Hydrogen-Rich Medium Ameliorates Lipopolysaccharide-Induced Barrier Dysfunction via Rhoa-Mdia1 Signaling in CACO-2 Cells. | 高濃度に水素を含む培養液は CACO-2細胞のRhoa-Mdia1シグナリングを介した LPS誘発性バリア障害を抑える
Shock. 2015 Oct 12. [Epub ahead of print]
Hydrogen-Rich Medium Ameliorates Lipopolysaccharide-Induced Barrier Dysfunction via Rhoa-Mdia1 Signaling in CACO-2 Cells.
Department of Anesthesiology, General Hospital of Tianjin Medical University
Abstract
Gastrointestinal barrier dysfunction is associated with the severity and prognosis of sepsis. Hydrogen gas (H2) can ameliorate multiple organ damage in septic animals. Ras homolog gene family member A (RhoA) and mammalian diaphanous-related formin 1 (mDia1) are important to regulate tight junction (TJ) and adherens junction (AJ), both of which determine the integrity of intestinal barrier. This study was to investigate whether H2 could modulate lipopolysaccharide (LPS)-stimulated dysfunction of intestinal barrier and RhoA-mDia1 signaling is involved. Caco-2 cells were exposed to different concentrations of LPS (1 μg/ml ∼ 1 mg/ml). The permeability of intestinal barrier was evaluated by transepithelial resistance (TER) and fluorescein-isothiocyanate (FITC)-dextran flux. Expression and distribution of occludin and E-cadherin were analyzed by Western blot and immunofluorescence. RhoA activity was measured by G-Lisa assay, and mDia1 expression was assessed by Western blot. LPS (100 μg/ml) decreased TER and increased FITC-dextran flux, which were alleviated by H2-rich medium. Also, H2 down-regulated LPS-induced oxidative stress. Moreover, H2 improved the down-regulated expression and redistribution of occludin and E-cadherin caused by LPS. Additionally, H2 alleviated LPS-caused RhoA activation, and the beneficial effects of H2 on barrier were counteracted by RhoA agonist CN03. Rho inhibitor C3 exoenzyme mitigated LPS-induced barrier breakdown. Furthermore, H2-rich medium increased mDia1 expression, and mDia1 knockdown abolished protections of H2 on barrier permeability. mDia1 knockdown eliminated H2-induced benefits for occludin and E-cadherin. These findings suggest that H2 improves LPS-induced hyperpermeability of intestinal barrier and disruptions of TJ and AJ by moderating RhoA-mDia1 signaling.
Shock. 2015 Oct 12. [Epub ahead of print]
高濃度に水素を含む培養液は
CACO-2細胞のRhoa-Mdia1シグナリングを介した
LPS誘発性バリア障害を抑える
天津医科大学総合病院 麻酔科
＜要旨＞
消化管のバリア障害は敗血症の重篤度やその予後に大きく関わっています。また、水素ガスは敗血症モデル動物のさまざまな臓器ダメージを抑えられることが報告されています。
Rhoファミリー分子A（RhoA）とForminファミリー蛋白質（mDia1）はタイトジャンクション（TJ）とアドヘレンスジャンクション（AJ）の制御に深くかかわっており、TJとAJは消化管バリアが障害を受けていないかを調べるマーカーとして知られています。
そこで本研究ではLPSによる消化管バリア障害やRhoA-mDia1シグナル経路障害に対して、水素に効果があるかを調べることにしました。
Caco-2細胞に対して、異なった濃度（1μg/ml～1mg/ml）のLPSを負荷しました。そして消化管バリアの透過性はTER（内皮電気抵抗）とFITC標識デキストランで評価しました。また、オカルディンとE-カドヘリンの発現や分布はウエスタンブロットや免疫蛍光染色で調べました。RhoA活性はG-Lisaアッセイで、mDia1の発現はウエスタンブロットで調べました。
その結果、LPS（100μg/ml）の投与によりTERが減少し、FITC標識デキストランの量が増加しましたが、それらは水素を高濃度に含む培養液によって抑えられました。また、水素はLPSにより引き起こされた酸化ストレスを減らしました。さらに水素はLPSによるRhoA活性化を抑えました。ちなみにRhoAアゴニストであるCN03によって、水素の作用は帳消しされると同時に、RhoAアンタゴニストのC3酵素によりLPSによる腸管バリア低下を抑えることがわかりました。
また、高濃度水素培地はmDia1の発現を増やし、mDia1のノックダウンによって水素のバリア保護作用が消失するとともに、オカルディンやE-カドヘリンに対する効果もなくなりました。
以上の結果から水素はLPSによる腸管バリアの透過亢進を改善し、RhoA-mDia1シグナリングを調節することによってTJとAJの機能不全を改善することがわかりました。
＜一言＞
呪文のような言葉が次から次へと出てきて辟易しますね。敗血症といえば免疫機能が落ちた人の感染症が悪化して起こる…といったイメージがありますが（私だけ？）、腸管粘膜のバリアが破たんしても起こるんだそうです。
腸管粘膜バリアが壊れてしまうと、本来全身を移行するはずの腸内細菌が巡ってしまって、敗血症が起こるんだそうです。そして、水素に腸管粘膜バリアの維持する効果があるかどうかを細胞実験で調べるとともに、そのメカニズムについても調べています。
その結果、バリア維持機能がありそうだということと、それがRhoA-m Dia1のシグナル経路を調節するメカニズムによっておこることが明らかになったそうです。不勉強でRhoA-m Dia1シグナル経路がちっともわからないのですが、Rhoの働きを邪魔することはとりあえず緑内障や高血圧にいいみたいです。Rhoの働きを邪魔する効果が水素にはありそうだということが書かれています。ヒトの体で実際どうなのか…は不明ですが。
