劉曉英,馬詩經(jīng),韓 萍,林 麗,杜志云,車 飆
[1.無限極(中國)有限公司,廣東 廣州 510000;2.佛山市康伲愛倫生物技術(shù)有限公司,廣東 佛山 528200;3.廣東工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)藥學(xué)院,廣東 廣州 510006]
作為中藥使用的茯苓,為多孔菌科(Polyporaceae) 真菌茯苓 [Poria cocos(Schw.)Wolf]的干燥菌核,常腐生或寄生于松科植物馬尾松或赤松根部,也被稱為松苓、茯兔、松柏玉等[1],始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,被列為上品,也是我國藥食兩用的傳統(tǒng)中藥材,國內(nèi)云南、安徽、湖北等為其主要產(chǎn)地[2]。茯苓味甘淡,性平,歸心脾經(jīng),具有利水祛濕、健脾安神的功效[3]。研究發(fā)現(xiàn),茯苓中富含多種化學(xué)成分,主要有三萜類、多糖類、甾醇類、氨基酸及微量元素等,其中三萜類和多糖類化合物為茯苓的主要活性成分[4]?,F(xiàn)代藥理學(xué)表明,茯苓具有增強(qiáng)免疫力[5]、降血糖、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、抗炎等功效[6-8],被廣泛應(yīng)用于藥品、食品及保健品領(lǐng)域中。皮膚色素主要包括黑色素、胡蘿卜素、褐色素等,目前皮膚美白主要是通過抑制黑色素的形成[9]。此外,氧自由基、皮膚炎癥及損傷也會(huì)導(dǎo)致皮膚色素增加或沉著[10],因此抑制黑色素、褐色素的生成,以及消除皮膚自由基與炎癥是美白膚質(zhì)或降低色素沉著的有效途徑。目前應(yīng)用的美白功效成分主要包括煙酰胺、熊果苷、光甘草定、抗壞血酸、水飛薊素、白藜蘆醇等,盡管以上成分對(duì)黑色素的生成、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝等途徑具有良好抑制作用,但存在添加量大、水溶性差以及價(jià)格昂貴等問題。因此,開發(fā)天然來源、功效明確、價(jià)格低、水溶性良好的美白因子具有重要意義。
近年來,研究揭示了茯苓中三萜類成分對(duì)酪氨酸酶具有良好的抑制作用[11-12],而逐漸被用于開發(fā)美白護(hù)膚類化妝品,關(guān)于茯苓多糖在美白方面的功效及其作用機(jī)制研究比較少。因此,本研究對(duì)茯苓采用超微粉碎處理,再進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)常用的熱水浸提工藝,以適宜的溫度使得茯苓多糖充分溶出,進(jìn)一步將茯苓粗多糖通過醇沉、膜分離方法得到純化后茯苓多糖,并測定抗氧化活性、抗炎、抑制酪氨酸酶活性,分析不同截留相對(duì)分子質(zhì)量所得茯苓多糖對(duì)自由基清除、抑制炎癥、抑制酪氨酸酶活性的影響,以期為茯苓多糖在抗氧化、美白、消除炎癥護(hù)膚方面的研究開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。
茯苓,佛山市康伲愛倫生物技術(shù)有限公司;葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品(純度>99%),阿拉?。ˋladdin) 試劑公司;酪氨酸酶、二苯代苦味肼基自由基(DPPH)、脂多糖(LPS),上海西格瑪有限公司;無水乙醇、濃硫酸、苯酚等均為分析純,廣州化學(xué)試劑廠;蒸餾水,實(shí)驗(yàn)室自制。
酶標(biāo)儀1510,美國Thermo Fisher公司;UV-3600 Plus紫外可見光分光光度計(jì),SHIMADZU公司;超微粉碎機(jī)WZJ-6B,濟(jì)南倍力粉體工程技術(shù)有限公司;電熱恒溫水浴鍋DK-S22,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;離心機(jī)Z326K,德國Hermle公司;數(shù)控超聲波清洗器KQ3200DE,昆山市超聲儀器有限公司;高速萬能粉碎機(jī)DYF-400C,上海利聞科學(xué)儀器有限公司。
1.2.1 不同分子量茯苓多糖的制備
取茯苓干制品置于60℃烘箱干燥20 min后,經(jīng)高速萬能粉碎機(jī)粉碎并過100目篩,然后用超微粉碎機(jī)進(jìn)行超微粉碎10 min,得到茯苓超微粉。參照參考文獻(xiàn)[13]的方法并進(jìn)行調(diào)整,稱取1 kg茯苓超微粉加入水,料液比為1∶30,浸泡20 min后100℃下提取2 h,經(jīng)300目過濾,濾液備用。濾渣再加入水,料液比為1∶15,按上述條件重復(fù)提取1次,合并提取液經(jīng)300目過濾后,65℃減壓濃縮至體積的1/10。經(jīng)5 000 r·min-1離心10 min,取上層清液加入4倍體積的95%乙醇進(jìn)行沉淀后減壓抽濾,沉淀物依次用無水乙醇、丙酮洗滌3次。將沉淀物冷凍干燥(-50℃,48 h)成粉末后,按照文獻(xiàn)方法進(jìn)行脫蛋白處理5次[14],再經(jīng)冷凍干燥(-50℃,48 h),得茯苓多糖凍干粉(記為PW-P1),測定粗多糖含量。
