張澤坤,楊 濤,易 沖,王一凡,賴慧寧,陳雨涔,羅紅宇
(1.浙江海洋大學 食品與藥學學院,浙江 舟山 316022;2.煙臺市海洋研究院,山東 煙臺 264003)
痛風已成為我國高發(fā)的代謝性疾病,除遺傳外,飲食不當和不良生活方式是痛風高發(fā)的主要原因[1]。痛風是由體內(nèi)嘌呤代謝紊亂及(或)尿酸排泄減少導致的尿酸鈉或尿酸鈉結(jié)晶沉積在關節(jié)、組織、器官的一種臨床綜合征,其臨床主要表現(xiàn)為高尿酸血癥(hyperuricemia,HUA)和急性痛風性關節(jié)炎(gouty arthritis,GA)[2-4]。臨床治療常采用別嘌呤醇和非布司他抑制黃嘌呤氧化酶活性,從而間接遏制人體產(chǎn)生過高水平的血尿酸,但都存在不同程度的不良反應[5-6]。此外,苯溴馬隆通過抑制腎小管對尿酸的重吸收,促進尿酸排泄降低血液中尿酸濃度,從而實現(xiàn)降尿酸的目的,但該藥具有強烈的胃腸道反應和肝毒性等[7]。面對痛風發(fā)病率逐年增加的趨勢,亟需尋找低毒、副反應小的新型抗痛風藥物[8]。
黑樹莓(Rubus mesogaeus)學名喜陰懸鉤子,屬于薔薇科懸鉤子,屬多年生落葉灌木,果實為小漿果,被譽為天然綠色健康食品[9],富含生物活性物質(zhì)如黃酮、多酚、花色苷等[10]。黃酮類化合物是一類具有抗腫瘤、降血壓、抗炎、清除自由基等作用,且毒副作用小的天然產(chǎn)物[11-13]。有文獻報道,植物的黃酮具有抑制黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XOD)活性,顯示有潛在的抗痛風功效[14-15]。民間流傳利用黑樹莓泡制酒治療痛風的偏方,但由于配方欠精準、泡制工藝較粗放,導致機理不明確、治療功效不穩(wěn)定[16]?;谇捌谡n題組對黑樹莓醇提工藝及其抑制XOD酶學特性研究的基礎發(fā)現(xiàn),黑樹莓的醇提液可抑制XOD催化黃嘌呤生成尿酸,有緩解痛風功效[16-17]。研究表明,蕎麥酒具有降血脂和膽固醇、軟化血管等保健作用[18]。因此,以蕎麥原漿酒代替白酒為酒基制備黑樹莓泡制酒,以期開發(fā)一款具有營養(yǎng)保健效果的抗痛風產(chǎn)品。
本研究以黑樹莓為原料、蕎麥原漿酒為酒基進行泡制制備黑樹莓泡制酒,通過單因素試驗及響應面試驗優(yōu)化其泡制工藝條件,采用小鼠高尿酸血癥模型和急性痛風性關節(jié)腫脹模型分析黑樹莓泡制酒對小鼠血清和尿液中尿酸含量、血清的XOD活性及關節(jié)腫脹度變化的影響,以期探究黑樹莓泡制酒對痛風的治療效果,為抗痛風藥物的開發(fā)提供實驗基礎和理論依據(jù)。
1.1.1 材料
塔斯州黑樹莓:浙江省余姚市塔斯州黑樹莓研究所;黑樹莓汁(黃酮含量為0.48 mg/mL):自制;蕎麥原漿酒:市售。
無特定病原體(specific pathogen free,SPF)級美國癌癥研究所(institute of cancer research,ICR)雄性小鼠35只,體質(zhì)量(20.32±1.30)g,周齡6~8周,動物合格證號:SCXK 2014-0001,由浙江省實驗動物中心提供,飼養(yǎng)于浙江海洋大學動物實驗中心,溫度(22±2.4)℃,相對濕度15%~25%,自由飲水攝食,每天燈照12 h,定期更換墊料。實驗結(jié)束后頸部脫臼處死,之后交由學校動物實驗中心統(tǒng)一處理。
1.1.2 試劑
尿酸鈉(分析純)、蘆丁標準品(純度≥98%):美國Sigma公司;別嘌呤醇、苯溴馬?。赫憬凵嚼锟洗笏幏?;尿酸(uric acid,UA)檢測測試盒、黃嘌呤氧化酶(XOD)測試盒:南京建成生物工程研究所;甲醇(色譜級)、氧嗪酸鉀、尿酸、氯化鈉、無水乙醇(均為分析純)、AB-8大孔吸附樹脂:國藥集團化學試劑有限公司。
