張玉昆,馮月男,卞敬琦,劉欣欣,肖洪彬,牛雯穎 (黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心/黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)教育部北藥基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150040)
高脂血癥是一種體內(nèi)脂質(zhì)代謝紊亂性疾病,臨床表現(xiàn)為血漿甘油三酯(triglyceride,TG)、膽固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)升高和高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)降低[1]。我國成年血脂異常者超過2億人,是心腦血管病易發(fā)人群[1—2]。因此,對高脂血癥的發(fā)病機(jī)制和治療機(jī)制進(jìn)行研究具有重要的社會意義。
丹參飲是治療氣滯血瘀證的經(jīng)典方劑,具有活血化瘀、行氣止痛之功。臨床和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),丹參飲加減服用月余可明顯降低臨床患者血清TG、TC水平,亦可顯著降低高脂飼料和高脂乳劑誘導(dǎo)的高脂血癥模型大鼠血漿TC、TG、LDL-C水平[3—4]。本課題組前期基礎(chǔ)研究及以往多項(xiàng)研究均證實(shí),丹參飲可以有效改善血脂水平[5—8]。高脂血癥的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制極為復(fù)雜,但是脂質(zhì)代謝的相關(guān)酶、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)蛋白具有表達(dá)相對穩(wěn)定、可被檢測等特征,且肝臟是脂質(zhì)代謝的重要器官。本研究擬通過對高脂血癥模型大鼠肝臟進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究,從蛋白質(zhì)表達(dá)譜角度解讀丹參飲治療高脂血癥的靶點(diǎn)蛋白,以期明確丹參飲對高脂血癥模型大鼠血脂異常的調(diào)節(jié)機(jī)制。
本研究使用的主要儀器與軟件有:C18反相色譜柱、S-3500RS型色譜儀、Q-Exactive Plus型質(zhì)譜儀、Vanquish Flex型二元超高效液相色譜(UPLC)儀、Xcalibur 4.0數(shù)據(jù)采集軟件(美國Thermo Fisher Scientific公司),ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(美國Waters公司),TGL-16G型臺式高速離心機(jī)(蘇州捷美電子有限公司),7600-020型全自動(dòng)生化分析儀(日本株式會社日立高新技術(shù)公司),BX43型光學(xué)顯微鏡(日本Olympus公司),LE204E型分析天平(瑞士Mettler Toledo公司),iMARK型酶標(biāo)儀(美國Bio-Rad公司),DYY-7C型電泳儀、WD-9413B型凝膠成像分析系統(tǒng)、DYCZ-40D型轉(zhuǎn)移槽(北京六一生物科技有限公司)。
丹參飲水煎液由實(shí)驗(yàn)室自制。處方組成為《時(shí)方歌括》中原方用量:丹參30 g,檀香3 g,砂仁3 g。以上3味中藥飲片均購自哈爾濱市道外區(qū)新安康藥材站,產(chǎn)地分別為山東、云南、廣東,批號分別為210301、210502、210101,經(jīng)黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)田明教授鑒定,所有飲片均符合2020年版《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)。煎煮工藝:以上處方組成按比例擴(kuò)大5倍,藥材用8倍量(mL/g)水浸泡0.5 h后,冷凝回流提取2次,合并煎煮液,濃縮煎煮液,最終煎液含生藥質(zhì)量濃度為0.36 g/mL。