采用醇沉、聯(lián)合膜分離工藝制備茯苓多糖[15-16]。取離心后的茯苓提取液,在0.1 MPa、30℃、截留相對(duì)分子質(zhì)量為5 kDa、10 kDa超濾膜條件下進(jìn)行超濾,分別收集截留相對(duì)分子質(zhì)量為5 kDa、10 kDa的茯苓提取液,并在65℃濃縮至提取液體積的1/10,濃縮液中加入4倍體積的無水乙醇,放置過夜后,5 000 r·min-1離心10 min,棄去上清液得沉淀,并按1.2.1項(xiàng)下方法脫蛋白后冷凍干燥(-50℃,48 h)得茯苓多糖凍干粉,分別將截留相對(duì)分子質(zhì)量為5 kDa、10 kDa超濾膜分離所得的茯苓多糖將記為PW-P2、PW-P3,進(jìn)行體外活性測試。
1.2.2 茯苓多糖含量測定
1) 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作
采用苯酚硫酸法測定[17],稱取適量葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品,置于105℃烘箱中烘至恒重后,稱取100 mg葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品,在100 mL容量瓶中用蒸餾水定容至刻度,搖勻備用。精密吸取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL,置于 10 mL容量瓶中,加蒸餾水定容,配制成含葡萄糖0、0.02 mg·mL-1、0.04 mg·mL-1、0.06 mg·mL-1、0.08 mg·mL-1、0.10 mg·mL-1的系列葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別移取上述系列葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL,置于10 mL具塞玻璃試管中,依次加入0.5 mL的5%苯酚溶液,2.5 mL濃硫酸搖勻,靜置5 min,90℃水浴加熱20 min,然后冰浴冷卻至室溫。另取1 mL蒸餾水,按照上述操作,作為空白對(duì)照。將上述溶液分別在490 nm波長處測定吸光度值,以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo),以吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
2)茯苓多糖含量的測定
取茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3溶于水中,并稀釋至一定質(zhì)量濃度,吸取1 mL于10 mL具塞試管中,按照1.2.2中1) 項(xiàng)的步驟進(jìn)行操作,測定吸光度值,由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出多糖濃度,按以下公式計(jì)算茯苓多糖含量(X,%):
式中:C為測得茯苓多糖的濃度(mg·mL-1);V為提取液的體積(mL);n為稀釋倍數(shù);0.9為葡萄糖換算成多糖的正交系數(shù)。
1.2.3 茯苓多糖DPPH自由基清除能力的測定
參照參考文獻(xiàn)[18]方法,測定茯苓多糖PWP1、PW-P2、PW-P3的DPPH自由基清除能力。分別取 1 mL 濃度為 0.01 mg·mL-1、0.05 mg·mL-1、0.10 mg·mL-1、 0.20 mg·mL-1、 0.40 mg·mL-1、 0.80 mg·mL-1的PW-P1、PW-P2、PW-P3溶液于試管中,分別加入0.1 mmol·L-1DPPH溶液1.0 mL,充分混勻后避光反應(yīng)20 min,在517 nm處測定吸光度值A(chǔ)i。VC做為陽性對(duì)照,對(duì)照組以無水乙醇代替DPPH溶液,測定吸光度值A(chǔ)j??瞻捉M以蒸餾水代替多糖溶液,測定吸光度值為A0。DPPH自由基清除率(C,%)的計(jì)算公式為:
式中:A0為空白組吸光度值;Ai為茯苓多糖吸光度值;Aj為對(duì)照組吸光度值。
1.2.4 茯苓多糖對(duì)RAW264.7細(xì)胞的作用
測定茯苓多糖對(duì)RAW264.7細(xì)胞的作用[19-20]。小鼠巨噬細(xì)胞系RAW264.7在含有10%FBS胎牛血清、1%雙抗(鏈霉素100 mg·mL-1、青霉素100 U·mL-1)和90%DMEM完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)。待細(xì)胞長滿培養(yǎng)瓶后,按體積1∶3的稀釋比對(duì)細(xì)胞進(jìn)行傳代培養(yǎng)。在 96孔板中加入 8×103個(gè)/孔對(duì)數(shù)期生長的RAW264.7細(xì)胞,37℃、5%CO2條件下孵育過夜。加入濃度為 0~100 μg·mL-1的茯苓多糖 PW-P1、PWP2、PW-P3處理24 h,每孔中加入5 mg·mL-1MTT溶液20 μL,培養(yǎng)箱內(nèi)避光孵育4 h后棄上層培養(yǎng)基,加入100 μL DMSO解甲醛染料,避光震蕩10 min,用酶標(biāo)儀于492 nm處測定吸光度值。