α-1502紫外可見分光光度計:上海譜元儀器有限公司;Tecan Spark多功能酶標儀:瑞士帝肯M?nnedorf公司;JJ500型電子天平:常熟市雙杰測試儀器廠;Multifuge X1R高速冷凍離心機:美國Thermo Fisher Scientific公司;RV10自動控制性旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:迪圖(上海)生物科技有限公司;Agilent 1200高效液相色譜儀:南京利爾實驗儀器設備有限公司;MD-99-2A柱層析系統(tǒng):上海滬西分析儀器廠有限公司。
1.3.1 黑樹莓泡制酒的制備
以酒精度為47%vol的蕎麥原漿酒作為酒基,蕎麥原漿酒與黑樹莓按液料比1∶1(mL∶g)在室溫下泡制60 d,制得黑樹莓泡制酒,總黃酮含量為0.96 mg/mL。
1.3.2 黑樹莓泡制酒泡制工藝優(yōu)化單因素試驗
考察液料比(4.0∶1.0、3.0∶1.0、2.0∶1.0、1.5∶1.0、1.0∶1.0(mL∶g))、泡制時間(15 d、30 d、45 d、60 d、75 d)、蕎麥原漿酒酒精度(39%vol、43%vol、47%vol、51%vol、55%vol)對XOD抑制率的影響。
1.3.3 黑樹莓泡制酒泡制工藝優(yōu)化響應面試驗
在單因素試驗基礎上,以黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率(Y)為響應值,以影響黑樹莓常溫泡制效果的液料比(A)、泡制時間(B)和蕎麥原漿酒酒精度(C)為自變量,對黑樹莓泡制酒泡制工藝進行優(yōu)化。利用Design-Expert 11.0.4軟件設計3因素3水平的響應面試驗,試驗因素與水平見表1。
表1 黑樹莓泡制酒泡制工藝優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for soaking process optimization of black raspberry soaking spirit
1.3.4 黑樹莓泡制酒對XOD的抑制性能測定
以黃嘌呤為底物,XOD催化黃嘌呤生成的尿酸在波長290 nm下有明顯的特征吸收峰,參考文獻[19]的方法稍作修改。體系總體積為200 μL,將磷酸緩沖液、黃嘌呤氧化酶溶液、各樣品依次加入96孔板,常溫反應30 min,加入不同濃度黃嘌呤,具體加入量見表2。采用酶標儀在波長290 nm處每間隔20 s測定反應體系中尿酸的吸光度值,每組平行測定3次。以XOD抑制劑別嘌呤醇作為陽性對照,磷酸緩沖液為陰性對照。設置空白組是排除試劑本身對實驗的干擾。據(jù)此計算不同樣品在反應體系中黃嘌呤氧化酶(25 U/L)的活力,進行酶抑制實驗。XOD酶活抑制率的計算公式如下:
表2 黃嘌呤氧化酶活性測定實驗組別設計Table 2 Design of experimental group for xanthine oxidase activity determination μL
1.3.5 試驗動物的分組及造模
35只SPF級雄性小鼠適應性飼養(yǎng)7 d后,根據(jù)參考文獻[20-22]按表3隨機分為7組,具體分組見表3,除正常組按劑量(1 mL/100 g)灌胃小鼠外,其他各組每日上午九時腹腔注射造模藥物(30 mg/100 g氧嗪酸鉀+25 mg/100 g尿酸),連續(xù)9 d。在第5天腹腔注射造模藥物后,正常組注射0.05 mL生理鹽水,其余各組注射0.05 mL(25 mg/mL)尿酸鈉誘導急性痛風性關節(jié)炎。從造模第5天開始,各組造模1 h后,正常組和模型組給予等體積生理鹽水,其余各組按相應劑量灌胃實驗藥物。在第9天造模、給藥后,小鼠禁食不禁水,3 h后收集尿液,新鮮尿樣以3 500 r/min離心10 min,取上清液對尿液中尿酸含量進行測定。12 h后內(nèi)眥取血,取血樣在3 500 r/min離心10 min,測定血清中尿酸含量和XOD活力。
