萜烯:植物中的天然化合物作为潜在的去衰老药物,靶向衰老间充质基质细胞并促进凋亡

Terpenes: natural compounds found in plants as potential senotherapeutics targeting senescent mesenchymal stromal cells and promoting apoptosis.

作者信息Valeria Mazzone, Nicola Alessio, Domenico Aprile, Giovanni Galano, Roberto De Rosa, Chiara Schiraldi, Giovanni Di Bernardo, Umberto Galderisi
PMID40346705
发布时间2025-05-09
DOI10.1186/s13287-025-04310-9

实验完整度

包含细胞培养、急性衰老诱导、细胞活力检测、流式凋亡分析、Western blot、亚细胞分级、ROS检测等多层级实验,并明确功能验证(凋亡)和机制验证(caspase/AIF/ROS)。

主要模型

人骨髓间充质基质细胞(ATCC PCS-500-012) H2O2诱导的衰老间充质基质细胞模型

重点核对

MSC细胞系:人骨髓来源,ATCC PCS-500-012,培养条件:低糖DMEM、10% FBS、4 mM L-谷氨酰胺、100 U/mL青霉素-链霉素、5 ng/mL βFGF 急性衰老诱导:300 μM H2O2处理30分钟,之后培养48或72小时 萜烯处理浓度:香芹酚和百里酚50 μM,丁香酚和番茄红素10 μM(基于IC50十倍以下) 凋亡检测时间点:萜烯处理后24小时 caspase抑制实验:使用25 μM Z-VAD-FMOC ROS清除实验:使用谷胱甘肽(GSH)

摘要

背景:干细胞和祖细胞的衰老可能特别有害,因为这些细胞对于组织更新和整体生物体稳态至关重要。在间充质基质细胞(MSCs)中,其包含干细胞、祖细胞、成纤维细胞和其他基质细胞的异质性混合物,衰老构成了重大挑战,因为它损害了它们支持组织修复和维护的能力。这种再生能力的下降可能导致与衰老相关的疾病、伤口愈合受损和退行性疾病。衰老的一个标志是对凋亡的抵抗性,由抗凋亡通路的激活介导。因此,去衰老药物已成为选择性清除衰老细胞和促进健康衰老的有前景的策略。植物次生代谢物,特别是多酚和萜烯,对生物体表现出多种作用,并已用作药物。方法:在本研究中,我们研究了四种萜烯——香芹酚、百里酚、丁香酚和番茄红素——在人类衰老MSCs中的去衰老潜力。结果:我们发现这些化合物通过caspase依赖和caspase非依赖机制诱导凋亡,涉及BAX的激活、细胞色素c释放和凋亡诱导因子(AIF)从线粒体向细胞核的易位。重要的是,萜烯诱导的凋亡与活性氧的显著增加相关,预孵育谷胱甘肽部分挽救了细胞活力,确证氧化应激是核心触发器。此外,我们确定了SRC通路调节作为衰老向凋亡转变的关键决定因素,突出了萜烯作用中的关键调控开关。结论:这些发现对萜烯诱导的衰老溶解进行了详细的机制剖析,并强调了它们作为靶向衰老细胞的去衰老药物有前景的候选药物的潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
萜烯类化合物(香芹酚、百里酚、丁香酚和番茄红素)是否具有去衰老活性,能够通过诱导凋亡来清除衰老的间充质基质细胞?
核心机制
萜烯通过ROS介导的氧化应激触发衰老细胞凋亡,涉及caspase依赖和caspase非依赖通路,其中香芹酚和番茄红素激活caspase,而丁香酚和百里酚通过AIF从线粒体转位至细胞核发挥作用;SRC通路调节是衰老向凋亡转变的关键开关。
主要证据
在H2O2诱导的衰老MSCs中,四种萜烯均显著降低衰老细胞比例并诱导凋亡;ROS水平显著升高,谷胱甘肽部分缓解凋亡;Western blot显示BAX上调、细胞色素c释放、AIF核转位;caspase抑制实验区分了不同萜烯的凋亡通路。
研究意义
这些发现强调萜烯作为去衰老药物候选物的潜力,未来需要进一步研究其细胞类型特异性、最小有效浓度和体内疗效,以促进基于萜烯的去衰老治疗在衰老相关疾病中的临床转化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

细胞培养

获得足够数量的人骨髓间充质基质细胞进行后续实验

人骨髓MSCs购自ATCC,在低糖DMEM(含10% FBS、4 mM L-谷氨酰胺、100 U/mL青霉素-链霉素、5 ng/mL βFGF)中培养,传代至80%汇合度。

2

急性衰老诱导

建立衰老MSC模型以测试萜烯的去衰老作用

将P3代MSCs用300 μM H2O2处理30分钟,然后更换新鲜培养基,培养48或72小时以诱导衰老。

3

萜烯细胞毒性评估

确定四种萜烯的半数抑制浓度(IC50),以便选择去衰老实验的工作浓度

使用MTT比色法,将细胞以5×10^3 cells/well接种于96孔板,加入不同浓度萜烯(0.001至500 μg/mL),孵育24、48和72小时后检测细胞活力。

4

萜烯处理衰老细胞

评估萜烯对衰老MSCs的影响,包括衰老细胞比例、细胞周期和衰老相关蛋白表达

在H2O2诱导衰老三天后,用IC50浓度的十分之一(香芹酚和百里酚50 μM,丁香酚和番茄红素10 μM)处理细胞两天,然后通过β-半乳糖苷酶/Ki67染色、细胞周期分析和Western blot检测衰老标志物。

