李有貴,計(jì)東風(fēng),鐘 石,鄭賢林,時(shí)連根
(1.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物科學(xué)系,浙江杭州 310029;2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所,浙江杭州 310021)
竹節(jié)人參(Panax japonicus C.A.Mey)系五加科植物,為《中國藥典》收載的名貴常用中藥,其主要化學(xué)成分為竹節(jié)人參皂苷[1-2],具有保護(hù)乙醇性胃黏膜損傷和抗氧化等多方面的作用[3-4]。近年來,本課題組研究發(fā)現(xiàn),人工栽培竹節(jié)人參總皂苷具有顯著的體外清除自由基的作用[5],可降低乙醇性肝損傷小鼠血清和肝組織中丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,提高谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性;細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),其可通過上調(diào)GPX3,SOD1和SOD3的mRNA水平,從而發(fā)揮抗氧化作用[5]。但竹節(jié)人參皂苷單體對乙醇性肝細(xì)胞損傷的作用尚未見報(bào)道。因此,本研究對通過高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法(HPLC-ELSD)分離純化得到的純度大于98%的竹節(jié)人參皂苷單體,觀察其對人源性肝細(xì)胞L-O2的生長、細(xì)胞內(nèi)MDA含量及GSH-Px和SOD活性的影響,探討竹節(jié)人參皂苷對乙醇損傷肝細(xì)胞的保護(hù)作用及可能的作用機(jī)制,為竹節(jié)人參的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。
人胚肝細(xì)胞L-O2,中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所。噻唑藍(lán)(MTT)和二甲亞砜(DMSO),美國Sigma公司;RPMI 1640培養(yǎng)基,美國Gibco BRL公司;胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS),杭州四季青生物材料研究所;胰蛋白酶和磷酸鹽緩沖液,美國Amresco公司;MDA含量、SOD和GSH-Px活性測定試劑盒,南京建成生物工程研究所(批號(hào)20100520)。CO2培養(yǎng)箱,美國Thermo公司;Leica-DM2500正置顯微鏡,德國 Leica公司;Nikon-TS100型倒置光學(xué)顯微鏡,日本Nikon公司;Infinite M200酶標(biāo)儀,瑞士TECAN公司;超低溫冰箱,日本Sanyo公司;96和6孔培養(yǎng)板,美國Corning公司;Agilent 1200液相系統(tǒng),包括四元泵,自動(dòng)進(jìn)樣器,自動(dòng)收集器,真空脫氣機(jī),蒸發(fā)光散射檢測器(Sedex 85),法國Sedere公司;操作軟件為 Agilent chemstation,美國 Agilent公司;micrOTOF QⅡ型質(zhì)譜儀,德國Bruker Daltonics公司。針式過濾器,美國Pall公司。
竹節(jié)人參采自浙江臨安青涼峰自然保護(hù)區(qū)人工種植的3年生根莖,由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)信所洪林副研究員鑒定,65℃干燥,常溫粉碎過120目篩備用。準(zhǔn)確稱取竹節(jié)人參粉末10 g,加入乙醚(料液比1 g∶40 ml),超聲波提取4 h,棄去乙醚液,取殘?jiān)鼡]發(fā)乙醚,加甲醇(料液比1 g∶40 ml)超聲波提取4 h,取甲醇提取液,揮發(fā)干燥。提取物加去離子水50 ml溶解后置分液漏斗中,用水飽和的正丁醇萃取5次,每次30 ml,合并正丁醇萃取液。正丁醇萃取液先用1%氫氧化鈉溶液洗滌3次,每次50 ml,棄去堿液,再用正丁醇洗滌3次,每次50 ml,棄去水液。取正丁醇萃取液,蒸干,加甲醇溶解,即得竹節(jié)人參總皂苷粗提液[6]。
竹節(jié)人參總皂苷粗提液過0.45 μm過濾器,濾過液上機(jī)進(jìn)行HPLC分離。色譜柱:ZORBAX SB-C18(150 mm ×2.1 mm,5 μm);柱溫:35℃;流動(dòng)相:0.1%醋酸水溶液(A)和乙腈(B),梯度洗脫〔(0~20 min,(17% ~20%)B;20~21 min,(20% ~24%)B;21~30 min,(24% ~29%)B;30 ~40 min,(29% ~33%)B;40~45 min,(33% ~41%)B;45 ~57 min,(41% ~55%)B;57~58 min,(55% ~90%)B;58~63 min,95%B;63~64 min,(95% ~17%)B;64~70 min,17%B〕,流速 0.6 ml·min-1,蒸發(fā)光散射檢測器,蒸發(fā)溫度40℃,載氣為壓縮空氣,壓力0.34 MPa,增益系數(shù)為1。對每一個(gè)皂苷組分進(jìn)行自動(dòng)收集,同時(shí)進(jìn)行質(zhì)譜分析。
