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    L-茶氨酸改善熱應(yīng)激引起的小鼠組織損傷和氧化逆境

    2017-02-22 03:32:00郭晨劉林峰向奕羅莉林玲肖文軍
    茶葉科學(xué) 2017年1期
    關(guān)鍵詞:氨酸空腸熱處理

    郭晨,劉林峰,向奕,羅莉,林玲,肖文軍,3*

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    L-茶氨酸改善熱應(yīng)激引起的小鼠組織損傷和氧化逆境

    郭晨1,2,劉林峰1,2,向奕1,2,羅莉1,2,林玲1,2,肖文軍1,2,3*

    1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院茶學(xué)教育部重點實驗室,湖南長沙410128;2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心,湖南長沙410128;3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心,湖南長沙410128

    以SPF級Slca/KM雄性小鼠作為實驗對象,在恒溫恒濕模擬氣候箱進行熱處理,灌喂干預(yù)不同劑量L-茶氨酸,考察L-茶氨酸對小鼠采食量、體重變化、空腸切片病理情況、器官指數(shù)、血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)與谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性、血清腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)和干擾素-γ(IFN-γ)含量、肝組織丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和過氧化氫酶(CAT)活性以及肝組織病理學(xué)變化的影響,以探討L-茶氨酸改善熱處理引起的小鼠組織損傷和氧化逆境作用。結(jié)果表明,L-茶氨酸能在一定程度上促進熱處理小鼠采食量和體重的增加,降低肝臟和脾臟器官指數(shù),降低血清ALT、AST酶活性,抑制血清炎癥介質(zhì)TNF-α、IL-6、IFN-γ的含量,降低肝組織MDA含量,提高SOD、GSH-Px、CAT酶活性,減輕熱處理對空腸及肝臟組織的損傷,且以L-茶氨酸中劑量處理效果較好。說明L-茶氨酸具有改善熱處理引起的小鼠組織損傷和氧化逆境的作用,主要表現(xiàn)為提高小鼠營養(yǎng)物質(zhì)吸收能力、減少炎性細胞因子表達,以及降低氧化損傷。

    L-茶氨酸;熱處理;組織損傷;氧化逆境

    熱應(yīng)激是機體對高溫應(yīng)激原所產(chǎn)生的一種非特異性防御應(yīng)答反應(yīng),在熱應(yīng)激條件下,機體須通過調(diào)節(jié)自身代謝率等途徑來減少產(chǎn)熱、增加散熱,以適應(yīng)高溫環(huán)境[1],但當熱應(yīng)激超出機體自我調(diào)節(jié)范圍時,則會導(dǎo)致生理功能紊亂,出現(xiàn)生長與生產(chǎn)性能降低等危害[2]。肝臟是機體內(nèi)以代謝功能為主的一個器官,熱應(yīng)激可引起肝臟組織出現(xiàn)裂紋增多、排列疏松、肝細胞水腫變大以及肝臟氧化等損傷[3]。我國南方夏秋季氣溫高、相對濕度大、持續(xù)時間長,由此而引起的熱應(yīng)激不僅對畜禽養(yǎng)殖業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失,而且也嚴重影響了南方人們的身體健康[4-7]。研究表明,在飲用水或飼料中添加Vc、VE、特丁基對苯二酚(TBHQ)、葡萄籽提取物、γ-氨基丁酸或其他“中草藥”[8-10],可較好地起到預(yù)防熱應(yīng)激危害的作用。L-茶氨酸是茶葉中的特征性氨基酸,占茶葉干重的1%~2%,屬谷氨酰胺類化合物,具有抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、降血壓、安神鎮(zhèn)靜、拮抗谷氨酸過量而產(chǎn)生的細胞興奮性毒性等多種生物活性,被譽為“天然鎮(zhèn)靜劑”[11-14],但目前尚未見L-茶氨酸應(yīng)用于抗熱應(yīng)激的研究報道。本研究從采食量與體重、器官指數(shù)、炎性細胞因子、氧化酶活性及肝臟組織損傷等角度,探討L-茶氨酸對熱處理引起的小鼠組織損傷和氧化逆境的改善作用,為南方夏秋季高溫高濕的環(huán)境下增強機體抗熱應(yīng)激能力,以及促進L-茶氨酸的高值化利用等提供參考。