表3 實驗動物的分組Table 3 Grouping of experimental animal
1.3.6 測定方法
(1)理化指標的檢測
總黃酮含量的測定:參照參考文獻[23],以蘆丁的質(zhì)量濃度(X)為橫坐標,以波長505 nm時的吸光度值(Y)為縱坐標,繪制蘆丁標準曲線,建立蘆丁標準曲線回歸方程Y=12.57X+0.010 4(相關系數(shù)R2=0.999 9),根據(jù)標準曲線回歸方程計算樣品中的總黃酮含量。
多酚含量測定:采用福林酚法,參照文獻[24]方法,以沒食子酸為標準品,以沒食子酸質(zhì)量濃度(X)為橫坐標,以波長765 nm時的吸光度值(Y)為縱坐標,建立沒食子酸標準曲線回歸方程Y=11.23X+0.033 3(相關系數(shù)R2=0.999 1),根據(jù)標準曲線回歸方程計算樣品中的多酚含量。
花色苷含量的測定:采用分光光度計法[25],以蘆丁不同質(zhì)量濃度(X)為橫坐標,以波長510 nm處的吸光度值(Y)為縱坐標,繪制蘆丁標準曲線,其線性回歸方程為Y=1.102X-0.010 4Y(相關系數(shù)R2=0.999 6)。
(2)小鼠體態(tài)觀察
試驗期間每天觀察并記錄各組小鼠的毛色、精神狀態(tài)等情況。
(3)平均體質(zhì)量和食量的變化
每天實驗前固定時間記錄各組小鼠平均體質(zhì)量和飼料質(zhì)量,評估實驗對小鼠的影響。
(4)血清、尿液中尿酸含量的檢測
按《尿酸(UA)檢測試劑盒說明書》測定各組小鼠血清和尿液中尿酸的含量。
(5)血清中XOD活力的檢測
按《黃嘌呤氧化酶(XOD)測定試劑盒說明書》測定各組小鼠血清中XOD的活力。
(6)關節(jié)腫脹度的測量
在實驗的第5天造模、給藥前,用記號筆標注小鼠受試部位,采用縛線法測量小鼠原始周長,注射尿酸鈉混懸液后分別記錄0 h、2 h、4 h、8 h的小鼠關節(jié)注射部位的周長,計算關節(jié)腫脹度,其計算公式如下:
1.3.7 統(tǒng)計分析
使用軟件OriginPro 8.0進行繪圖,采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及顯著性、相關性檢驗,P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著。
料液比、泡制時間和酒精度對XOD抑制率的影響見圖1。由圖1A可知,隨著液料比在4.0∶1.0~1.5∶1.0(mL∶g)范圍內(nèi)的升高,黑樹莓泡制酒對XOD酶的抑制率也逐漸增加;當液料比為1.5∶1.0(mL∶g)時,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率為40.98%;液料比>1.5∶1.0(mL∶g)后,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率逐漸平穩(wěn)。因此,確定最適的液料比為1.5∶1.0(mL∶g)。由圖1B可知,隨著泡制時間在15~60 d范圍內(nèi)的增加,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率增加較快;當泡制時間為60 d時,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率為41.23%;但泡制時間>60 d后,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率增長變緩。因此,確定最適的泡制時間為60 d。由圖1C可知,隨著酒精度的在39%vol~55%vol范圍內(nèi)增加,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率逐漸增加;當酒精度為47%vol時,XOD的抑制率為39.85%;但當酒精度>47%vol之后,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率增加緩慢。因此,確定最適的酒精度為47%vol。
