芹菜素对雄性大鼠因急性伽马射线照射引起的皮肤衰老的防护作用与p-AMPK介导的自噬过程有关

《Archives of Gerontology and Geriatrics》:Geroprotective effect of Apigenin against skin senescence induced by an acute dose of gamma rays in male rats is associated with p-AMPK mediated autophagic flux

【字体: 时间:2026年02月22日 来源:Archives of Gerontology and Geriatrics 3.8

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  辐射诱导皮肤衰老的Apigenin保护机制研究。急性6Gy γ射线照射导致大鼠皮肤MDA升高、GSH降低及胶原蛋白-1和p16INK4a蛋白上调,自噬相关蛋白γ-H2AX、P62和LC3II/I比值异常。口服50mg/kg Apigenin显著改善上述指标,证实其通过抗氧化和自噬激活途径减轻皮肤辐射损伤。

  
马哈茂德·E·哈比布(Mahmoud E. Habieb)| 玛哈·M·阿里(Maha M. Ali)| 塔纳·M·法希姆(Thanaa M. Fahim)| 法特玛·Y·阿卜杜(Fatma Y. Abdou)
埃及原子能管理局(EAEA)国家辐射研究与技术中心(NCRRT)药物辐射研究部门,开罗,埃及

摘要

放射治疗的一个常见副作用是辐射引起的皮肤衰老。本研究旨在探讨芹菜素(Apigenin,简称Api)对雄性大鼠因急性伽马射线照射而导致的皮肤衰老的潜在保护作用。32只成年雄性大鼠被分为四组:对照组、伽马射线组(6 Gy)、芹菜素组(口服50 mg/kg)以及伽马射线+芹菜素组(50 mg/kg),实验持续两周。与对照组相比,伽马射线照射显著增加了MDA的水平并降低了GSH的水平。此外,伽马射线照射还显著提高了皮肤中的胶原蛋白-1、p16INK4a和AGEs的水平,并上调了γ-H2AX和P62蛋白的水平。同时,伽马射线显著减少了皮肤中的MMP-1和p-AMPK的含量,并降低了LC3II/LC3I蛋白的比例。显微镜观察显示,所有受照射大鼠的皮肤组织结构均出现退化,PCNA的免疫表达也减弱。与未照射组相比,口服芹菜素(50 mg/kg)能有效改善受照射大鼠皮肤组织的各项指标。芹菜素通过其抗氧化作用和调节自噬机制,有效减轻了伽马射线对皮肤的损伤。因此,这些发现支持了芹菜素通过触发自噬并帮助清除受损细胞成分而发挥的放射保护作用。芹菜素可能成为一种有前景的皮肤防护药物,用于防止伽马射线引起的皮肤损伤。