    1 材料與方法

    1.1 材料、試劑與儀器設(shè)備

    1.1.1 材料

    L-茶氨酸(純度≥98%),購于德國Sigma試劑公司。

    1.1.2 試劑

    腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor, TNF-α)、白細胞介素6(Interleukin-6, IL-6)、干擾素-γ(Interferon-γ, IFN-γ)ELISA試劑盒購于北京誠林生物科技有限公司;谷丙轉(zhuǎn)氨酶(Alanine aminotranferease, ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(Aspartate aminotransferase, AST)、丙二醛(Malondialdehyde, MDA)、谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase, GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)試劑盒購于南京建成生物工程研究所;BCA蛋白質(zhì)定量試劑盒購于天根生化科技(北京)有限公司。

    1.1.3 儀器設(shè)備

    多功能酶標儀(賽默飛世爾上海儀器有限公司)、MIKRO22R型臺式冷凍離心機(德國Hettich公司)、紫外分光光度計UV-2550(日本島津公司)、壓力蒸汽滅菌鍋(上海中安醫(yī)療器械廠)、電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)。

    1.2 方法

    1.2.1 動物實驗設(shè)計

    SPF級Slca/KM 8周齡雄性小鼠,購于湖南斯萊克景達實驗動物有限公司,飼料亦購于該公司。將60只小鼠隨機分成正常組、熱處理對照組、L-茶氨酸低劑量組、L-茶氨酸中劑量組、L-茶氨酸高劑量組和Vc組6組,每組10只,每籠5只混合飼養(yǎng),自由采食和飲水。小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)7?d后,開始正式實驗。1~14?d:溫度(25±1)℃、濕度(60±5)%,L-茶氨酸低、中、高劑量分別為100、300、400?mg·kg-1·d-1,Vc組為300?mg·kg-1·d-1;15~21?d對熱處理對照組、L-茶氨酸低、中、高劑量組和Vc組進行熱處理:每天11:00—13:00進行一定溫度(39±1)℃和濕度(75±5)%的處理,其他同前期。正常組始終處于溫度(25±1)℃、濕度(60±5)%條件下[15-16]。

    L-茶氨酸和Vc用飲用水配成相應(yīng)濃度,各組小鼠定時定點接受灌喂,每只灌喂0.3?mL,正常組和熱處理對照組灌喂等體積飲用水,最后一次灌喂結(jié)束后禁食12?h,摘眼球取血,并解剖取心、肝、脾、肺、腎。

    1.2.2 小鼠采食量和體重測定

    各組小鼠每日定量添加(100±2)g日糧,定時回收并稱量當日剩余日糧,同時每只小鼠隔日稱量體重。

    1.2.3 器官指數(shù)測定

    將小鼠各器官用4℃生理鹽水洗凈血漬,濾紙吸干表面水分后稱其濕重。

    器官指數(shù)(%)=器官濕質(zhì)量(g)/小鼠體質(zhì)量(g)×100。

    1.2.4 血清ALT與AST酶活性及TNF-α、IL-6、IFN-γ含量測定

    各組小鼠摘眼球取血,冰上靜置2?h,3?000?r·min-1、4℃離心10?min,取上清液,嚴格按試劑盒說明書步驟操作檢測血清ALT、AST酶活性水平,同時嚴格按ELISA試劑盒說明書檢測TNF-α、IL-6、IFN-γ含量。

    1.2.5 肝組織勻漿液中MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT酶活性測定

    取凍存組織,置于組織勻漿機于冰上勻漿,加預(yù)冷生理鹽水制備10%的肝勻漿,嚴格按試劑盒說明書步驟操作、檢測肝臟MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT酶活性。

