2016 · Yang — Wirkungen von wasserstoffreichem Medium auf die lipopolysaccharid-induzierte Funktionsstörung der intestinalen Epithelbarriere menschlicher Kolonkarzinomzellen
Kurzfassung
In einem Zellkulturmodell der intestinalen Epithelbarriere schützte wasserstoffreiches Medium Caco2-Zellen vor einer durch Lipopolysaccharid (LPS) induzierten Barrierestörung, indem es die Zellvitalität verbesserte, Zellschäden reduzierte und die Expression sowie Struktur der Tight-Junction-Proteine Claudin-1 und Occludin teilweise wiederherstellte. Dies ist eine Laborstudie in von Kolonkarzinom abgeleiteten Zellen; die Ergebnisse können nicht direkt auf die menschliche Darmgesundheit übertragen werden. (Zhonghua Wei Zhong Bing Ji Jiu Yi Xue, 2016.)
Kommentar
Die intestinale Epithelbarriere — gebildet durch Tight Junctions zwischen Enterozyten — kontrolliert die Permeabilität zwischen dem Darmlumen und dem Körper. Ihre Störung durch bakterielle Produkte wie LPS (Lipopolysaccharid, ein Bestandteil gramnegativer Bakterienzellwände) ist an Erkrankungen von Sepsis bis zu entzündlichen Darmerkrankungen beteiligt. Diese Studie verwendete Caco2-Zellen (eine weit verbreitete menschliche Kolonadenokarzinom-Zelllinie als Darmpermeabilitätsmodell) in einem Monoschicht-Filtersystem zur Messung des transepithelialen elektrischen Widerstands (TEER) als Proxy für die Barrierefunktion. LPS-Behandlung reduzierte TEER signifikant, verringerte die Zellvitalität, erhöhte die LDH-Freisetzung (Zellschaden-Marker) und regulierte die Tight-Junction-Proteine Claudin-1 und Occludin herunter. Wasserstoffreiches Medium schwächte alle diese Effekte signifikant ab: TEER wurde teilweise wiederhergestellt, Zellvitalität verbesserte sich von 67% auf 89%, LDH-Freisetzung halbierte sich, und Expression sowie Struktur von Claudin-1/Occludin wurden teilweise wiederhergestellt. Dies ist mechanistisch konsistent mit den postulierten antiinflammatorischen und zytoprotektiven Wirkungen von molekularem Wasserstoff. Caco2-Zellen sind jedoch eine Krebszelllinie und dieses Modell bildet nicht die Komplexität des menschlichen Darms in vivo ab.
Wichtige Zitate
- „Wasserstoffreiches Medium kann die LPS-induzierte Dysfunktion der intestinalen Epithelbarriere in menschlichen Caco2-Zellen wirksam abschwächen, indem es die Zellvitalität verbessert sowie die Expression und Struktur von Claudin-1 und Occludin reguliert.“ Original (EN): „Hydrogen-rich medium can effectively attenuate LPS-induced dysfunction of intestinal epithelial barrier in human Caco2 cells by ameliorating cell viability as well as regulating claudin-1 and occludin expression and structure.“ — Hauptschlussfolgerung der Autoren: H₂ schützt die Tight-Junction-Integrität unter LPS-Stress
- „Im Vergleich zu Gruppe C war der TEER in Gruppe D nach 6 Stunden erhöht.“ Original (EN): „Compared with group C, TEER in group D was increased after 6 hours.“ — Barrierefunktion (TEER) durch wasserstoffreiches Medium teilweise wiederhergestellt
- „Die Zellvitalität war in Gruppe D signifikant erhöht [(88,8 ± 7,4)% vs. (67,2 ± 7,9)%, p < 0,05] und die Zellschädigung war signifikant abgeschwächt [LDH-Freisetzungsrate: (16,4 ± 4,3)% vs. (38,5 ± 2,1)%, p < 0,05].“ Original (EN): „The cell viability was significantly increased in group D [(88.8±7.4)% vs. (67.2±7.9)%, P < 0.05] and cell injury was significantly abated [LDH release rate: (16.4±4.3)% vs. (38.5±2.1)%, P < 0.05].“ — quantitative Vitalitäts- und Schadensverbesserung mit wasserstoffreichem Medium vs. LPS allein
Unsere Einordnung
Dies ist eine In-vitro-Zellstudie, die eine Kolonadenokarzinom-Zelllinie (Caco2) als Darmpermeabilitätsmodell verwendet. Die beobachteten Schutzwirkungen von wasserstoffreichem Medium auf die LPS-induzierte Barrierestörung sind konsistent mit dem bekannten antiinflammatorischen Profil von H₂, und die Verwendung von TEER und Tight-Junction-Protein-Expression bietet mechanistisch relevante Messgrößen. Caco2-Zellen stammen aus einem Karzinom und repräsentieren ein vereinfachtes, artifizielles Modell — Ergebnisse können nicht auf die menschliche Darmgesundheit oder Darmerkrankungen extrapoliert werden. Diese Studie trägt zur mechanistischen Evidenzbasis bei, erfordert aber Folgestudien in Tier- und schließlich Humanmodellen.