引言

放射治疗(RT)是恶性肿瘤治疗的重要手段,70%的癌症患者需要接受这种治疗(Zhou等人,2023年)。然而,接受治疗的患者不可避免地会遭受辐射引起的皮肤损伤(Cui等人,2024年)。此外,职业性辐射暴露也可能导致皮肤衰老(Bray等人,2016年)。放射治疗会通过急性和慢性副作用加速皮肤老化,包括皮肤萎缩、纤维化、弹性丧失和色素变化,这些变化是由于皮肤细胞和血管的DNA损伤及氧化应激引起的(Singh等人,2016年)。
放射治疗利用电离辐射的特性来破坏肿瘤细胞,但同时也会对皮肤造成损伤。电离辐射不仅直接损害皮肤的各类细胞成分(如DNA、RNA、蛋白质、膜和脂质),还会通过产生高活性氧自由基导致线粒体损伤。这种损伤进一步扰乱氧化代谢,产生更多氧化自由基,从而加剧细胞功能障碍。由于线粒体负责细胞的能量转换和供应,因此线粒体功能障碍在皮肤衰老细胞的逐渐积累中起着关键作用(Averbeck和Rodriguez-Lafrasse,2021年)。细胞内分子的损伤会激活多种信号通路,引发氧化应激、炎症反应、纤维化和细胞衰老(Soriano等人,2019年)。根据辐射剂量的不同,还可能导致细胞死亡、基因突变以及各种细胞内分子通路之间的相互作用(Azzam等人,2012年;Balli等人,2009年)。
虽然低剂量辐射的影响已得到充分研究,但急性高剂量伽马射线照射则带来了独特的病理挑战。从工业事故到放射治疗超剂量,再到长期太空旅行和潜在核事故的风险,都需要深入了解急性高强度辐射的长期系统后果(Socol等人,2020年;Greenberger,2024年)。急性高剂量辐射会引发大量的DNA双链断裂和氧化应激,使大量健康细胞进入永久性的生长停滞状态(Jia等人,2021年)。这种快速老化模型可以有效地模拟皮肤加速老化的过程,因为这些细胞会表现出与衰老相关的分泌表型(SASP),分泌促炎细胞因子,从而破坏周围组织。通过使用急性剂量模型,我们可以有效地模拟皮肤加速老化的机制,深入了解高强度辐射后组织纤维化和慢性功能障碍的机制(Olivieri等人,2021年;Wang等人,2024年)。
皮肤老化是最明显的衰老迹象,可分为内在性(遗传决定的)和外在性(由环境因素引起)两种类型(Naharro-Rodriguez等人,2025年)。外在因素,如伽马射线照射,是皮肤衰老的强诱导因素(Shin等人,2023年;Balato等人,2019年)。伽马射线照射会导致活性氧(ROS)的产生、广泛的DNA损伤以及基质金属蛋白酶(MMPs)的上调,这些都是辐射引起的皮肤衰老的特征(Khavkin和Ellis,2011年;Yang等人,2020年;Wong等人,2016年)。与紫外线引起的光老化(表现为皮肤弹性下降和慢性胶原纤维化不同,电离辐射(伽马射线)引发的一种独特表型被称为与衰老相关的纤维化(Shah等人,2022年)。在这种表型中,衰老细胞表现出p16INK4a和p21CIP1的特征,采用与衰老相关的分泌表型(SASP),短期内会导致病理性胶原沉积和肌成纤维细胞活化,而非立即降解。此外,辐射引起的衰老和纤维化并非互斥,而是衰老是纤维化表型的主要驱动因素(Mebratu等人,2023年)。
皮肤由三层结构组成:最外层的表皮(富含角质形成细胞)、中间的真皮(含有胶原和弹性纤维的结缔组织)以及最内层的皮下组织(脂肪组织)(Jo等人,2021年;Lai-Cheong和McGrath,2021年)。由于真皮中的成纤维细胞数量较少,其结构对辐射损伤特别敏感,因此成为衰老相关结构变化的关键部位(Brito等人,2024年)。
为了减轻细胞损伤,自噬是一个关键过程,它能够回收细胞内成分,清除功能失调的蛋白质,并在正常情况下维持低水平的细胞成分,在应激条件下则增强这一过程(Hewedy等人,2024年)。自噬功能障碍有害,并与多种病理状态相关,如癌症、心血管疾病、代谢性疾病和神经退行性疾病(Levy等人,2017年;Moors等人,2017年)。因此,自噬正成为多种退行性疾病治疗的研究方向。自噬受到复杂分子机制的精密调控,包括SIRT1和AMP-激活的蛋白激酶(AMPK),它们通过调节基因转录来维持细胞生存而非促进生长(Pietrocola和Bravo-San Pedro,2021年)。AMPK作为细胞能量的关键传感器,在衰老研究中起着重要作用,其激活可以延缓或阻止细胞衰老(Yuan等人,2023年)。它在细胞代谢、自噬和肿瘤细胞代谢等调节过程中也至关重要(Ge等人,2022年)。
芹菜素(Apigenin,简称Api)是一种天然存在的黄酮类化合物,广泛存在于各种水果、蔬菜、豆类和茶叶中,其中芹菜中的含量最高(?akar和?zacar,2025年)。芹菜素是一种药用植物中的黄酮类化合物,具有多种药理活性(Sen等人,2016年)。C2C3双键以及5位和7位的4′羟基赋予了芹菜素独特的理化特性(Miean和Mohamed,2001年)。它具有多种药用功效,如抗炎、抗癌(Shankar等人,2017年)和抗氧化作用(Salehi等人,2019年),且没有明显的毒性(Alamri,2024年)。先前的研究表明,芹菜素具有抗基因毒性、保护肝脏(Ali等人,2017年)和化学保护作用(Wang等人,2014年)。芹菜素通过抑制免疫细胞产生白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)来减轻炎症(Charalabopoulos等人,2019年)。芹菜素还能通过促进血管内皮生长因子(VEGF)的表达来促进缺血后的血管再生(?kerget等人,2005年)。作为一种天然抗氧化剂,芹菜素还能降低血压、预防动脉粥样硬化和抑制肿瘤生长(Telange等人,2017年)。Ma等人(2021年)证明了芹菜素在预防皮肤瓣组织坏死方面的潜在作用。研究表明,芹菜素可以通过下调多种炎症指标和分子靶点来减轻皮肤炎症(Yoon等人,2023年)。此外,芹菜素还通过调控Nrf2和NF-κB通路来改善皮肤损伤(Li等人,2023年)。
尽管有这些有希望的发现,但芹菜素对雄性大鼠因单次急性伽马射线照射引起的皮肤衰老的潜在保护作用尚未得到研究。因此,本研究旨在探讨芹菜素对单次急性6 Gy伽马射线照射引起的皮肤过早衰老的保护作用,特别关注其提出的p-AMPK/自噬激活通路。这些发现将为未来临床实践中管理与衰老相关的皮肤老化提供指导。