    1.2.6 空腸和肝臟組織病理學(xué)觀察

    分別取空腸和肝臟右葉同一部位經(jīng)10%甲醛固定24?h,石蠟包埋切片,HE染色,光鏡下分別觀察空腸和肝臟組織病理變化。

    1.3 統(tǒng)計處理

    采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析,各組間采用最小顯著差數(shù)法(LSD)檢驗,統(tǒng)計結(jié)果以均數(shù)±標準差()表示,<0.05表示有顯著性差異,具有統(tǒng)計學(xué)意義。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 對小鼠采食量和體質(zhì)量的影響

    表1顯示,各組小鼠在1~14?d期間,采食量均呈上升趨勢。15~21?d熱處理期間,與正常組相比,熱處理對照組小鼠采食量呈下降趨勢,說明熱處理影響了小鼠的采食量;與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組均能提高熱處理條件下的小鼠采食量;不同L-茶氨酸劑量組相比,以L-茶氨酸中劑量組效果最佳,且其效果優(yōu)于Vc組??梢奓-茶氨酸具有增加熱處理條件下小鼠采食量的作用。

    L-茶氨酸對小鼠體質(zhì)量的影響見表2。從表中可以看出,各組小鼠在1~14?d期間,體質(zhì)量呈上升趨勢。15~21?d熱處理期間,與正常組對比,熱處理對照組小鼠體質(zhì)量顯著下降;與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組均能減緩熱處理條件下的體質(zhì)量下降,其中以L-茶氨酸中劑量組的效果更好,與正常組體質(zhì)量最為接近,效果亦優(yōu)于Vc組,說明L-茶氨酸具有增加熱處理條件下小鼠體質(zhì)量的作用。

    表1 L-茶氨酸對小鼠采食量的影響(n=10)

    注:與正常組比較,*:<0.05,**:<0.01;與熱處理對照組比較,#:<0.05,##:<0.01。下同。

    Note: Compared with normal group, *:<0.05, **:<0.01. Compared with heat treated group, #:<0.05, ##:<0.01. The same below.

    2.2 對小鼠器官指數(shù)的影響

    對各處理小鼠器官指數(shù)進行了測定,結(jié)果如表3所示。從表中可以看出,與正常組相比,熱處理引起小鼠器官指數(shù)上升,其中對肝臟和脾臟指數(shù)的影響達極顯著水平(<0.01)。與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組均可顯著降低小鼠肝臟和脾臟指數(shù),且其中以L-茶氨酸中劑量組效果更佳,并優(yōu)于Vc組,說明L-茶氨酸具有降低熱處理條件下小鼠器官指數(shù)上升的作用。熱處理對各處理組其他指數(shù)無顯著影響。

    2.3 對小鼠血清ALT、AST酶活性的影響

    由表4可知,與正常組相比,熱處理對照組小鼠血清ALT、AST酶活性顯著升高(<0.01)。與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組及Vc組均能顯著降低熱處理條件下小鼠血清中ALT、AST酶活性的升高,其中以L-茶氨酸中劑量組效果最佳,說明L-茶氨酸能明顯改善熱處理條件下血清ALT、AST酶活性。

    2.4 對小鼠血清中TNF-α、IL-6和IFN-γ含量的影響

    由圖1得知,與正常組對比,熱處理對照組小鼠血清炎癥因子TNF-α、IL-6和IFN-γ含量顯著升高,說明熱處理引起了小鼠體內(nèi)炎癥反應(yīng)。與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組和Vc組均能顯著降低炎癥因子的含量,減輕炎癥反應(yīng);L-茶氨酸各劑量組相比,以L-茶氨酸中劑量組的降低效果最佳,其效果亦優(yōu)于Vc組,說明L-茶氨酸能減輕熱處理條件下小鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。

    表2 L-茶氨酸對小鼠體質(zhì)量的影響(n=10)

    注:a:熱處理期間體質(zhì)量變化;b: 飼養(yǎng)期間體質(zhì)量變化量。

    Note: a: Weight changes during the heat treated, b: Increased weight.