質(zhì)譜分析條件:micrOTOF QⅡ型質(zhì)譜儀采用ESI離子源;掃描方式:負(fù)離子;流速 0.3 ml·min-1;噴霧氣體60 kPa及干燥氣體(6.0 L·min-1)均為氮?dú)?N2);干燥溫度220℃;毛細(xì)管電壓3500 V,毛細(xì)管出口電壓-170.0 V;以氬氣作為碰撞氣體對各個(gè)物質(zhì)進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離電壓在30~50 eV間變化,掃描質(zhì)荷比(mass-to-charge ratio,m/z)范圍為 50 ~3000。
精密稱取純化的竹節(jié)人參皂苷Rg1,Re,Rf,F(xiàn)3,Rg2和 Rd,用無血清培養(yǎng)液(含 0.1%DMSO)溶解后,依次稀釋配制成 0.32,0.64,1.28,2.56 和5.12 g·L-1梯度的樣品溶液,針式過濾器除菌后使用,現(xiàn)配現(xiàn)用。
人胚肝細(xì)胞L-O2采用RPMI 1640培養(yǎng)基(加10%滅活FBS,不含抗生素)置于37℃,5%CO2培養(yǎng)箱中飽和濕度培養(yǎng),2 d換液1次。實(shí)驗(yàn)中所用細(xì)胞均處于對數(shù)生長期,活細(xì)胞數(shù)大于95%。
取對數(shù)生長期細(xì)胞 L-O2經(jīng)胰酶消化后,用RPMI 1640培養(yǎng)液吹打配成細(xì)胞1×108L-1懸液,加入 96 孔培養(yǎng)板,每孔 100 μl,在 5%CO2,37℃ 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。待細(xì)胞完全貼壁后,分別加入6種人參皂苷 100 μl,終濃度分別為 0.16,0.32,0.64和1.28 g·L-1,每組 8 孔;正常對照孔(含細(xì)胞 100 μl)加入含0.1%DMSO 的無血清培養(yǎng)液100 μl;空白對照孔(不含細(xì)胞)加入等量的含人參皂苷無血清培養(yǎng)液,用于MTT測定調(diào)零。培養(yǎng)箱中孵育48 h后,加入 20 μl MTT 5 g·L-1,繼續(xù)培養(yǎng) 4 h,去上清液,加入DMSO 150 μl,在搖床上振動(dòng)搖勻,在酶標(biāo)儀570 nm波長下測得各孔吸光度(absorbance,A)值。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。按下式計(jì)算肝細(xì)胞的存活率。存活率(%)=(實(shí)驗(yàn)組A570nm-正常對照組A570nm)/正常對照組A570nm×100%。
在96孔培養(yǎng)板中加入1×108L-1L-O2細(xì)胞懸液,每孔100 μl。待細(xì)胞完全貼壁后,實(shí)驗(yàn)孔分別加入100 μl乙醇溶液,終濃度分別為 25,50,75,100,200,400和 800 mmol·L-1,正常對照孔加入含0.1%DMSO 的無血清培養(yǎng)液100 μl,空白對照孔加入等量的含人參皂苷無血清培養(yǎng)液。每組8孔。培養(yǎng)箱中孵育48 h后,按1.6方法測定各孔A值。按下式計(jì)算對肝細(xì)胞的抑制率。抑制率(%)=(正常對照組A570nm-實(shí)驗(yàn)組A570nm)/正常對照組A570nm×100%,以確定損傷L-O2細(xì)胞的乙醇濃度。
在96孔培養(yǎng)板中加入L-O2細(xì)胞1×108L-1懸液100 μl。待細(xì)胞完全貼壁后,實(shí)驗(yàn)孔加入50 μl乙醇溶液,終濃度為 200 mmol·L-1,同時(shí)加入 50 μl竹節(jié)人參皂苷樣品液,終濃度分別為0.16,0.32,0.64 和1.28 g·L-1,每個(gè)濃度設(shè) 8 個(gè)復(fù)孔,并設(shè)正常對照組(細(xì)胞,未加乙醇)、乙醇損傷模型組(細(xì)胞,加乙醇,不加藥物)和空白對照孔(不含細(xì)胞,用于MTT測定調(diào)零)。培養(yǎng)箱孵育48 h,按1.6方法測定各孔A值。按1.7方法計(jì)算對肝細(xì)胞的抑制率。
取對數(shù)生長期的細(xì)胞經(jīng)胰酶消化后,分別用RPMI 1640培養(yǎng)液吹打制成細(xì)胞1×109L-1懸液,分別加入24孔培養(yǎng)板,在5%CO2,37℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h,待細(xì)胞完全貼壁后,按1.8方法加入乙醇終濃度200 mmol·L-1和 Rg10.16,Rf 0.64 和 Re 1.28 g·L-1,每個(gè)濃度設(shè)4個(gè)復(fù)孔,并設(shè)正常對照組(細(xì)胞未加乙醇)和乙醇損傷模型組(細(xì)胞加乙醇,不加藥物)。培養(yǎng)箱孵育48 h后收集細(xì)胞,用生理鹽水配置成相同細(xì)胞濃度,超聲波破碎后,按MDA,SOD和GSH-Px測定試劑盒方法測定MDA含量、SOD活性和GSH-Px活性。