圖1 液料比(A)、泡制時間(B)及酒精度(C)對黃嘌呤氧化酶抑制率的影響Fig.1 Effects of liquid and solid ratio (A),soaking time (B) and alcohol content (C) on the inhibition rate of xanthine oxidase
2.2.1 泡制工藝條件的優(yōu)化
在單因素試驗的基礎上,以液料比(A)、泡制時間(B)、酒精度(C)為考察因素,黑樹莓泡制酒對XOD的抑制率(Y)為響應值,采用基于Box-Benhnken設計的3因素3水平的響應面試驗對黑樹莓泡制酒泡制工藝條件進行優(yōu)化,響應面試驗設計及結(jié)果見表4,方差分析見表5。
表4 黑樹莓泡制酒泡制工藝優(yōu)化Box-Benhnken試驗設計及結(jié)果Table 4 Design and results of Box-Benhnken experiments for soaking process optimization of black raspberry soaking spirit
表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model
利用Design-Expert 11.0.4軟件對表4的試驗數(shù)據(jù)進行二次多項回歸擬合,得到響應值與各因素間的回歸方程:
由表5可知,該回歸模型極顯著(P值=0.000 2<0.01),失擬項不顯著(P值=0.688 5>0.05),說明此試驗的模型設計合理,試驗數(shù)據(jù)可信度高。由P值可知,一次項A、B、C和二次項A2、B2、C2對結(jié)果影響極顯著(P<0.01),交互項AB對結(jié)果影響顯著(P<0.05),其他項對結(jié)果影響不顯著(P>0.05)。各因素的F值可以反映各因素對XOD抑制率的重要性,F(xiàn)值越大說明對XOD抑制率的影響越大。由F值可知,3個因素對黑樹莓泡制酒XOD抑制率影響的主次順序為泡制時間(B)>液料比(A)>酒精度(C)。
2.2.2 響應面分析
三維響應曲面圖可以非常直觀地反映出液料比、泡制時間、酒精度交互作用對XOD抑制率的影響,各因素間交互作用對XOD抑制率影響的響應曲面及等高線見圖2。
圖2 各因素間交互作用對黃嘌呤氧化酶抑制率影響的響應面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factors on inhibition rate of xanthine oxidase
由圖2可知,泡制時間(B)與液料比(A)交互作用的曲面較陡峭,表明二者交互作用對XOD抑制率影響顯著(P<0.05),而酒精度與液料比、酒精度與泡制時間交互作用的曲面較為平緩,表明二者有交互作用,但交互作用不顯著(P>0.05),這與回歸模型方差分析結(jié)果一致。
根據(jù)軟件分析,黑樹莓泡制酒的最佳泡制工藝條件為:液料比1.03∶1.00(mL∶g)、泡制時間60 d、蕎麥原漿酒酒精度48.98%vol,此時XOD抑制率理論值為43.13%。綜合考慮3因素對XOD酶活的影響程度和實際操作成本,將最優(yōu)泡制工藝條件適當調(diào)整為液料比1∶1(mL∶g),泡制時間60 d,蕎麥原漿酒酒精度為49%vol。在此優(yōu)化泡制工藝條件下,XOD抑制率的實際值為(42.68±0.61)%,實際值和理論值的相對誤差為0.45%。黑樹莓泡制酒的總黃酮含量為(0.965 8±0.004 8)mg/mL,多酚含量為(0.937 4±0.003 2)mg/mL、花色苷含量為(0.013 4±0.000 4)mg/mL,以XOD抑制率為判定條件,說明建立的數(shù)學模型準確可行,符合預期結(jié)果,可以作為黑樹莓泡制酒工藝條件確定的依據(jù)。