1.2.5 茯苓多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞NO分泌量的影響
細(xì)胞株用內(nèi)含10%FBS的DMEM高糖培養(yǎng)基于37℃、5%CO2恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),細(xì)胞呈對(duì)數(shù)生長,每24小時(shí)更換培養(yǎng)基,細(xì)胞生長至60%~70%傳代。細(xì)胞分組及干預(yù)細(xì)胞分為12組,分別為空白組、LPS模型組、PW-P1組、PW-P2組、PW-P3組。取對(duì)數(shù)生長期的RAW264.7細(xì)胞株,以2×106個(gè)/mL的密度接種于6孔板上,培養(yǎng)箱中孵育24 h后給藥??瞻捉M加入完全培養(yǎng)基,LPS組加入使最終質(zhì)量濃度為2 μg·mL-1的LPS,給藥組分別加入使最終質(zhì)量濃度為 50 μg·mL-1、250 μg·mL-1、500 μg·mL-1、1 000 μg·mL-1的樣品和 2 μg·mL-1的 LPS,使每組的總體積為3 mL,并放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24 h。
收集細(xì)胞上清液,嚴(yán)格按照NO檢測試劑盒說明書進(jìn)行測定。采用完全培養(yǎng)基作為稀釋液稀釋原始濃度為1 mol·L-1的標(biāo)準(zhǔn)品溶液NaNO2。按照150 μL/孔,在96孔板中加入各濃度的對(duì)照品溶液及樣品50 μL,Griess Reagent Ⅰ液及Ⅱ液各 50 μL,于 37℃培養(yǎng)箱中孵育10 min。振蕩器上震蕩5 min后于酶標(biāo)儀540 nm處測定記錄各孔吸光度值。
1.2.6 茯苓多糖對(duì)酪氨酸酶活性的抑制作用測試
研究報(bào)道酪氨酸酶可以催化L-多巴生成多巴色素,多巴色素在波長475 nm處具有最大吸收值。參照參考文獻(xiàn)[12]的方法并略作調(diào)整,酪氨酸酶活性抑制試驗(yàn)利用L-酪氨酸作為底物進(jìn)行催化反應(yīng),用比色法于475 nm處測定吸光度變化。選擇抑制反應(yīng)試驗(yàn)條件為:溫度37℃,水浴恒溫10 min,pH6.8,再反應(yīng)時(shí)間10 min,加入L-酪氨酸的濃度為0.6 mmol·mL-1,酶液量為1.0 mL(97 IU·mL-1)。反應(yīng)中不同濃度的樣品溶液 (包括 0.5 mg·mL-1、1.0 mg·mL-1、2.0 mg·mL-1、4.0 mg·mL-1、6.0 mg·mL-1的茯苓多糖;0.1 mg·mL-1、0.2 mg·mL-1、0.3 mg·mL-1、0.4 mg·mL-1、0.5 mg·mL-1的 VC)、二甲亞砜 (DMSO)、磷酸緩沖液(PBS)、酪氨酸酶液及L-酪氨酸的添加量見表1,各比色管分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)。將水浴鍋內(nèi)的比色管取出,快速測定其在475 nm處的吸光度值。重復(fù)以上步驟,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),求得平均值,按以下公式計(jì)算酪氨酸酶酶活的抑制率(IR,%):
表1 待測液的組成Tab.1 Composition of samples prepared for test of tyrosinase activity
式中:A1為1號(hào)比色管溶液的吸光度值;A2為2號(hào)比色管溶液的吸光度值;A3為2號(hào)比色管溶液的吸光度值;A4為2號(hào)比色管溶液的吸光度值。
以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液濃度(mg·mL-1)為橫坐標(biāo),吸光度值(Abs)為縱坐標(biāo),繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。
圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of glucose
得到的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液線性回歸方程為:
