ヒト気管支上皮BEAS-2B細胞におけるアルデヒド混合物への共曝露による複合細胞死。併用作用の分子論的考察

Combined cell death of co-exposure to aldehyde mixtures on human bronchial epithelial BEAS-2B cells: Molecular insights into the joint action.

• Sen Zhang
• Jingni Zhang
• Wanyan Cheng
• Huan Chen
• An Wang
• Yong Liu
• Hongwei Hou
• Qingyuan Hu

抄録

アルデヒドは一般的な大気汚染物質であり、生物の代謝物であり、多くのインビボ（アルツハイマー病など）やインビトロ（タバコの煙など）の状況に広く存在しています。個々のアルデヒドは単独ではよく研究されているが、その複合的な毒性はまだ不明である。本研究では、BEAS-2B細胞におけるアルデヒド混合物の複合アポトーシスを、喫煙に関連した環境/生理学的に関連した濃度で検討し、関連するシグナル伝達経路に基づいて、その潜在的なメカニズムをさらに検討した。その結果、アルデヒド混合物への共曝露は、濃度依存的にアポトーシスに対して有意な相乗的相互作用を示し、単一のアルデヒドに基づく予想とは異なった。さらに、ホルムアルデヒドは死受容体5、カスパーゼ8/10、カスパーゼ3/7/9、プロアポトーシスタンパク（Bim, Bad, Bax）、アクロレインによって誘導されるMMP（ミトコンドリア膜電位）とAIF（アポトーシス誘導因子）の脱分極、プロ生存タンパク質（Bcl-2, Bcl-XL）とポリADPリボースポリメラーゼの発現を相乗的に低下させることがわかった。このことから、アルデヒド混合物による相乗的なアポトーシスは、TRAIL死レセプターとミトコンドリア経路の両方を介して誘発されたと考えられた。さらに、活性酸素種、Caレベル、DNA損傷およびリン酸化MDM2はすべてアルデヒド混合物によって相乗的に誘導され、一方、総p53、リン酸化p53およびリン酸化AKT（セリン/スレオニンキナーゼ）は阻害された。抗酸化剤Ｎ-アセチルシステインは、アルデヒド混合物によって誘発された活性酸素、ＤＮＡ損傷およびアポトーシスを抑制し、ＴＲＡＩＬ死レセプターおよびミトコンドリア経路を遮断したが、ｐ５３およびＡＫＴ経路を救済しなかった。簡潔に言えば、アルデヒド混合物は喫煙に関連した環境/生理学的に関連した濃度でも相乗的にアポトーシスを誘導し、それはROSを介した死の受容体/ミトコンドリア経路、およびリン酸化されたAKTのダウンレギュレーションを介して増強される可能性がありました。

Aldehydes are common air pollutants and metabolites of the organism, which widely exist in many in vivo (e.g. Alzheimer's disease) and in vitro (e.g. cigarette smoke) situations. Individual aldehydes have been studied well alone, while their combined toxicity is still obscure. Here, we examined the combined apoptosis of aldehyde mixtures in BEAS-2B cells at smoking-related environmental/physiologically relevant concentrations, and the potential mechanism was investigated further based on the related signaling pathway. Co-exposure to aldehyde mixtures demonstrated significant synergistic interaction on apoptosis in a concentration-dependent manner, which differed from the expectation based on single aldehydes. Moreover, formaldehyde significantly potentiated the induction of death receptor-5, caspase 8/10, cleaved caspase 3/7/9, pro-apoptotic proteins (Bim, Bad and Bax), depolarization of MMP (mitochondrial membrane potential) and AIF (apoptosis-inducing factor) induced by acrolein, and synergistically decreased expressions of pro-survival proteins (Bcl-2 and Bcl-XL) and poly ADP-ribose polymerase. Therefore, aldehyde mixture-induced synergistic apoptosis was mediated both by TRAIL death receptor and mitochondrial pathway. Additionally, reactive oxygen species, Ca levels, DNA damage, and phosphorylated MDM2 were all synergistically induced by aldehyde mixtures, while total p53, phosphorylated p53 and phosphorylated AKT (serine/threonine kinase) were inhibited. Antioxidants N-acetylcysteine suppressed the aldehyde mixture-induced ROS, DNA damage and apoptosis, and blocked the TRAIL death receptor and mitochondrial pathway, while it did not rescue the p53 and AKT pathway. Briefly, aldehyde mixtures induced synergistic apoptosis even at smoking-related environmental/physiologically relevant concentrations, which could be enhanced through ROS-mediated death receptor/mitochondrial pathway, and the down-regulation of phosphorylated AKT.

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