Differential Effects of Silibinin on Cardiovascular and Leukocyte Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells

Abstract

In the current study the effect of Silibinin-C-2 , 3-bis (hydrogensuccinate), Disodium salt on cardiovascular differentiation and leukopoiesis of mouse ES cells was investigated. Silibinin is a bioactive substance from milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.), and owns cell and organ regeneration-promoting properties.It was demonstrated that Silibinin-stimulated vasculogenesis, the expression of vasculogenic proteins (VEGFR2, HIF-1alpha, VE-Cadherin) and leukopoiesis (CD45+-, CD18+-, and CD68+ -cells) of ES cells, whereas an inhibition of cardiomyogenesis was observed.Silibinin inhibited the Ang II-mediated stimulation of cardiomyogenesis of ES cells as well as the Ang II-mediated increase in contraction frequency and frequency of Ca2+ spikes. However, not by blockage of the AT1 receptor itself, but by inhibition of ERK1/2, p38 and JNK signaling pathways downstream of the AT1 receptor. In adult rat cardiomyocytes Silibinin reversed the inhibition of cell contractility following Ang II treatment. Treatment of differentiating ES cells with Silibinin resulted in NO generation and activation of eNOS within few minutes. Furthermore, activation of the PI3K/AKT and STAT3 signaling pathway was observed. Inhibition of NO generation by L-NAME, STAT3 activation by Stattic, AKT activation by AKT inhibitor VIII and PI3K activation by LY294002 abolished the stimulation of vasculogenesis and leukopoiesis by Silibinin. Stattic inhibited the Silibinin-induced eNOS and AKT activation as well as NO generation. AKT inhibitor VIII inhibited the Silibinin-mediated NO generation and eNOS as well as STAT3 phosphorylation. The PI3K inhibitor LY294002 blunted Silibinin-mediated NO generation, eNOS activation as well as AKT and STAT3 phosphorylation.In conclusion the data of the present study show that Silibinin stimulates vasculogenesis and leukopoiesis of ES cells through a NO-mediated and PI3K/AKT- as well as STAT3-regulated signaling pathway. On the other hand Silibinin prevents cardiomyogenesis through inhibition of the Ang II signaling pathway on the level of the ERK1/2, p38 and JNK signaling cascade. In der vorliegenden Studie wurde der Effekt von Silibinin-C-2 , 3-bis (Hydrogensuccinat), Dinatriumsalz auf die kardiovaskuläre Differenzierung und Leukopoiese von ES Zellen der Maus untersucht. Silibinin ist eine in der Milchdistel (Silybum marianum (L.) Gaertn.) vorkommende bioaktive Substanz mit Zell- und Organ-Regenerations-fördernden Eigenschaften. Es konnte gezeigt werden, dass Silibinin die Vaskulogenese, die Expression vaskulogener Proteine (VEGFR2, HIF-1alpha, VE-Cadherin) und Leukopoiese von ES Zellen (CD45+-, CD18+-, CD68+-Zellen) förderte, wogegen eine Inhibition der Kardiomyogenese beobachtet wurde.Silibinin inhibierte die Ang II-vermittelte Stimulation der Kardiomyogenese von ES Zellen und die Ang II-induzierte Steigerung der Kontraktionsfrequenz und der Frequenz von Ca2+ Transienten, jedoch nicht durch Blockierung des AT1 Rezeptors, sondern durch Hemmung der ERK1/2, p38 und JNK Signalwege, die dem AT1 Rezeptor nachgeschaltet sind. In adulten Kardiomyozyten der Ratte revertierte Silibinin die durch Ang II inhibierte Zellkontraktilität.Nach Behandlung differenzierender ES Zellen mit Silibinin konnte im Verlauf weniger Minuten eine Generierung von NO durch Aktivierung der eNOS festgestellt werden. Weiterhin wurde eine Aktivierung des PI3K/AKT und STAT3 Signalweges beobachtet. Eine Inhibition der NO Generierung durch L-NAME, der STAT3 Aktivierung durch Stattic, der AKT Aktivierung durch AKT Inhibitor VIII und der PI3K Aktivierung durch LY294002 verhinderte die Stimulation der Vaskulogenese und Leukopoiese durch Silibinin.Stattic inhibierte die Silibinin-vermittelte eNOS und AKT Aktivierung sowie die NOGenerierung. Der AKT Inhibitor VIII inhibierte die Silibinin-induzierte NO Generierung sowie die eNOS und STAT3 Phosphorylierung. Der PI3Kinase Inhibitor LY294002 inhibierte die Silibinin-induzierte NO Generierung, eNOS Aktivierung und die AKT und STAT3 Phosphorylierung.Die Daten der vorliegenden Studie zeigen somit, dass Silibinin die Vaskulogenese und Leukopoiese von ES Zellen über einen NO-vermittelten und PI3K/AKT und STAT3 regulierten Signalweg induziert. Auf der anderen Seite verhindert Silibinin die Kardiomyogenese durch Inhibition des Ang II Signalwegs auf der Ebene des ERK1/2, p38 und JNK Signalwegs.