由圖1所示,從人工種植的竹節(jié)人參中分離獲得6個(gè)皂苷組分,通過標(biāo)準(zhǔn)品比對,結(jié)合高效液相色譜-電噴霧電離-質(zhì)譜(high performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectroscope,HPLC-ESI-MS)分析,認(rèn)為分別是 Rg1,Re,Rf,F(xiàn)3,Rg2和Rd,其分子結(jié)構(gòu)圖及基團(tuán)見圖2和表1,ESI-MS和相應(yīng)的碰撞誘導(dǎo)解離(collision induced dissociation,CID)數(shù)據(jù)見表 2,其中 ESI-MS-CID 圖譜以Re為例(圖3)。
利用四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜分析(以人參皂苷Re為例),在ESI/MS一級(jí)質(zhì)譜檢測中,加合離子
圖1 高效液相色譜-電噴霧電離-質(zhì)譜分析竹節(jié)人參皂苷粗提物.峰1:Rg1;峰2:Re;峰3:Rf;峰4:F3;峰5:Rg2;峰6:Rd.Fig.1 High performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectroscope profile of saponins from P.japonicus.
圖2 竹節(jié)人參皂苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)式.R1,R2和R3見表1.Fig.2 Chemical structures of saponins from P.japonicus.
[M-H]-為人參皂苷-氫離子、[M+AcO]-為人參皂苷+醋酸根,即m/z 945,1005.5分別代表Re的945[M-H]-和 1005.5[M+AcO]-;在(-)-ESI/MS 二級(jí)質(zhì)譜檢測中,負(fù)離子CID產(chǎn)生系列脫糖碎片離子,m/z 945,799,783,637和475分別代表 Re的945[M-H]-,799[M-Rha-H]-,783[M-Glc-H]-,637[M-Glc-Rha-H]-和 475 [M-2Glc-Rha-H]。
表1 竹節(jié)人參皂苷結(jié)構(gòu)式基團(tuán)Tab.1 Structural information on saponins from P.japonicus
表2 電噴霧電離-質(zhì)譜(ESI-MS)和碰撞誘導(dǎo)解離(CID)竹節(jié)人參皂苷分析結(jié)構(gòu)Tab.2 Electrospray ionization-mass spectroscope(ESI-MS)and corresponding collision induced dissociation(CID)data in the negative ion mode of saponins from P.japonicus
圖3 人參皂苷Re ESI-MS圖譜(A)和CID圖譜(B).Fig.3 ESI-MS spectrum(A)and CID spectrum(B)of saponin Re from P.japonicus obtained in the negative ion mode.
由圖4可知,不同竹節(jié)人參皂苷單體與細(xì)胞L-O2共孵育48 h,其對正常L-O2細(xì)胞增殖的影響明顯不同,其中Rg1和Re表現(xiàn)出明顯的促肝細(xì)胞L-O2增殖的作用(P <0.05,P <0.01);Rf濃度在0.16 ~0.64 g·L-1時(shí)具有促肝細(xì)胞 L-O2 增殖的作用,其中 Rf 0.64 g·L-1組細(xì)胞增殖率達(dá) 28.5%(P<0.01),但隨著濃度的升高則表現(xiàn)出一定的抑制作用(P <0.05);Rd在濃度高于0.16 g·L-1時(shí),具有明顯的抑制肝細(xì)胞L-O2增殖的作用,Rd 0.16 g·L-1時(shí)抑制率高達(dá) 49.7%(P < 0.01);F3> 0.64 g·L-1時(shí)則顯著抑制細(xì)胞 L-O2 生長(P < 0.01),F(xiàn)30.64 g·L-1時(shí)抑制率達(dá) 31.1%;Rg20.16 ~ 1.28 g·L-1對肝細(xì)胞 L-O2 則無明顯作用。
圖4 竹節(jié)人參皂苷對正常人胚肝細(xì)胞L-O2增殖的影響.于對數(shù)生長期的人胚肝細(xì)胞分別加入不同濃度的人參皂苷,正常對照孔加入等量含0.1%DMSO的無血清培養(yǎng)液,培養(yǎng)48 h后用MTT法測定A570 nm.±s,n=8.*P<0.05,**P<0.01,與正常對照組(0)比較.Fig.4 Effect of saponins from P.japonicus on normal L-O2 cells.