    表3 L-茶氨酸對小鼠器官指數(shù)的影響(n=10)

    表4 L-茶氨酸對小鼠血清ALT、AST酶活性的影響(n=10)

    2.5 對小鼠肝組織勻漿MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT酶活性的影響

    對各處理小鼠肝組織勻漿MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT酶活性的測定結(jié)果(表5)表明,與正常組比較,熱處理對照組小鼠肝組織勻漿中MDA含量顯著升高(<0.01),抗氧化酶SOD、GSH-Px、CAT酶活性顯著降低(<0.01)。與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組及Vc組MDA含量均顯著降低;除L-茶氨酸高劑量組GSH-Px酶活力與熱處理對照組間差異不顯著外,其余各處理SOD、GSH-Px、CAT酶活力較熱處理對照組均顯著提高,其中以L-茶氨酸中劑量組效果最佳,說明L-茶氨酸可以改善熱處理條件下小鼠的肝臟氧化逆境作用,且效果優(yōu)于Vc。

    表5 L-茶氨酸對小鼠肝組織勻漿MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT酶活性的影響

    2.6 對小鼠空腸組織和肝臟組織的影響

    各處理小鼠空腸組織切片見圖2。從圖2可以看出,正常組小鼠空腸絨毛排列整齊;熱處理條件下,小鼠空腸絨毛排列紊亂,絨毛出現(xiàn)變短、變粗,以及斷裂的現(xiàn)象;與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組空腸絨毛排列較整齊,僅少量斷裂,其中以L-茶氨酸中劑量組效果最佳,且優(yōu)于Vc組??梢奓-茶氨酸具有減輕熱處理對小鼠空腸組織損傷的作用。

    各處理小鼠肝組織切片的觀察結(jié)果(圖3)顯示,正常組小鼠肝臟切片的肝小葉形態(tài)清晰可見,肝細胞整齊排列在中央靜脈周圍。與正常組相比,熱處理對照組小鼠中央靜脈周圍出現(xiàn)細胞腫大,圖3-b中箭頭標記處可見胞漿呈半透明狀,嗜酸性粒細胞單核細胞等炎性細胞聚集。與熱處理對照組相比,L-茶氨酸各劑量組和Vc組肝索排列較為整齊,核仁明顯,中央靜脈周圍僅輕微腫脹和少量炎性細胞浸潤,其中以L-茶氨酸中劑量組效果最佳,說明L-茶氨酸具有減輕熱處理對小鼠肝臟組織損傷的作用。

