Protective Role of Hydrogen Gas on Oxidative Damage and Apoptosis in Intestinal Porcine Epithelial Cells (IPEC-J2) Induced by Deoxynivalenol:A Preliminary Study

氫氣對脫氧雪腐鐮刀菌醇誘導腸上皮細胞(pecc - j2)氧化損傷和凋亡的保護作用的初步研究

來源：Toxins 2020, 12, 5; doi:10.3390/toxins12010005

 

1. 論文摘要核心內容

 

本研究首次證實 富氫培養基（H?） 可顯著減輕嘔吐毒素（DON）誘導的豬腸道上皮細胞（IPEC-J2）氧化損傷和凋亡：

 

氧化損傷緩解：H?降低DON誘導的活性氧標志物（8-OHdG、3-NT、MDA）水平（圖3A-C），提升抗氧化酶（T-SOD、CAT）活性（圖3D-E）。

 

 

凋亡抑制：H?下調促凋亡基因（caspase-3、Bax）表達（圖4B），上調抗凋亡基因（Bcl-2）表達（圖4B），并降低caspase-3蛋白水平（圖5A）。

 

 

 

細胞活力恢復：H?逆轉DON導致的細胞活力下降（圖2A）和乳酸脫氫酶（LDH）釋放增加（圖2B）。

 

 

核心結論：H?通過中和自由基（●OH、ONOO?）和調控凋亡通路，保護腸道上皮屏障功能。

 

2. 研究目的

 

1.驗證 DON對IPEC-J2細胞的毒性機制（氧化應激、凋亡）。

2.探究 富氫培養基（H?）的直接保護作用及分子機制。

3.為氫氣療法在畜牧養殖（如霉菌毒素防控）中的應用提供實驗依據。

 

3. 研究思路

 

1.細胞模型構建：

 

IPEC-J2細胞暴露于5μM DON（模擬飼料污染濃度，圖1）。

 

富氫培養基（0.6 mM H?）干預（方法5.2）。

2.毒性評估：

 

細胞活力：MTT法（圖1、圖2A）。

 

氧化損傷：8-OHdG（●OH標志）、3-NT（ONOO?標志）、MDA（脂質過氧化）檢測（圖3）。

 

凋亡指標：LDH釋放（圖2B）、凋亡基因（caspase-3/Bax/Bcl-2）mRNA（圖4）及蛋白表達（圖5）。

3.保護機制：

 

抗氧化酶活性（T-SOD、CAT）及基因表達（CAT、Mn-SOD、CuZn-SOD）（圖3D-E、圖4A）。

 

凋亡通路調控（caspase-3/Bax蛋白表達）（圖5）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

(1) DON毒性機制（圖1-3）

 

數據：

 

細胞活力：5μM DON使細胞活力下降40%（圖1）。

 

氧化損傷：DON使8-OHdG↑2.1倍、3-NT↑1.8倍、MDA↑75%（圖3A-C）。

 

抗氧化系統：T-SOD活性↓35%、CAT活性↓42%（圖3D-E）。

 

意義：明確DON通過氧化應激-凋亡軸損傷腸道屏障，為靶向干預提供依據。

 

(2) H?保護效應（圖2-5）

 

數據：

 

氧化緩解：H?使8-OHdG↓48%、MDA↓32%（圖3A,C），T-SOD活性↑28%（圖3D）。

 

凋亡抑制：H?使caspase-3 mRNA↓40%（圖4B）、蛋白↓50%（圖5A），Bcl-2 mRNA↑1.5倍（圖4B）。

 

細胞修復：H?逆轉DON誘導的LDH釋放↑60%（圖2B）。

 

意義：首次證明H?通過雙重機制（抗氧化+抗凋亡）保護腸道上皮細胞，為無抗養殖提供新策略。

 

5. 結論

 

1.DON誘發腸道損傷：通過升高氧化應激標志物（8-OHdG、3-NT、MDA）和促凋亡因子（caspase-3/Bax），破壞IPEC-J2細胞屏障。

2.H?的核心保護作用：

 

中和毒性自由基（●OH、ONOO?），提升抗氧化酶活性。

 

調控凋亡平衡（↓caspase-3/Bax、↑Bcl-2），維持細胞活力。

3.應用前景：富氫培養基可作為防控霉菌毒素腸道毒性的有效手段。

 

6. 丹麥Unisense電極的核心價值

(1) 技術突破性應用

 

 

精準定量H?濃度：

 

采用 Unisense氫傳感器（方法5.2）實時監測富氫培養基的溶解H?濃度（0.61±0.03 mM），12小時后降至0.06±0.00 mM。

 

關鍵意義：首次實現細胞培養體系中H?濃度的動態追蹤，確保實驗條件可控（圖未展示，見方法5.2）。

 

(2) 科學貢獻

 

確立劑量-效應關系：

 

Unisense數據證實H?濃度在治療窗內（>0.2 mM）時保護效果顯著（圖2-5），為機制研究提供濃度基準。

 

排除濃度波動干擾，確保護效應歸因于H?而非其他因素。

 

(3) 研究意義

 

技術不可替代性：

 

相比氣相色譜等離線檢測，Unisense電極的秒級響應（方法5.2）實現原位實時監測，避免樣本破壞。

 

為氫氣生物學研究提供金標準工具，推動從細胞實驗向動物模型（如豬腸道損傷）的轉化。

 

總結

 

本研究通過 Unisense電極的精準氫濃度控制，首次揭示H?通過抗氧化-抗凋亡雙通路緩解DON誘導的腸道損傷，其技術價值在于：

 

1.動態藥效關聯：Unisense實時數據（0.6 mM→0.06 mM衰減曲線）與細胞保護效應（圖2-5）直接關聯，確立最佳干預窗口。

2.劑量標準化：H?濃度精確量化（0.61±0.03 mM）為后續研究提供可重復基準。

3.轉化醫學橋梁：Unisense技術支撐氫氣療法在畜牧業的劑量優化和臨床應用（如富氫水飼喂）。

 

這一發現凸顯Unisense電極在氣體治療研究中的不可替代性，為農業醫學創新提供技術范式。