochondrial membrane potential and glutathione extraction in human spermatozoa: A laboratory study. International Journal of Reproductive Biomedicine, 18(10): 855-864.


18. Ozkaya H., Omma T., Bag Y., Uzanoglu K., Isildak M., Duymus M., Kismet K., Senes K., Fidansi V. 2019. Topical and Systemic Effects of N-acetyl Cysteine on Wound Healing in a Diabetic Rat Model. Wounds, 31(4): 91-96.


19. Pang L., Wang Y., Zheng M., Wang Q., Lin H., Zhang L., Wu L. 2016. Transcriptomic study of highglucose effects on human skin fibroblast cells. Molecular Medicine Reports, 13(3): 2627-34.


20. Patel S., Srivastava S., Singh M., Singh D. 2019. Mechanistic insight into diabetic wounds: Pathogenesis, molecular targets and treatment strategies to pace wound healing. Biomedicine and Pharmacotherapy, 112: 108615.


21. Rizwan H., Pal S., Sabnam S., Pal A. 2020. High glucose augments ROS generation regulates mitochondrial dysfunction and apoptosis via stress signalling cascades in keratinocytes. Life Sci, 241:117148.


22. Ramaesh T., Ramaesh K., Riley S., West J., DhillonB. 2012. Effects of N-acetylcysteine on matrix metalloproteinase-9 secretion and cell migration of human corneal epithelial cells. Eye (Lond), 26(8): 1138-44.


23. Seyedian R., Shabankareh Fard E., Najafiasl M., Assadi M., Zaeri S. 2020. N-acetylcysteine-loaded electrospun mats improve wound healing in mice and human fibroblast proliferation in vitro: a potential application of nanotechnology in wound care. Iranian Journal of Basic Medical Sciences, 23(12): 1590-1602.


24. Shi C., Pang L., Ji C., Wang J., Lin N., Chen J. 2016. Obesityassociated miR148a is regulated by cytokines and adipokines via a transcriptional mechanism. Mol Med Rep, 14(6): 5707-5712.


25. Soydas T., Sarac E., Cinar S., Dogan S., Solakoglu S., Tunkdemir M., Sultuybek G. 2018. The protective effects of metformin in an in vitro model of aging 3T3 fibroblast under the high glucose conditions. Journal of Physiology and Biochemistry, 74(2): 273-281.


26. Sun S., Liu L., Tian X., Guo Y., Cao Y., Mei Y., Wang C. 2019. Icariin Attenuates high glucose-induced apoptosis, oxidative stress, and inflammation in human umbilical venous endothelial cells. Planta Medica, 85(6): 473-482.


27. Xia N., Diaber A., Forstermann U., Li H. 2017., Antioxidant effects of resveratrol in the cardiovascular system. British Journal of Pharmacology, 174(12): 1633-1646.


28. Yu J., Nam D., Park K.S. 2020. Substance P enhances cellular migration and inhibits senescence in human dermal fibroblasts under hyperglycemic conditions. Biochemistry and Biophysics Research Community, 522(4): 917-923.


29. Hu L., huang B., Bai S., Tan J., Liu Y., Chen H., Zho L., Zhang J. 2021. SO2 derivatives induce dysfunction in human trophoblasts via inhibiting ROS/IL-6/STAT3 pathway. Ecotoxicology and Environmental Safty, 210: 111872.


30. Karlowicz-Bodalska K., Han S., Freier S., Smolenski M., Bodalska A. 2017., Curcuma Longa as Medicinal Herb in the Treatment of Diabet- Ic Complications. Acta Poloniae Pharmaceutica, 74(2): 605-610.