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米里亚姆·e·Mossoba托马斯·弗林,立即引起Vohra,水稻Wiesenfeld,罗伯特·l·Sprando, ”评价“梦草”,Calea zacatechichi使用人类肾脏近端小管细胞,肾毒性”,毒理学杂志》, 卷。2016年, 文章的ID9794570, 7 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/9794570
评价“梦草”,Calea zacatechichi使用人类肾脏近端小管细胞,肾毒性
文摘
最近激增的膳食补充剂的使用,包括草药、需要调查他们的安全配置文件。“梦草”,Calea zacatechichi,一直被用于传统民间医学的目的多种多样,目前正在美国销售药用用途,包括糖尿病治疗。尽管肾系统固有的脆弱性异型生物质的毒性,缺乏安全,其肾毒性研究这种草药的潜力。此外,糖尿病危害肾脏疾病的高频率使安全筛选c . zacatechichi为了安全尤其重要。我们暴露了人类近端小管HK-2细胞增加剂量的这种草药与已知毒物和保护剂控制化合物检查潜在的毒性的影响c . zacatechichi相对于控制化合物。我们评估细胞和线粒体功能变化与毒性相关的膳食补充剂,发现即使在低剂量细胞毒性是重要的证据。此外,这些发现与肾毒性生物标志物含量严重超标,贷款进一步支持需要进一步审查这草药膳食补充剂的安全。
1。介绍
Calea zacatechichi(也称为Calea ternifolia或“梦草”)是一种开花植物原产于中美洲和有着悠久的传统,作为药用植物在本土文化1]。通过吸入(吸烟)或摄入接触(茶)主要用于临时加强清醒梦。也广泛使用与胃肠道和内分泌系统相关治疗问题[2]。它最近被销售作为膳食补充剂在糖尿病管理由于其能够诱导低血糖症的影响(3- - - - - -5)尽管它的作用机制尚不清楚。
oneirogenic和其他生物的影响c . zacatechichi部分是由于他们的黄酮和germacrolides组件6- - - - - -10]。然而,黄酮代表一个类的类黄酮,可以携带细胞毒性效应通过诱导细胞色素P450酶表达(11- - - - - -13]。此外,germacrolides是倍半萜烯内酯类的一部分,也会表现出负面影响原核和哺乳动物细胞(14]。黄酮类化合物的细胞毒性和倍半萜烯内酯已利用用作抗癌疗法(15,16]。
尽管有明确的证据表明,至少有一部分的生物活性成分c . zacatechichi有潜力成为细胞毒性、安全性评估的整个这个草药补充剂形式的缺乏,特别是那些专注于肾脏。肾脏使用一个复杂的运输系统,消除不必要的化学物质,调节血压和血糖水平,并维持一个平衡pH值(17]。然而,随着肾小球滤液通过管式系统,近端小管重吸收水和电解质的细胞可以逐步集中腔中的化学物质不被重吸收。不幸的是,近端小管会暴露于有毒等化学物质的浓度,即使血药浓度相对较低,使肾脏受到损伤(17]。在的情况下c . zacatechichi,未知是否有肾毒性的组件可以,但鉴于市场是糖尿病患者,任何既存的糖尿病肾病的肾小球或近端小管损伤(18- - - - - -20.可能会进一步引起肾脏损害。因此,我们我们的研究集中在筛查的潜在肾毒性c . zacatechichi使用一个在体外人类近端小管细胞模型。我们选择了HK-2细胞系作为人类近端小管以其强劲的性能在许多模型在体外毒理学研究[21- - - - - -25]。我们比较暴露HK-2细胞的影响c . zacatechichi和两个控制化合物,一个已知的肾毒物(顺铂)和一个已知的肾保护剂(丙戊酸)和评估他们的对细胞毒性的影响存在剂量依赖的相关性,线粒体损伤,和四个kidney-specific毒性的生物标志物26- - - - - -28]:(1)肾损伤Molecule-1 (KIM-1),(2)白蛋白,半胱氨酸蛋白酶抑制物C (3), (4)β2-microglobulin (B2M)。KIM-1表达在肾小管上皮细胞损伤反应。白蛋白、半胱氨酸蛋白酶抑制物C和B2M是由近端小管重吸收障碍的指标。在这项研究中,我们证明c . zacatechichi能够诱导细胞和organellar在近端小管细胞毒性。
2。材料和方法
2.1。描述的Calea zacatechichi提取