TC、TG、LDL-C、HDL-C試劑盒(批號分別為212027、218061、221651、221751)均購自中生北控生物科技股份有限公司;氨水、四乙基溴化銨(tetraethylammonium bromide,TEAB)緩沖液、碘乙酰胺(批號或貨號分別為P1210525、BCBR4372V、P1806457)均購自德國Sigma公司;改良胰蛋白酶(貨號409668)購自美國Promega公司;十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)、丙酮(批號分別為21190409、21201202)均購自國藥集團(tuán)上海有限公司;TMT 10PlexTM標(biāo)記試劑、蛋白酶抑制劑混合物、預(yù)染蛋白、乙腈、甲醇、甲酸、去離子水、BCA蛋白檢測試劑盒、三(2-羧乙基)膦鹽酸鹽|[tri(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride,TCEP]溶液、預(yù)制聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)凝膠(批號或貨號分別為VL320580、410069、983063、211448、213511、215715、210416、UI289351、VG305342、21121170)均購自美國Thermo Fisher Scientific公司;兔源環(huán)氧化物水解酶2(epoxide hydrolase 2,EPHX2)多克隆抗體、兔源圍脂滴蛋白2(perilipin 2,PLIN2)重組抗體、兔源過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator activated receptor γ,PPARγ)多克隆抗體、兔源糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)多克隆抗體、β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)多克隆抗體、辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的山羊抗兔IgG(貨號分別為bs-3880R、bsm-54764R、bs-0530R、bs-0028R、bs-0061R、bs-0295G)均購自北京博奧森生物技術(shù)有限公司。
42只健康清潔級雄性Wistar大鼠(220~240 g)購自哈爾濱醫(yī)科大學(xué),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號為SCXK(黑)2018-003。大鼠飼養(yǎng)于黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心。本實(shí)驗(yàn)方案通過黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會批準(zhǔn)(批件號為2021012802),并嚴(yán)格按照倫理委員會批準(zhǔn)方案實(shí)施。高脂飼料購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司,由基礎(chǔ)飼料、蔗糖、豬油、膽固醇、膽酸鈉組成,含量分別為67%、20%、10%、2.5%、0.5%。
42只大鼠在經(jīng)過7 d適應(yīng)性喂養(yǎng)后,分為空白組(n=14)和高脂組(n=28)。空白組大鼠給予基礎(chǔ)飼料喂食,高脂組大鼠給予高脂飼料喂食。于第8周末檢測造模大鼠的血脂水平,參考第4版《藥理實(shí)驗(yàn)方法學(xué)》中標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)血脂四項(xiàng)中有一項(xiàng)水平異常,則認(rèn)為造模成功。高脂組造模成功的大鼠根據(jù)體重和血脂水平,隨機(jī)分為模型組、丹參飲組,繼續(xù)喂養(yǎng)高脂飼料。根據(jù)前期研究結(jié)果,丹參飲臨床等效劑量(3.6 g/kg)為最優(yōu)劑量(藥效學(xué)最顯著)[9],鑒于本研究目的在于探討丹參飲的對血脂異常的調(diào)節(jié)機(jī)制,因此采用單一劑量(3.6 g/kg)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究。分組后,于第9周開始,丹參飲組大鼠灌胃相應(yīng)藥液(以蒸餾水為溶劑,按生藥量計(jì),根據(jù)臨床等效劑量換算而得),空白組和模型組大鼠灌胃等體積生理鹽水,每天1次,連續(xù)4周。
大鼠給藥第4周后禁食、不禁水,在最后一次給藥30 min后,腹腔注射1%戊巴比妥鈉進(jìn)行麻醉,在髂主動(dòng)脈取血,置于含有枸櫞酸鈉的抗凝管中,用于血脂水平檢測。取大鼠部分肝臟組織于-80 ℃凍存用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究,剩余肝臟固定位置切成數(shù)塊,置于10%中性福爾馬林中用于病理形態(tài)觀察。
