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

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陷結構，并通過結合內皮型一氧化氮合酶（eNOS）抑制其活性，在衰老的內皮細胞中，Caveolin-1 表達增加而 eNOS 活性降低，其轉運及結合能力影響 eNOS 介導的 NO 生成。Caveolin-1 的表達及 eNOS 的去乙酰化水平受去乙酰化酶 SIRT1 調控，SIRT1 與延緩衰老密切相關，但其是否通過影響 Caveolin-1 調節 eNOS 功能尚不明確。人參作為傳統抗衰老中藥，其主要成分人參皂苷 Rb1（G-Rb1）對血管內皮細胞有保護作用，可增強 eNOS 活性、延緩內皮細胞衰老，或與 SIRT1 有關。

基于此，廣州中山大學附屬第三醫院的研究團隊通過建立人臍靜脈內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 軸的調控作用，首次揭示 Caveolin 乙酰化水平對 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。研究結果發表在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皮細胞（HUVECs），成功建立了復制性衰老模型。提取后的原代 HUVECs 經形態學（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 代細胞出現增殖速度明顯減緩、形態變得不規則的現象（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）。這些結果表明第 16 代細胞穩定呈現衰老特征，因此后續實驗將第 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 衰老的人臍靜脈內皮細胞的鑒定。

接下來，為了探究 G-Rb1 對內皮細胞衰老的影響，基于前期研究，設置了 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皮細胞。實驗發現，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 在血管內皮細胞抗衰老中的作用。

研究發現，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 調節 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鍵作用。

圖3 人參皂苷 Rb1 在血管內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，檢測相關蛋白和 mRNA 表達。結果顯示，抑制 SIRT1 可完全抵消 G-Rb1 對 eNOS 的上調作用，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，卻能增強G-Rb1 的 抗衰老作用（圖 4A 和 B），證實 SIRT1/caveolin-1/eNOS 通路調節對 G-Rb1 抗細胞衰老十分關鍵。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 調控 eNOS 的活性。

研究發現，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（圖 4D）。在 caveolin-1 基因沉默的情況下，乙酰化的 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）。這些結果表明，G-Rb1 是通過調控 SIRT1/caveolin-1/eNOS 信號通路的表達水平與乙酰化水平，實現其抗衰老的功效。

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

總之，本研究證實了G-Rb1 在延緩人臍靜脈內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，發現 G-Rb1 能夠有效改善衰老細胞功能。研究進一步揭示，G-Rb1 發揮作用的靶點與 SIRT1/caveolin-1/eNOS 軸密切相關。具體而言，一方面 SIRT1 可通過調控 caveolin-1 和 eNOS 的表達及乙酰化水平，延緩血管內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，實現對血管內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

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