回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.999 8,表明葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品在0~0.10 mg·mL-1內(nèi)濃度與吸光度值呈良好的線性關(guān)系。
進(jìn)一步測定茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3的粗多糖含量,見表2。
表2 茯苓多糖的粗含量Tab.2 The content of Poria Cocos(Schw.)Wolf polysaccharides
如表2所示,茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PWP3的粗多糖含量分別為96.46%、93.18%、92.25%。
采用醇沉、聯(lián)合膜分離技術(shù)經(jīng)純化得到不同分子量范圍的茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3,進(jìn)一步通過體外抗氧化測試,評(píng)價(jià)其對(duì)DPPH自由基清除效果,并與VC進(jìn)行對(duì)照,對(duì)DPPH自由基清除率結(jié)果見圖2。
圖2 茯苓多糖的DPPH自由基清除率Fig.2 DPPH radical scavenging rate of Poria cocos polysaccharides
如圖2所示,在設(shè)定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi),不同分子量的茯苓多糖對(duì)DPPH自由基的清除率呈現(xiàn)出濃度依賴性,PW-P1、PW-P2、PW-P3在質(zhì)量濃度為 0.01 mg·mL-1~0.40 mg·mL-1對(duì) DPPH 自由基清除率范圍分別為3.65%~29.75%、5.92%~31.44%、7.39%~62.74%。質(zhì)量濃度為0.8 mg·mL-1時(shí),對(duì)DPPH自由基清除率分別為39.35%、49.88%、62.74%。計(jì)算得到 PW-P3的 IC50為 0.45 mg·mL-1,而 PW-P1與PW-P2的IC50則大于0.8 mg·mL-1。在同樣濃度下,VC對(duì)DPPH自由基清除率高于PW-P1、PW-P2、PW-P3,其IC50為0.14 mg·mL-1。從以上抗氧化結(jié)果分析,對(duì)不同分離工藝獲得的茯苓多糖抗氧化功效而言,截留相對(duì)分子質(zhì)量為10 kDa的PW-P3抗氧化功效優(yōu)于截留相對(duì)分子質(zhì)量為5 kDa的PW-P2、醇沉分離的PW-P1,說明不同分離工藝影響茯苓多糖的抗氧化活性,可能與其分子量的大小有關(guān)。
茯苓多糖對(duì)RAW264.7細(xì)胞活性影響的結(jié)果見表3。
表3 茯苓多糖對(duì)RAW264.7細(xì)胞活性的影響Tab.3 The effect of Poria cocos polysaccharides on RAW264.7 cell viability
如表3所示,不同濃度的茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3處理RAW 264.7細(xì)胞24 h后,使用MTT法檢測細(xì)胞活性發(fā)現(xiàn),在濃度為1 μg·mL-1~1 000 μg·mL-1茯苓多糖作用下,RAW264.7 細(xì)胞活性均保持在93%以上。與對(duì)照組的細(xì)胞活性相比,不同工藝分離的茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3在上述劑量范圍內(nèi)對(duì)RAW264.7細(xì)胞增殖沒有明顯的抑制效果,后續(xù)采用該系列濃度進(jìn)行抑制RAW264.7細(xì)胞NO分泌的測試。
細(xì)菌、真菌、組織外傷、紫外線、外源性化學(xué)物質(zhì)等都有可能誘發(fā)機(jī)體炎癥,脂多糖LPS(lipopolysaccharide,LPS) 是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外壁的組成成分,作用于機(jī)體時(shí)容易引起強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)。LPS誘發(fā)炎癥發(fā)生過程,由NO合酶(nitric oxide synthase,NOS) 催化 L-精氨酸 (L-Argine) 而生成一氧化氮(nitric oxide,NO),被LPS激活的巨噬細(xì)胞可以大量分泌NO,導(dǎo)致周圍組織的損傷[21]。采用濃度為 50 μg·mL-1~1 000 μg·mL-1的茯苓多糖 PW-P1、PW-P2、PW-P3 作用于濃度為 2 μg·mL-1LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞,考察不同分子量的茯苓多糖對(duì)RAW264.7細(xì)胞分泌NO的影響,結(jié)果詳見表4。