    注:a:正常組;b:熱處理對照組;c:L-茶氨酸低劑量組;d:L-茶氨酸中劑量組;e:L-茶氨酸高劑量組;f:Vc組。圖3同。

    圖3 各組小鼠肝組織切片

    3 討論

    熱應(yīng)激條件下,機體主要通過神經(jīng)中樞的調(diào)節(jié)作用和減弱消化吸收能力兩條途徑來抗熱應(yīng)激[16]。空腸是機體腸道中獲取營養(yǎng)物質(zhì)的重要部位,空腸蠕動快,消化和吸收力強,當空腸組織受到損傷時,其消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力減弱,進而導(dǎo)致機體生長性能下降。同時,在正常條件下,機體的免疫系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),當發(fā)生熱應(yīng)激時,細胞因子表達量出現(xiàn)顯著變化,免疫系統(tǒng)失調(diào),機體出現(xiàn)炎癥反應(yīng),并容易導(dǎo)致機體產(chǎn)生大量自由基,自由基積累過多時,造成營養(yǎng)物質(zhì)蛋白質(zhì)、脂類、糖等過氧化,造成氧化損傷。Vc因具有較好的抗氧化性能而被認為是一種理想的熱應(yīng)激添加劑[9],可起到較好的預(yù)防熱應(yīng)激危害的作用。本研究采用Vc作對比,其目的是為了比較L-茶氨酸與Vc對改善熱處理引起的小鼠組織損傷和氧化逆境的效果差異。本研究從采食量與體質(zhì)量、器官指數(shù)、炎癥反應(yīng)、氧化酶活性,以及空腸組織和肝臟組織病理等角度證實了L-茶氨酸具有改善熱處理引起的小鼠組織損傷和氧化逆境的作用,其中以中劑量的L-茶氨酸效果最佳,且優(yōu)于Vc。其原因主要有3個方面:一是雖然從分子結(jié)構(gòu)以及體外抗氧化活性實驗結(jié)果來看,Vc的抗氧化能力遠高于L-茶氨酸,但Vc在溶液中很不穩(wěn)定,且其穩(wěn)定性隨著溫度的升高而降低[17],在熱處理條件下容易被氧化失活;二是L-茶氨酸不僅具有可分別通過非酶促抗氧化,以及SOD、G GSH -Px抗氧化作為第一、第二防線來抑制過氧化物與過氧化氫等產(chǎn)生的雙重抗氧化作用[18],而且還具有調(diào)節(jié)免疫、降血壓、安神鎮(zhèn)靜、拮抗谷氨酸過量而產(chǎn)生的細胞興奮性毒性等多種生物活性[12-14];三是盡管L-茶氨酸的安全劑量范圍較大(100~300?mg·kg-1),但研究發(fā)現(xiàn),劑量過高(如500?mg·kg-1)也會導(dǎo)致炎癥因子產(chǎn)生等副作用[18]。本研究中L-茶氨酸中劑量處理效果最佳的結(jié)果與前人的研究結(jié)果[18]相吻合。由此說明,L-茶氨酸對熱處理小鼠肝臟損傷及氧化逆境具有改善作用,主要表現(xiàn)為提高機體營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收,降低炎癥因子TNF-α、IL-6和IFN-γ含量,減少肝臟中過氧化脂質(zhì)降解產(chǎn)物MDA,以及提高抗氧化酶SOD、GSH-Px、CAT活性及減緩空腸組織和肝臟損傷,但其作用機制尚有待進一步研究。

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    L-theanine AttenuatesTissue and Oxidative Damages in Heat Stressed Mice

    GUO Chen1,2, LIU Linfeng1,2, XIANG Yi1,2, LUO Li1,2, LIN Ling1,2, XIAO Wenjun1,2,3*

    1. Key Lab of Tea Science of Ministry of Education, 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Botanical Functional Ingredients, 3. Hunan Collaborative Innovation Center for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China

    The effects of different dosages of L-theanine on SPF grade Balb/KM male mice under heat treatment, including feed intake, weight, organs index, histopathological features of jejunum, activities of serum alanine aminotranferease (ALT) and aspartate aminotransferase (AST), contents of tumor necrosis factor (TNF-α), interleukin-6 (IL-6), interferon-γ (IFN-γ) in serum, content of liver homogenate malondialdehyde (MDA), activities of liver homogenate superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GSH-Px) and histopathological features of liver tissue were studied. Results showed that pretreatment with different dosages of L-theanine increased the feed intake and body weight of the mice, enhanced the activities of liver homogenate SOD, CAT, GSH-Px, decreased the index of liver and spleen, damages in the jejunum, activities of serum ALT, AST, contents of TNF-α, IL-6 and IFN-γ in serum, content of liver homogenate MDA and attenuated the damages of liver by heat treatment. The best attenuating effect of L-theanine on damages was under middle dosage treatment. It suggests that L-theanine mainly improves the absorptive capacity, reduces the expressions of inflammatory cytokines and oxidative damage in mice, which finally attenuate the tissue and oxidative damages caused by heat stress.

    L-theanine, heat stress, tissue damage, oxidative stress

    TS272;Q51

    A

    1000-369X(2017)01-017-08

    2016-06-02

    2016-09-18

    國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAD10B00)

    郭晨,女,碩士研究生,主要從事茶葉功能成分的利用研究。

    xiaowenjun88@sina.com

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