當(dāng)乙醇濃度較低時(shí)(<50 mmol·L-1),其對肝細(xì)胞L-O2并不表現(xiàn)出抑制作用,相反可以促進(jìn)細(xì)胞增殖,可能是由于細(xì)胞L-O2以乙醇作為能量從而加速了細(xì)胞增殖;隨著濃度的不斷升高,乙醇對細(xì)胞L-O2表現(xiàn)出明顯的抑制作用,其IC50約為200 mmol·L-1(圖 5)。因此,本研究采用乙醇 200 mmol·L-1制備乙醇損傷細(xì)胞模型。
圖5 乙醇對人胚肝細(xì)胞L-O2的損傷.于對數(shù)生長期的人胚肝細(xì)胞分別加入乙醇50~1600 mmol·L-1,培養(yǎng)48 h.±s,n=8.Fig.5 Injury to L-O2 cells induced by ethanol.
圖6 竹節(jié)人參皂苷對乙醇損傷肝細(xì)胞L-O2的保護(hù)作用.于對數(shù)生長期的人胚肝細(xì)胞分別加入乙醇溶液終濃度為200 mmol·L-1,同時(shí)分別加入終濃度為0.16~1.28 g·L-1竹節(jié)人參皂苷,培養(yǎng)48 h后用MTT法測定 A570 nm.± s,n=8.**P <0.01,與正常對照組比較;#P <0.05,##P <0.01,與乙醇損傷模型組(0)比較.Fig.6 Protective effect of saponins from P.japonicus against ethanol-induced cytotoxicity on L-O2 cells.
由圖6可知,不同竹節(jié)人參皂苷單體對乙醇損傷肝細(xì)胞 L-O2的作用不同,其中在 Rg1和 F30.16 g·L-1時(shí)可顯著降低乙醇對細(xì)胞 L-O2的損傷(P<0.01),但隨濃度的增加其保護(hù)作用逐漸降低;Rf <0.64 g·L-1時(shí)對乙醇損傷肝細(xì)胞L-O2的保護(hù)作用逐漸增大,但 Rf>0.64 g·L-1時(shí)則表現(xiàn)出明顯的毒性作用(P <0.01);Re 0.16 ~1.28 g·L-1可減輕乙醇對肝細(xì)胞L-O2的抑制,對乙醇損傷肝細(xì)胞L-O2具有明顯的保護(hù)作用(P<0.01);Rg2對乙醇損傷肝細(xì)胞L-O2無明顯影響;Rd則可增強(qiáng)乙醇對肝細(xì)胞 L-O2的損傷(P <0.01),Rd濃度 >0.32 g·L-1時(shí),可使細(xì)胞 L-O2 幾乎全部死亡。
根據(jù)上述結(jié)果篩選出對乙醇損傷肝細(xì)胞具有一定保護(hù)作用的竹節(jié)人參皂苷Rg1,Rf和Re,進(jìn)一步測定其對肝細(xì)胞 L-O2 MDA含量、SOD和 GSH-Px活性的影響,發(fā)現(xiàn) Rg10.16 g·L-1,Re 1.28 g·L-1和 Rf 0.64 g·L-1具有明顯的抗氧化作用,能夠清除肝細(xì)胞內(nèi)乙醇代謝產(chǎn)生的 MDA,增加 SOD和GSH-Px的活性(表5)。
肝臟作為體內(nèi)乙醇代謝的最主要器官,主要通過乙醇脫氫酶和微粒體乙醇氧化酶系統(tǒng)進(jìn)行氧化代謝。乙醇在肝細(xì)胞內(nèi)通過細(xì)胞色素P450CYP2E1在鐵離子參與下氧化成為乙醛,同時(shí)產(chǎn)生大量的氧應(yīng)激產(chǎn)物如OH-,O2÷和H2O2等自由基,這些自由基可激活磷脂酶及脂質(zhì)過氧化反應(yīng)來降低膜磷脂,改變其通透性和流動(dòng)性,從而改變與膜結(jié)合的酶、受體和離子通道的微環(huán)境,影響其功能[7-9]。本研究發(fā)現(xiàn),乙醇與人胚肝細(xì)胞L-O2共孵育,當(dāng)乙醇的濃度較低時(shí)(<50 mmol·L-1),其對 L-O2 細(xì)胞存活并不表現(xiàn)出抑制作用,相反可以促進(jìn)細(xì)胞增殖,這可能是由于L-O2細(xì)胞以乙醇作為能量從而加速了細(xì)胞增殖;隨著乙醇濃度的不斷升高,乙醇對 L-O2細(xì)胞存活表現(xiàn)出明顯的抑制作用,推測乙醇可能在代謝過程中產(chǎn)生了大量的氧應(yīng)激產(chǎn)物,從而影響了細(xì)胞的生長和增殖。