券的样本c . zacatechichi沉积在密西西比大学,国家天然产物研究中心(NCNPR) (NCNPR # 2443),被一个验证使用宏观和显微方法NCNPR植物学家。的methanol-extractc . zacatechichi被NCNPR冻干的形式提供的,是在黑暗中存储在一个真空室4°C。干的提取c . zacatechichi分析了LC / QTof如前所述[29日]。化合物被匹配精确推定地确定组件的分析物的质量c . zacatechichi在文献中报道(8,30.- - - - - -33]。
2.2。细胞培养和治疗
HK-2细胞生长、维护和处理的方式与前面描述的相似(29日]。股票治疗解决方案c . zacatechichi(积极控制),nephrotoxicant cis-diamineplatinum (II)二氯化(顺铂)(Sigma-Aldrich、圣路易斯、钼)和nephroprotectant(负控制)丙戊酸(Sigma-Aldrich)是由重粉,在DMSO溶液溶解,稀释这种混合媒体最终DMSO原液的0.4%或更少。一夜之间,细胞被孵化和治疗剂量范围的一式三份24小时0 - 1000μ克/毫升。
2.3。细胞毒性试验
治疗相关的细胞毒性测定使用建立CellTiter-Glo细胞生存能力分析(Promega,麦迪逊,WI)遵循制造商的建议。这种发光分析的前提是ATP生产直接与细胞生存能力成正比,ATP是至关重要的细胞过程所需的能量中心。细胞治疗的黑墙,清除底部96 -孔板平衡至室温30分钟,在此期间水外井被大约100 uL的治疗或取代媒体只控制。再往下,同等体积的CellTiter-Glo工作的解决方案是添加到每个。板被放置在一个轨道瓶2分钟诱导细胞裂解,然后孵化一个额外的10分钟前读的OMG Fluorostar板读者(BMG LABTECH Ortenberg,德国)测量发光每个发出的水平。
2.4。活性氧测定
量化的活性氧(ROS)确定使用Promega ROS-Glo H2O2luminescence-based检测系统和数据归一化细胞生存能力。24小时后直接接触c . zacatechichi细胞培养与H2O2衬底和检测试剂,推荐在制造商的指示。发光是OMG Fluorostar板读者阅读。
2.5。线粒体膜电位检测
线粒体膜电位的变化(MMP)评估使用比率计染料JC-10(法明岱尔恩佐,纽约)。HK-2细胞直接接触c . zacatechichi沾20 uM JC-10(最终浓度)2小时,洗净,然后读板读者(OMG Fluorostar)。激发被设定为485 nm和排放在520年和590年纳米测量。我们还证实,仅提取或媒体没有产生明显的发射信号。
2.6。肾毒性生物标志物检测
文化上层清液从细胞治疗24小时c . zacatechichi、顺铂和丙戊酸在剂量的333年和111年μg / mL为肾毒性水平的标志物进行评估:肾脏Injury-1 (KIM-1),白蛋白,半胱氨酸蛋白酶抑制物C, beta-2-microglobulin (B2M)使用人类的肾脏毒性工具包(Bio-Rad大力神,CA)。制造商的协议后,盘子被封锁,洗涤、孵化和样本,检测抗体的标准解决方案,在最后洗。板块阅读使用Luminex 200仪器(Bio-Rad)。生物标志物表达水平被归一化细胞的可行性。
2.7。统计数据
圣地亚哥Microsoft Excel和棱镜(GraphPad CA)被用于计算和分析收集的所有数据。学生的测试或双向方差分析是用来确定dose-matched治疗效果显著值小于0.01或0.001。
3所示。结果
3.1。描述的Calea zacatechichi提取
LC-high决议女士发现231总分子特性c . zacatechichi提取。其中,24特性一致的确切质量报告的组成部分c . zacatechichi(图1)。主要组件基于峰值体积,calein, ciliarin, acacetin,和calealactone C,占大约50%的已知化合物和化合物总数的8% (8,30.- - - - - -33]。
3.2。c . zacatechichi强烈抑制HK-2细胞生存能力