2.3.1 小鼠的體態(tài)觀察
實驗期間,空白組小鼠的精神狀態(tài)良好,毛發(fā)順滑有光澤,反應迅速,飲食正常。模型組小鼠的的反應減緩,精神不振,毛發(fā)失去明顯的光澤。各組小鼠關節(jié)注射尿酸鈉后,正常組注射生理鹽水后行動有明顯的跛腳,隨時間延長,除模型組外,跛腳現(xiàn)象逐漸消失。
2.3.2 小鼠平均體質(zhì)量及食量
在小鼠實驗期間,稱量并記錄每天的體質(zhì)量和進食量,結(jié)果見表6。
表6 黑樹莓泡制酒對小鼠體質(zhì)量增長率及食量的影響Table 6 Effect of black raspberry soaking spirit on body mass growth rate and food intake in mice
由表6可知,各組小鼠體質(zhì)量增長率均顯著低于正常組(P<0.01),除別嘌呤醇組外,其余各組小鼠每天的平均食量也顯著低于正常組(P<0.05),說明造模對小鼠體質(zhì)量的增長率以及食量具有顯著影響(P<0.05)。與模型組相比,苯溴馬隆組在食量上差異顯著(P<0.05),體質(zhì)量增長率不顯著(P>0.05)。別嘌呤醇組的小鼠在體質(zhì)量增長率以及食量方面顯著增加(P<0.05)。黑樹莓泡制酒高劑量組以及黑樹莓汁液組小鼠的體質(zhì)量增長率及食量均顯著小于模型組(P<0.05),其原因可能是高濃度的黑樹莓泡制酒及黑樹莓汁液影響小鼠的食欲,營養(yǎng)攝入不全面導致體質(zhì)量增長率較低;而黑樹莓泡制酒低劑量組小鼠體質(zhì)量增長率與模型組差異不顯著(P>0.05),但食量顯著增加(P<0.05)。
2.3.3 小鼠血清及尿液中的尿酸含量
藥物對高尿酸血癥的作用主要通過小鼠血清中尿酸含量的高低來進行判定,此外通過測定小鼠尿液中尿酸含量也可以從側(cè)面反映藥物對尿酸排泄的效果。各組小鼠血清尿酸含量及尿液尿酸含量見圖3。
圖3 黑樹莓泡制酒對高尿酸血癥小鼠血清和尿液中尿酸水平的影響Fig.3 Effect of black raspberry soaking spirit on uric acid levels in serum and urine of hyperuricemia mice
由圖3可知,與正常組相比,模型組小鼠血清和尿液中的尿酸含量升高明顯,差異顯著(P<0.05),說明本實驗的高尿酸血癥小鼠模型構(gòu)建成功。與模型組比較,除黑樹莓汁液組外,苯溴馬隆組、別嘌呤醇組、黑樹莓泡制酒高劑量組、黑樹莓泡制酒低劑量組中小鼠血清尿酸含量顯著降低(P<0.05),各組別分別下降136.24 μmol/L、148.80 μmol/L、121.93 μmol/L、101.38 μmol/L(P<0.05),尿液中尿酸含量顯著升高(P<0.05),各組別分別升高172.68 μmol/L、157.29 μmol/L、131.78 μmol/L、105.64 μmol/L(P<0.05)。由此說明黑樹莓泡制酒可有效降低血清中尿酸含量,促進尿酸的排出,黑樹莓泡制酒高劑量組與別嘌呤醇組尿液尿酸含量差異不顯著(P>0.05),其血清尿酸含量與苯溴馬隆組差異不顯著(P>0.05),別嘌呤醇的藥理作用是抑制XOD的酶活來抑制尿酸的形成,苯溴馬隆的藥理作用是抑制腎小管對尿酸的重吸收來降低血中尿酸含量[26],促進尿液尿酸的排出,黑樹莓泡制酒降尿酸的機制是否兼而有之有待進一步探究。
2.3.4 小鼠血清的XOD活力
XOD在動物機體內(nèi)催化黃嘌呤和次黃嘌呤生成尿酸,過多的尿酸會導致高尿酸血癥[22]。目前通過抑制體內(nèi)XOD的活性,阻斷XOD催化嘌呤生成尿酸的途徑,從而降低血液中的尿酸水平。各組小鼠血清中XOD活性的測定結(jié)果見圖4。