表5 竹節(jié)人參皂苷Rg1,Rf和Re對肝細(xì)胞L-O2內(nèi)丙二醛(MDA)水平和超氧化物歧化酶(SOD),谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性的影響Tab.5 Effect of saponins Rg1,Rf and Re from P.japonicus on the malondialdehyde(MDA)level,superoxide dismutase(SOD)and glutathione peroxidase(GSH-Px)activities in ethanol-induced hepatic cells L-O2
有研究表明,一定劑量的竹節(jié)參總皂苷可顯著提高運(yùn)動(dòng)后小鼠肝臟和腦組織中SOD和GSH活性,降低MDA含量,能直接清除自由基,并抑制脂質(zhì)過氧化作用,表明竹節(jié)人參總皂苷能促進(jìn)機(jī)體內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)的產(chǎn)生,抑制MDA生成,是具有開發(fā)價(jià)值的天然抗氧化產(chǎn)物[10]。劉紅等[11-13]通過脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物含量、MDA含量、前列腺素E2含量、SOD活性、GSH-Px活性和乳酸脫氫酶活性等指標(biāo)測定,發(fā)現(xiàn)竹節(jié)人參提取物能通過消除和抑制大、小鼠體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生,提高組織的抗氧化能力,對胃、腦和心肌等組織器官缺血再灌注損傷起到保護(hù)作用。
本研究應(yīng)用HPLC-ELSD從竹節(jié)人參總皂苷分離純化獲得了6個(gè)人參皂苷單體,應(yīng)用ESI-MS鑒定其為 Rg1,Re,Rf,F(xiàn)3,Rg2和 Rd;通過不同竹節(jié)人參皂苷單體與正常肝細(xì)胞L-O2共孵育48 h,測定發(fā)現(xiàn)竹節(jié)人參皂苷單體Rg1和Re表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)L-O2 細(xì)胞增殖的作用;Rf <0.64 g·L-1時(shí)具有促進(jìn)肝細(xì)胞L-O2增殖的作用,隨著濃度的增加表現(xiàn)出一定的毒性作用;在濃度 >0.16 g·L-1時(shí),Rd 具有顯著的抑制 L-O2細(xì)胞增殖的作用,且 Rd 0.16 g·L-1時(shí)抑制率高達(dá)49.7%;F3 在濃度高于 0.64 g·L-1時(shí)則顯著抑制L-O2生長,抑制率達(dá) 43.3%;Rg20.16 ~1.28 g·L-1對肝細(xì)胞 L-O2 則無明顯作用。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),Re對乙醇損傷的L-O2細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用;Rf<0.64 g·L-1時(shí)對乙醇損傷的L-O2 細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用,但 Rf>0.64 g·L-1時(shí)則表現(xiàn)出明顯的毒性作用;在 Rg1和 F30.16 g·L-1時(shí)可降低乙醇對肝細(xì)胞 L-O2損傷,但隨著劑量增加則表現(xiàn)出一定的毒性;Rg2對乙醇損傷的肝細(xì)胞L-O2無明顯保護(hù)作用,但亦未表現(xiàn)出明顯的毒性作用;Rd則可加強(qiáng)乙醇對L-O2細(xì)胞的損傷,在濃度大于0.32 g·L-1時(shí),可使 L-O2 細(xì)胞幾乎全部死亡。分析肝細(xì)胞內(nèi)液相關(guān)生化指標(biāo)MDA,SOD和GSH-Px發(fā)現(xiàn),Rg1,Rf和 Re具有明顯的抗氧化性能,能夠清除肝細(xì)胞內(nèi)乙醇代謝產(chǎn)生的MDA,提高抗氧化酶SOD和GSH-Px的活性,這可能是其保護(hù)乙醇性L-O2細(xì)胞損傷的一個(gè)重要原因。不同人參皂苷單體對乙醇損傷肝細(xì)胞的保護(hù)作用有待進(jìn)一步研究。
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