实验部分

实验动物

为了避免雌性大鼠的雌激素波动对皮肤胶原蛋白和氧化标志物的影响,本研究使用了成年Wistar雄性白化大鼠(体重150-180克)。大鼠被安置在受控环境中,保持12小时的光暗周期、恒定温度25°C,并可自由获取食物、水和标准啮齿动物饲料。实验开始前,大鼠已适应国家辐射研究中心的环境。

芹菜素对雄性大鼠因急性伽马射线照射引起的皮肤GSH和MDA含量的影响

与对照组相比,接受伽马射线(6 Gy)照射的大鼠皮肤组织中的GSH含量显著降低。而给予芹菜素(50 mg/kg)两周后,伽马射线照射大鼠的皮肤GSH含量显著增加(p < 0.05,见图1A)。相反,伽马射线照射大鼠皮肤组织中的MDA水平显著升高。然而,芹菜素处理后,皮肤组织中的MDA水平显著降低。

讨论

皮肤细胞衰老是一种由长期暴露于电离辐射和紫外线引起的明显的外在性衰老形式,其导致的结构和功能退化超过了单纯的年龄增长(Salminen等人,2022年)。特别是伽马射线照射作为一种强烈的外在性应激源,会引发DNA损伤、氧化应激和细胞衰老的分子级联反应,共同损害皮肤完整性(Liu等人,2023年)。虽然分次照射可以在一定程度上减轻损伤……

结论

对伽马射线照射皮肤模型的研究揭示了影响皮肤健康和衰老的显著分子和组织学变化。主要发现包括DNA损伤标志物(γ-H2AX)和衰老标志物p16INK4a以及氧化应激(MDA)的增加,同时保护性分子如谷胱甘肽(GSH)的含量降低。这些因素导致表皮变薄、胶原蛋白降解和细胞外基质硬化。此外,晚期糖基化终产物(AGEs)的积累也加剧了皮肤老化。

研究局限性

尽管芹菜素、p-AMPK恢复、p62积累和LC3II/LC3I比例变化之间存在显著关联,但仍存在一些局限性需要考虑。首先,本研究未使用Bafilomycin A1挑战实验,而这些实验是确定自噬流速的黄金标准。没有这些验证实验,就无法完全确定自噬诱导与完成的时间关系。其次,虽然我们的发现表明……

作者贡献

MEH设计了研究方案并监督实验,参与了手稿的撰写和审稿。FYA和MMA进行了实验数据分析、手稿撰写和审稿。TMF也参与了手稿的撰写和审稿。所有作者均审阅并批准了最终发表的手稿版本。作者声明所有数据均为内部生成,未使用任何第三方数据生成工具。

数据可用性声明

本研究使用和/或分析的数据集可向相应作者索取。

资金来源

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的资助。

作者贡献声明

马哈茂德·E·哈比布(Mahmoud E. Habieb):撰写与审稿、初稿撰写、研究设计、资金获取、数据分析、概念化。玛哈·M·阿里(Maha M. Ali):研究监督、方法学设计、资金获取。塔纳·M·法希姆(Thanaa M. Fahim):数据可视化、研究监督、资金获取。法特玛·Y·阿卜杜(Fatma Y. Abdou):撰写与审稿、初稿撰写、软件使用、资源管理、项目协调、方法学设计、资金获取。
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