圖4 黑樹莓泡制酒對高尿酸血癥小鼠血清中黃嘌呤氧化酶活性的影響Fig.4 Effect of black raspberry soaking spirit on xanthine oxidase activity in serum of hyperuricemia mice
由圖4可知,與正常組相比,模型組XOD活力顯著升高(P<0.05)。與模型組相比,別嘌呤醇組、黑樹莓泡制酒高劑量組和黑樹莓泡制酒低劑量組小鼠血清中的XOD活力水平顯著降低(P<0.05),各組別分別下降20.07 U/L、13.93 U/L、7.31 U/L(P<0.05),黑樹莓泡制酒和別嘌呤醇可以抑制XOD的活性,減少尿酸含量的生成,本實驗結(jié)果和李昕卓等[27]的研究結(jié)果一致,但黑樹莓泡制酒高劑量組、低劑量組抑制XOD的活性顯著低于別嘌呤醇組(P<0.05)。苯溴馬隆組小鼠血清中XOD活力水平和模型組無顯著差異(P>0.05),這與苯溴馬隆的藥理作用機制有關。黑樹莓汁液組的XOD活力水平與模型組無顯著差異(P>0.05),說明灌胃黑樹莓汁液對小鼠血清XOD活力無影響。
2.3.5 小鼠的關節(jié)腫脹度
采用穿刺法在小鼠關節(jié)內(nèi)注射尿酸鈉誘導小鼠產(chǎn)生急性痛風性關節(jié)炎,尿酸鈉注射前后小鼠關節(jié)對比見圖5,各組別不同時間對關節(jié)腫脹度的影響見表7。
圖5 尿酸鈉注射前后小鼠關節(jié)對比Fig.5 Comparison of mouse joints before and after sodium urate injection
表7 注射尿酸鈉的不同時間對各組別小鼠關節(jié)腫脹度的影響Table 7 Effect of injection time of sodium urate on the joint swelling degree in each group of mice
由圖5可知,小鼠關節(jié)在注射尿酸鈉之后出現(xiàn)腫脹。由表7可知,正常組與樣品組注射等量的生理鹽水后,關節(jié)出現(xiàn)一定程度的腫脹,但隨生理鹽水的吸收腫脹快速消失,至8 h腫脹已完全消除。與正常組小鼠相比,注射完成后,模型組小鼠關節(jié)腫脹度極顯著高于正常組(P<0.01),表明關節(jié)注射尿酸鈉導致的急性痛風性關節(jié)炎模型成功;實驗期間各藥物組小鼠的關節(jié)腫脹度與正常組相比均有極顯著差異(P<0.01)。與模型組相比,注射2 h后,正常組、苯溴馬隆組、黑樹莓泡制酒高劑量組、黑樹莓泡制酒低劑量組小鼠的關節(jié)腫脹度均極顯著降低(P<0.01),各組別分別降低12.36%、7.03%、5.37%、3.95%,說明黑樹莓泡制酒可降低小鼠的關節(jié)腫脹度。苯溴馬隆能夠極顯著降低關節(jié)腫脹度(P<0.01),苯溴馬隆組的消腫效果好,與苯溴馬隆通過抑制腎小管對尿酸的重吸收,促進尿酸排泄的藥理作用有關[26]。別嘌呤醇組以及黑樹莓汁液組關節(jié)腫脹度下降不顯著(P>0.05)。
本研究以黑樹莓為原料、蕎麥原漿酒為酒基進行泡制制備黑樹莓泡制酒,通過單因素試驗及響應面試驗確定黑樹莓泡制酒的最佳泡制工藝條件為:液料比1∶1(mL∶g)、泡制時間60 d、蕎麥原漿酒酒精度49%vol。在此優(yōu)化工藝條件下,黑樹莓泡制酒對XOD活性的抑制率達到42.68%,總黃酮、多酚、花色苷含量分別為0.97 mg/mL、0.94 mg/mL、0.01 mg/mL。黑樹莓泡制酒能夠有效降低高尿酸血癥小鼠血清中尿酸的含量,促進尿酸的排泄,可以抑制小鼠血清中的XOD活力,對小鼠的急性痛風性關節(jié)炎也有明顯的消腫作用。高濃度的黑樹莓泡制酒分別與別嘌呤醇促進尿酸排出、苯溴馬隆降低血清尿酸的功效相當,下一步將對黑樹莓泡制酒的藥理作用機制進行研究。