表4 茯苓多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞NO分泌的抑制作用Tab.4 Inhibitory effect of Poria cocos polysaccharides on NO secretion induced by LPS in RAW264.7 cells
由表4可知,與空白組相比,LPS干預(yù)后的RAW264.7細(xì)胞模型組分泌的NO顯著升高(P<0.001),說明了在此濃度下的LPS對(duì)RAW264.7細(xì)胞造成了顯著的炎癥性反應(yīng)。與模型組相比,茯苓多糖 PW-P2、PW-P3 在濃度為 50 μg·mL-1~1 000 μg·mL-1對(duì)LPS誘導(dǎo)NO的分泌具有顯著的抑制作用(P<0.05,P<0.01,P<0.001),茯苓多糖 PW-P1 則在濃度為 250 μg·mL-1~1 000 μg·mL-1時(shí)能顯著降低NO的分泌 (P<0.05,P<0.01),且呈濃度依賴性。與PW-P1相比,經(jīng)過超濾截留收集所得相對(duì)分子量較為集中的茯苓多糖PW-P2、PW-P3,在低濃度時(shí)顯效抑制LPS誘導(dǎo)產(chǎn)生NO,初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果與劉曉菲等[22]采用經(jīng)純化后羧甲基茯苓多糖對(duì)對(duì)脂多糖(LPS) 誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7有一定抑制作用的結(jié)果一致。
在人體皮膚黑色素合成的過程中,酪氨酸酶及其活性起著關(guān)鍵作用[23],目前評(píng)價(jià)中草藥提取物美白功效的體外常用方法為抑制酪氨酸酶活性試驗(yàn)[24]。研究證實(shí)茯苓中三萜類物質(zhì)對(duì)酪氨酸酶具有抑制作用[11-12],但茯苓多糖對(duì)酪氨酸酶的活性影響卻鮮有報(bào)道。為了分析茯苓多糖對(duì)酪氨酸酶活性的影響,采用濃度為 0.5 mg·mL-1~6.0 mg·mL-1茯苓多糖PWP1、PW-P2、PW-P3,以及濃度為 0.1 mg·mL-1~0.5 mg·mL-1VC測定酪氨酸酶的抑制率,結(jié)果見表5。
表5 茯苓多糖對(duì)酪氨酸酶的抑制率Tab.5 Tyrosinase inhibition rate of Poria cocos polysaccharides
由表5可知,在濃度0.5 mg·mL-1~6.0 mg·mL-1范圍內(nèi)的茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3對(duì)酪氨酸酶活性有一定的抑制作用,并且隨著質(zhì)量濃度的增加抑制作用逐漸增強(qiáng),在濃度為6.0 mg·mL-1時(shí),茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3對(duì)酪氨酸酶活性的最大抑制率分別為24.21%、35.39%、38.11%,也進(jìn)一步說明不同分離工藝影響茯苓多糖的抑制酪氨酸酶活性,其可能與茯苓多糖的分子量大小有關(guān)。VC在濃度為0.5 mg·mL-1時(shí)對(duì)酪氨酸酶活性抑制率為69.47%,其IC50為0.39 mg·mL-1。盡管在設(shè)定濃度范圍內(nèi),茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3均未達(dá)到酪氨酸酶IC50抑制率,但仍能夠有效地抑制酪氨酸酶活性,由此可見,茯苓多糖PW-P1、PWP2、PW-P3可作為一種天然美白活性成分應(yīng)用于美白類化妝品。
本研究采用超微粉碎預(yù)處理熱水浸提法提取茯苓多糖,通過醇沉、聯(lián)合膜分離的不同分離方法制備茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3,其粗多糖含量分別為96.46%、93.18%、92.25%。進(jìn)一步測定茯苓多糖PW-P1、PW-P2、PW-P3的DPPH自由基清除率、LPS誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞NO分泌的抑制率及酪氨酸酶活性抑制率,均呈現(xiàn)出良好的量效關(guān)系,同時(shí)試驗(yàn)初步證實(shí)在此工藝條件下制得的茯苓多糖,具有一定的抗炎及抑制酪氨酸酶的活性,且與茯苓多糖不同分子量分布有關(guān),而茯苓多糖的抗炎、美白活性及其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。這為茯苓多糖的體內(nèi)抗炎及美白研究提供了理論依據(jù),為茯苓的精深加工應(yīng)用提供了參考。