采用全自動(dòng)生化分析儀檢測。取“2.2”項(xiàng)下抗凝血以3 000 r/min離心12 min后獲取上層血漿,按相應(yīng)試劑盒說明書要求檢測血漿TC、TG、LDL-C、HDL-C水平。
采用蘇木精-伊紅(HE)染色法觀察。取“2.2”項(xiàng)下固定位置切塊的肝臟組織適量,經(jīng)常規(guī)包埋,切片,透明,脫蠟,脫水,蘇木精染色8 min;水洗后,伊紅染色2 min;再次水洗,脫水,透明2次;經(jīng)中性樹膠封片后,置于光鏡下觀察大鼠肝臟組織的病理形態(tài)變化情況。
分別從空白組、模型組和丹參飲組中隨機(jī)選取3只大鼠的肝臟樣本進(jìn)行TMT定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析。
2.5.1 樣本質(zhì)控分析
(1)肝臟樣本蛋白的提取。在冷凍狀態(tài)下取出樣本,轉(zhuǎn)移至振蕩管中;加入適量含蛋白酶抑制劑的蛋白裂解液(8 mol/L尿素+1%SDS);組織研磨儀上振蕩研磨3次,每次40 s;冰上裂解30 min,每5 min漩渦混勻1次,時(shí)長為10 s;以16 000 r/min離心30 min,溫度設(shè)置為4 ℃,取上清液備用。(2)BCA法定量蛋白質(zhì)濃度。應(yīng)用BCA蛋白檢測試劑盒,并按照要求操作,用酶標(biāo)儀測得562 nm波長處的吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算樣本濃度。(3)SDS-PAGE。對9個(gè)樣本進(jìn)行SDS-PAGE(上樣量為15 μg)。(4)樣本處理和液相串聯(lián)質(zhì)譜檢測。①取100 μg蛋白樣本,用裂解液補(bǔ)充體積至90 μL,分別加入終濃度100 mmol/L的TEAB和終濃度10 mmol/L的TCEP,置于37 ℃下反應(yīng)1 h,再加入終濃度40 mmol/L的碘乙酰胺,避光條件下室溫反應(yīng)40 min;各管分別加入6倍體積的預(yù)冷丙酮,置于-20 ℃條件下沉淀4 h,然后以16 000 r/min離心20 min;棄上清液,沉淀用100 μL 50 mmol/L的TEAB充分溶解,按照樣品質(zhì)量加入2%胰蛋白酶,在37 ℃條件下酶解過夜。②用TMT試劑標(biāo)記肽段并進(jìn)行等量混合,每100 μg多肽加入一管TMT試劑,室溫孵育2 h;加入羥胺,室溫反應(yīng)15 min,按順序分別標(biāo)記9個(gè)樣本。③利用C18反相色譜柱對肽段進(jìn)行預(yù)分離,用UPLC上樣緩沖液復(fù)溶多肽樣本后用C18反相色譜柱進(jìn)行高pH液相分離。④將分離餾分合并成10個(gè)餾分真空離心濃縮后,用質(zhì)譜上樣緩沖液溶解,進(jìn)行第二維分析。色譜分離時(shí)間為120 min;流動(dòng)相A為2%乙腈、0.1%甲酸;流動(dòng)相B為80%乙腈、0.1%甲酸;流速為300 nL/min;質(zhì)譜掃描范圍為m/z350~1 300;采集模式為數(shù)據(jù)依賴型采集,Top 20,輸出raw文件,進(jìn)行數(shù)據(jù)庫搜索。
2.5.2 差異蛋白分析
經(jīng)搜庫鑒定和波峰分析,獲得不同樣本中同一蛋白的表達(dá)豐度;再進(jìn)行樣本間蛋白的差異表達(dá)分析,篩選出樣本間的差異蛋白。通過設(shè)置顯著性差異檢驗(yàn)方法及蛋白表達(dá)量差異倍數(shù),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,獲得顯著差異表達(dá)蛋白的信息及差異數(shù)據(jù)表。
采用Western blot法檢測。每組隨機(jī)選取3個(gè)冷凍肝臟組織樣本,精密稱取100 mg,剪碎,加入組織蛋白裂解液,用研磨儀研磨裂解后,以4 ℃、13 000 r/min離心10 min,取上清液,采用BCA蛋白定量法檢測蛋白濃度。加蛋白上樣緩沖液,95 ℃煮沸變性,SDS-PAGE分離,將凝膠中的蛋白轉(zhuǎn)印至PVDF膜上,用封閉液在室溫下?lián)u床封閉1 h;添加一抗(EPHX2、PLIN2、GSK-3β、PPARγ的稀釋比例均為1∶1 000),4 ℃下孵育過夜,TBST洗膜3次;特異性蛋白與二抗(HRP標(biāo)記的山羊抗兔IgG稀釋比例為1∶5 000)室溫下孵育2 h,TBST洗膜3次;成像系統(tǒng)曝光顯影、拍照。采用PhotoShop整理去色,采用Alpha軟件計(jì)算各條帶的灰度值,以目的蛋白灰度值與內(nèi)參β-actin蛋白灰度值的比值表示目的蛋白的表達(dá)水平。