5

凋亡检测

确定萜烯是否通过诱导凋亡来清除衰老细胞

在H2O2诱导衰老后,用萜烯处理24小时,通过Annexin V/7AAD流式细胞术检测凋亡细胞比例,并用β-gal/Annexin V双染验证衰老细胞凋亡。

6

凋亡机制分析

阐明萜烯诱导凋亡的分子通路(caspase依赖 vs. 非依赖)

使用caspase抑制剂Z-VAD-FMOC处理衰老细胞,检测萜烯诱导的凋亡变化;通过Western blot检测caspase 8裂解和AIF亚细胞分布。

7

ROS检测及抗氧化干预

验证ROS在萜烯诱导凋亡中的作用

用DCFH-DA探针检测萜烯处理后衰老细胞ROS水平随时间的变化;并在加入谷胱甘肽(GSH)条件下检测凋亡率变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
低糖DMEM培养基Euroclone Life Sciences--
胎牛血清Euroclone Life Sciences--
L-谷氨酰胺Euroclone Life Sciences--
青霉素-链霉素Euroclone Life Sciences--
βFGFEuroclone Life Sciences--
香芹酚Sigma-Aldrich499-75-2
丁香酚Sigma-Aldrich97-53-0
番茄红素Sigma-Aldrich502-65-8
百里酚Sigma-Aldrich89-83-8
二甲基亚砜----
MTT试剂Sigma-Aldrich--
GloMax Discover酶标仪Promega--
碘化丙啶Sigma-Aldrich--
Guava EasyCyte流式细胞仪Merck Millipore--
Annexin V试剂盒(荧光素标记)Dojindo Molecular Technologies--
DCFH-DA探针----
CO2独立培养基GIBCO--
Pluronic F-127Sigma-Aldrich--
抗ANXA5抗体ElabscienceE-AB-40440
抗Ki67抗体SantaCruz Biotechsc7846
抗γH2AX抗体Cell Signaling2577
FITC标记二抗(山羊抗兔)ImmunoReagentsGtx-Rb-003D488
TRITC标记二抗(山羊抗小鼠)ImmunoReagentsGtx-Mu-003D594
DAPI封片剂Abcamab104139
荧光显微镜(Leica DM2000)Leica-DMC5400
Leica CTR500显微镜LeicaDCF3000G
抗RB1抗体Sigma-AldrichAV33212
抗GAPDH抗体Sigma-AldrichG8795
抗RB2/P130抗体BD BiosciencesR27020
抗P27KIP1抗体Cell Signaling3686
抗C-SRC抗体Cell Signaling#2108
抗磷酸化SRC(Y416)抗体Cell Signaling#2101
抗P53抗体Santa Cruz Biotechnologysc-126
抗P21CIP1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-397
抗P16INK4A抗体Abcamab54210
抗TOMM20抗体AbcamAB186735
抗BCL2抗体ElabscienceE-AB-22004
抗BCLW抗体ElabscienceE-AB-53595
抗BAX抗体ElabscienceE-AB-13814
抗PUMA/BBC3抗体ElabscienceE-AB-67059
辣根过氧化物酶标记二抗Elabscience--
ECL Plus化学发光试剂Elabscience--
Quantity One 1-D分析软件Bio-Rad--
特氟龙-玻璃匀浆器----
Z-VAD-FMOC(caspase抑制剂)----
谷胱甘肽----
SAHA(辛二酰苯胺异羟肟酸)----
ABT-737----
过氧化氢----
甲醛Sigma-Aldrich--
磷酸盐缓冲液Microgem--
Triton-X100Roche--
X-Gal----
丽春红S----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
MSC培养
细胞来源(ATCC PCS-500-012)、培养条件(低糖DMEM、10% FBS、4 mM L-谷氨酰胺、100 U/mL青霉素-链霉素、5 ng/mL βFGF)、传代密度和汇合度
阅读提示:Methods: MSC cultures
急性衰老诱导
H2O2浓度(300 μM)、处理时间(30分钟)、恢复时间(48或72小时)
阅读提示:Methods: Induction of acute senescence
萜烯处理浓度
IC50测定及工作浓度(香芹酚和百里酚50 μM,丁香酚和番茄红素10 μM)、处理时间(24或48小时)
阅读提示:Results: Experimental procedure setup for detecting senotherapeutics effects, Figure 3 legend
凋亡检测
Annexin V/7AAD染色、凋亡峰值时间(24小时)、双染β-gal/Annexin V检测
阅读提示:Methods: Annexin V assay, Figure 5 legend
caspase依赖性检测
Z-VAD-FMOC浓度(25 μM)、caspase 8裂解检测
阅读提示:Results: Pathways involved in senotherapeutics action, Figure 6 legend
ROS检测
DCFH-DA浓度(2 μM)、检测时间(每小时至48小时)、谷胱甘肽预处理条件
阅读提示:Methods: DCFH-DA assay, Results: Pathways involved in senotherapeutics action, Figure 6E-F legend
亚细胞分级
细胞数量(~2×10^6)、提取缓冲液成分、匀浆器操作(20次上下)、差速离心分离
阅读提示:Methods: Subcellular fractionation