调查的肾毒性c . zacatechichi,我们执行一个ATP-based细胞生存能力分析HK-2细胞治疗6-dose浓度范围从0到1000μg / mL为24小时。相比之下,我们也处理细胞24小时dose-matched其肾毒性的浓度已知的化合物,顺铂,已知nephroprotectant,丙戊酸。我们发现顺铂诱导显著减少细胞生存能力开始~ 12μ克/毫升剂量测试(),完成细胞死亡的最大剂量测试(图2)。同样,重要的细胞毒性c . zacatechichi检测到从37.0μ克/毫升(1000年),仍然取得了完整的细胞死亡μ克/毫升。剂量范围的测试,细胞毒性的影响c . zacatechichi直接与治疗剂量成正比,我们计算它的半致死浓度(信用证吗50)值是91.7μ13.3 g / mL,相比μ顺铂的g / mL。相比之下,丙戊酸成功地维持细胞生存能力在试验剂量的范围,除了1000年的最大剂量μg / mL,细胞生存能力仅略有下降,如图2。像预期的那样从nephroprotectant, LC计算50丙戊酸的价值是相当高的,享年3866岁μg / mL,考虑到高原形状的细胞生存曲线。
3.3。线粒体毒性增加暴露在较高的比例c . zacatechichi
开始研究细胞毒性的早期事件,我们评估HK-2细胞的线粒体是如何受到24小时的治疗c . zacatechichi相对与顺铂或丙戊酸治疗。我们第一次测量产生的ROS水平在治疗细胞氧化应激的水平表明成立于HK-2细胞的细胞内环境。使用发光检测活性氧的检测,我们发现c . zacatechichi治疗导致越来越多的高水平的活性氧产量的方式直接成比例增加治疗剂量(图3(一个))。ROS生产从细胞接受到333μ克/毫升c . zacatechichi从正面和负控制中介之间的细胞治疗。在1000年的μ然而,克/毫升剂量c . zacatechichi诱导活性氧的水平超过了那些cisplatin-treated细胞(),如图3(一个)。
(一)
(b)
获得更好的理解(1)高浓度的活性氧的生产是否与线粒体损伤和(2)在多大程度上伤害发生,我们进行了比率计测定使用JC-10染料比较受损的相对水平和健康的线粒体HK-2细胞治疗。基线比5的价值相比,治疗c . zacatechichi导致了独特的健康线粒体受损的比例急剧增加从12.3μg / mL测试剂,取得了最大比例值约50治疗剂量时增加到37.0μ克/毫升(图3 (b))。这最大的相对水平的线粒体损伤是统计学意义(),持续的高剂量的治疗c . zacatechichi。相比之下,顺铂诱导线粒体损伤以慢得多的速度达到比50 ~ 333的价值μ克/毫升。正如预期的那样,从线粒体有害影响丙戊酸是最小的光谱治疗剂量。
3.4。近端小管细胞功能明显受损c . zacatechichi
解决肾细胞功能是否会成为治疗后妥协c . zacatechichi,我们评估细胞生物标志物,强肾毒性的指标(26- - - - - -28]。我们使用了一个敏感的多路复用的方法同时检测水平的差异四个FDA-qualified生物标记:KIM-1,白蛋白,半胱氨酸蛋白酶抑制物C, B2M。我们量化这些文化上层清液的分析物的浓度HK-2细胞暴露于111年或333年μ克/毫升c . zacatechichi、顺铂、丙戊酸、或未经处理的媒体(图24小时4)。同意我们的发现的细胞和线粒体毒性,我们发现几乎所有这些标记物含量严重超标()文化上层清液HK-2细胞治疗c . zacatechichi相比用丙戊酸治疗或不及时治疗。生物标志物海拔引起的程度c . zacatechichi从未超过顺铂。这一趋势也观察到较低的治疗剂量的111μg / mL,尽管每个生物标志物通常是10倍的实际浓度低于高剂量治疗,如图4。
4所示。讨论
虽然c . zacatechichi不是一个控制物质根据美国联邦法律,它被禁止在路易斯安那州以及在波兰的基础上改变思想的影响(34,35]。在我们的研究中,我们使用了一个在体外人工肾近端小管细胞模型进行一些化验,集体评估潜在的肾毒性c . zacatechichi。我们使用它的酒精提取最佳模式酊膳食补充剂销售在美国。通过比较其毒性的剧毒纯化合物,顺铂,和一个无害的纯化合物,丙戊酸,我们建立了一个严格的在体外细胞培养系统安全评价模型。尽管我们确定了若干的化学成分c . zacatechichi,我们都集中在评估这个草本提取物的毒性。在体外特异性的影响[测试不仅提供了一个窗口36),但收益率信息数据毒性的机制(s) (37]。我们选择使用人类肾近端小管上皮细胞,HK-2,因为近端小管中起关键作用的间隙和再吸收过程控制外源性物质及其代谢产物(38,39]。近端小管上皮细胞接触毒物被过滤,是整体的一个重要组成部分肾毒性,可导致急性和慢性肾脏损害(40]。HK-2细胞株是一个适当的选择建立一个肾细胞毒理学资料c . zacatechichi主要有两个原因。