Studiendesign
- Typ: In-vitro-Zellstudie · Modell: Caco2 menschliche Kolonadenokarzinom-Zellen, LPS (1 g/L)-induzierte Barrierestörung, Monoschicht-Filter-TEER-Modell · H₂-Gabe: wasserstoffreiches Medium (in vitro hergestellt)
- Ergebnis: wasserstoffreiches Medium vs. LPS allein: TEER ab 6 h teilweise wiederhergestellt; Zellvitalität 89% vs. 67%; LDH-Freisetzung 16% vs. 39%; Claudin-1 und Occludin-Expression nach 24 h hochreguliert; gestörte Tight-Junction-Struktur teilweise wiederhergestellt
Abstract (deutsche Übersetzung)
Ziel: Untersuchung der Wirkungen von wasserstoffreichem Medium auf die durch Lipopolysaccharid (LPS) induzierte Funktionsstörung der intestinalen Epithelbarriere menschlicher intestinaler Epithelzellen (Caco2). Methoden: Caco2-Zellen (Passagen 28–35) wurden aus der Cell Bank des Shanghai Institute of Cell Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bezogen und in DMEM mit 20% fetalem Rinderserum kultiviert. Sie wurden zufällig in vier Gruppen eingeteilt: Kontrollgruppe (A), wasserstoffreiches-Medium-Gruppe (B), LPS-Gruppe (C) und LPS + wasserstoffreiches-Medium-Gruppe (D). In-vitro-intestinale Epithelmodelle wurden mit Monoschicht-Filter-gezüchteten Caco2-Zellen reproduziert. Der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER) wurde zu verschiedenen Inkubationszeiten gemessen. Zellvitalität und Zytotoxizität wurden nach 24-stündiger Inkubation beurteilt. Claudin-1 und Occludin wurden nach 6, 12 und 24 Stunden analysiert. Ergebnisse: TEER war in den Gruppen C und D nach 6 Stunden zeitabhängig reduziert. Im Vergleich zu Gruppe C war TEER in Gruppe D nach 6 Stunden erhöht. Die Zellvitalität war in Gruppe C signifikant reduziert und Zellschäden offensichtlich; Claudin-1 und Occludin waren signifikant herunterreguliert. Im Vergleich zu Gruppe C waren Zellvitalität und Claudin-1/Occludin-Expression in Gruppe D signifikant verbessert und die Struktur der Tight Junctions teilweise wiederhergestellt. Schlussfolgerung: Wasserstoffreiches Medium kann die LPS-induzierte Dysfunktion der intestinalen Epithelbarriere in menschlichen Caco2-Zellen wirksam abschwächen.
Original-Abstract (englisch)
OBJECTIVE: To investigate the effects of hydrogen-rich medium on lipopolysaccharide (LPS)-induced intestinal epithelial barrier dysfunction of human intestinal epithelial (Caco2) cells. METHODS: Caco2 cells (passages 28-35) were purchased from the Cell Bank of the Shanghai Institute of Cell Biology, Chinese Academy of Sciences in Shanghai, China, and they were cultured in Dulbecco minimum essential medium (DMEM) containing 20% fetal bovine serum. These cells were randomly divided into four groups: control group (group A), hydrogen-rich medium group (group B), LPS group (group C) and LPS + hydrogen-rich medium group (group D). Cells were cultured with normal medium in group A and group C or with hydrogen-rich medium in group B and group D. Meanwhile, 1 g/L LPS was simultaneously added into group C and group D, while an equivalent volume of normal saline was added into group A and group B instead. In vitro intestinal epithelial models were reproduced with monolayer filter-grown Caco2 and intestinal epithelium. The trans-epithelial electrical resistance (TEER) in models of each group was measured at different incubation times (0, 3, 6, 12, 24 and 48 hours). Cell viability and cytotoxicity were assessed with 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay and lactate dehydrogenase (LDH) release assay, respectively, after incubation for 24 hours. The expression levels of claudin-1 and occludin were respectively determined at 6, 12 and 24 hours of incubation by Western Blot assay. The morphological structure of claudin-1 and occludin was respectively observed after incubation for 24 hours with immunofluorescence staining. RESULTS: There was no statistical significance in variables between group A and group B. Compared with group A, it was shown that TEER was time-dependently decreased in groups C and D after 6 hours. Compared with group C, TEER in group D was increased after 6 hours. Compared with group A, the cell viability was significantly reduced in group C [(67.2±7.9)% vs. (100.0±0.0)%, P < 0.05] and cell injury was obvious [LDH release rate: (38.5±2.1)% vs. (1.2±0.3)%, P < 0.05]; the expression levels of claudin-1 and occludin at 6, 12, 24 hours were significantly down-regulated [claudin-1 (gray value): 0.351±0.079, 0.272±0.075, 0.190±0.049 vs. 0.518±0.030; occludin (gray value): 0.416±0.044, 0.290±0.062, 0.226±0.019 vs. 0.602±0.038, all P < 0.05], and the structure of claudin-1 and occludin were profoundly disrupted. Compared with group C, it was shown that the cell viability was significantly increased in group D [(88.8±7.4)% vs. (67.2±7.9)%, P < 0.05] and cell injury was significantly abated [LDH release rate: (16.4±4.3)% vs. (38.5±2.1)%, P < 0.05]; the expression levels of claudin-1 and occludin were significantly up-regulated at 24 hours [claudin-1 (gray value): 0.428±0.046 vs. 0.190±0.049, occludin (gray value): 0.466±0.071 vs. 0.226±0.019, both P < 0.05]; the disrupted structures of claudin-1 and occludin were partially recovered. CONCLUSION: Hydrogen-rich medium can effectively attenuate LPS-induced dysfunction of intestinal epithelial barrier in human Caco2 cells by ameliorating cell viability as well as regulating claudin-1 and occludin expression and structure.
Quelle & Links
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