首先,HK-2细胞是人类派生的,因此,从这个细胞系生成的数据不是由人类和其他物种之间的差异抱愧蒙羞。第二,HK-2细胞更接近的许多方面近端小管细胞的形态和代谢表型在活的有机体内(23,41]。在我们的细胞毒性的评价中,我们发现我们测试了草本提取物之间惊人的相似,在单剂量顺铂治疗浓度低至大约37μ短期暴露g / mL的形式。此外,它的作用机制的出现c . zacatechichi的活性成分或renal-derived代谢物类似的高度有害的顺铂;活性氧水平升高和严重损失的线粒体膜电位是由这两个共享的肾毒性物质的标志。相比之下,丙戊酸表现出很少或没有毒性的潜力,直到1000年剂量的最高水平μ克/毫升进行了测试。引起的相对较高的毒性c . zacatechichi24小时内直接接触HK-2细胞是令人担忧的。然而,由于没有数据存在于血清的浓度c . zacatechichi的活性成分,目前尚不清楚如何比较我们选择的治疗剂量和肾细胞在活的有机体内会暴露,特别是postmetabolism肠道和肝脏。
虽然需要进一步的研究来阐明一个更详细的机械的分析c . zacatechichi的行为模式,我们发现另外的证据可能造成严重的肾细胞损伤。具体来说,我们小组的肾损伤指标显示,不仅这些生物标志物升高,但还高度接近的强度,以我们的化验后顺铂治疗。我们选择的生物标志物包括那些已经被美国食品及药物管理局作为合格的官员肾毒性的生物标志物。他们最近引起了公众的关注,因为他们已被证明是可靠的关联在活的有机体内肾毒性(42]。总的来说,我们的研究结果表明,细胞毒性c . zacatechichi有能力生产在所有四个生物标记海拔高的治疗剂量,但程度低于顺铂。
其他毒理学研究c . zacatechichi使用在活的有机体内模型系统没有专门评估肾毒性端点但还展示了其潜在的一系列副作用。在大鼠模型中,据报道,例如,该草本提取物的抑制水肿和中性粒细胞迁移43]。在猫科动物模型中,它引起共济失调、呕吐,和不寻常的脑电图(EEG)记录(44]。在人类志愿者,它导致显著增加呼吸率和减少反应时间(44]。
支持的想法c . zacatechichi有可能引起细胞损伤,其他组表明,提取纯化这种草药或其组件可以对细胞起到抑制作用使用吗在体外模型系统。例如,一个最近的毒理学研究表明,c . zacatechichi可以抑制转录因子NF-kappaB,关键调节细胞炎症和其他功能(45,46]。进一步的理解c . zacatechichi的机制(s)的行动可能推断研究的其他成员Calea属。例如,c . platylepis,c . uniflora,c . serrata已被证明具有强大的抗菌、杀螨活动,分别47- - - - - -49]。此外,c . pinnatifida被证明有细胞毒性的影响对各种人类细胞系来源于多种器官系统,包括肾(50]。此外,研究germacrolides,常见的大多数草药组件Calea属,包括c . zacatechichi,展示了潜在的antileishmania效应(8],抑制细胞分化[51,对人类白血病细胞(细胞毒性52,53]。
综上所述,c . zacatechichi或其组件可能带来不必要的健康影响,尤其是长期每日剂量来控制高血糖。我们的在体外HK-2近端小管细胞模型描述这种草药在细胞的潜在肾毒性特征和organellar水平。下执行将是相关的在活的有机体内调查的系统性和瀑特异效应,包括那些在肾脏的其他部分。
附加分
高光。(我)在体外人类肾脏细胞的接触Calea zacatechichi是细胞毒性。
(2)细胞毒性机制可能涉及生产和线粒体ROS损伤。
(3)肾毒性的生物标志物升高在体外暴露在Calea zacatechichi。
缩写
| ROS: | 活性氧 |
| MMP的: | 线粒体膜电位 |
| KIM-1: | 肾损伤Molecule-1 |
| B2M: | beta-2-microglobulin。 |
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢Ikhlas汗博士和Vijayasankar拉曼博士慷慨地提供Calea zacatechichi材料。作者真诚地感谢奥马里Bandele博士发起HK-2在体外肾脏在NIVTB模型系统。作者还要感谢通刘博士和希莉娅女士Pugh-Bishop hepatotoxicology的有用技术培训开始之前。
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