采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料滿足正態(tài)分布以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間進(jìn)一步兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。蛋白質(zhì)組學(xué)通過差異倍數(shù)和P值篩選組間差異蛋白。差異分析采用Student’st檢驗(yàn),雙尾檢驗(yàn),上調(diào)差異倍數(shù)1.20,下調(diào)差異倍數(shù)0.83。蛋白質(zhì)組學(xué)中的P<0.05表示蛋白表達(dá)有差異。
實(shí)驗(yàn)過程中因操作不當(dāng)每組大鼠有脫落,但例數(shù)仍滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)要求。與空白組比較,模型組大鼠血漿TC、TG、LDL-C水平均顯著升高(P<0.05),血漿HDL-C水平顯著降低(P<0.05)。與模型組比較,丹參飲組大鼠血漿TC、TG、LDL-C水平均顯著降低(P<0.05),血漿HDL-C水平顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見表1。
表1 各組大鼠血脂水平比較(±s)
表1 各組大鼠血脂水平比較(±s)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05。
組別空白組模型組丹參飲組LDL-C/(μmmol/L)0.66±0.14 0.84±0.21a 0.67±0.13b例數(shù)9 8 9 TC/(mmol/L)1.62±0.36 2.43±0.72a 1.67±0.54b TG/(mmol/L)0.34±0.12 0.47±0.16a 0.30±0.10b HDL-C/(μmmol/L)1.08±0.15 0.89±0.17a 1.05±0.14b
HE染色結(jié)果顯示,空白組大鼠肝臟組織染色均勻,細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核清晰,肝板呈放射狀排列,肝血竇間隙排列清晰,未見變性和炎癥細(xì)胞浸潤。模型組大鼠肝臟組織染色不均,肝板排列紊亂,肝血竇消失,部分細(xì)胞的細(xì)胞核固縮或消失,細(xì)胞質(zhì)腫脹、融合,結(jié)締組織增生,呈現(xiàn)彌散性空泡樣脂肪滴改變。與模型組比較,丹參飲組大鼠肝臟組織上述病理形態(tài)均有不同程度的改善。結(jié)果見圖1。
圖1 各組大鼠肝臟組織病理形態(tài)顯微圖(HE染色,×400)
3.3.1 樣本質(zhì)控分析結(jié)果
電泳結(jié)果顯示,9個(gè)樣本電泳圖相對清晰,無拖尾現(xiàn)象,組內(nèi)條帶相對穩(wěn)定,可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)峰形和時(shí)間每組共收取20個(gè)餾分,合并成10個(gè)餾分。結(jié)果見圖2。
圖2 9個(gè)樣本的SDS-PAGE電泳圖
3.3.2 差異蛋白分析結(jié)果
搜庫鑒定結(jié)果共鑒定蛋白5 866個(gè)。波峰分析結(jié)果顯示,模型組和空白組樣本間共篩選出顯著差異表達(dá)蛋白298個(gè),相對表達(dá)水平顯著升高的蛋白數(shù)目為151個(gè),相對表達(dá)水平顯著降低的蛋白數(shù)目為147個(gè)。其中,EPHX2差異倍數(shù)為2.5倍,是最顯著的差異蛋白;差異蛋白環(huán)加氧酶1(cyclooxygenase 1,COX1)、COX2均處于低表達(dá)水平,并與EPHX2在蛋白功能上存在一定聯(lián)系。丹參飲組和模型組樣本共篩選出顯著差異表達(dá)蛋白139個(gè),相對表達(dá)水平顯著升高的蛋白數(shù)目為47個(gè),相對表達(dá)水平顯著降低的蛋白數(shù)目為92個(gè)。其中PLIN2差異倍數(shù)為0.41倍,是較為顯著的差異蛋白,參與PPAR信號通路,是脂質(zhì)類代謝的關(guān)鍵信號調(diào)節(jié)通路;GSK-3β差異倍數(shù)為1.9倍,也是較為顯著的差異蛋白,其參與調(diào)節(jié)糖脂代謝。結(jié)果見圖3。上述差異蛋白均為表達(dá)差異倍數(shù)較為顯著的差異蛋白,因此,選擇EPHX2、PLIN2、GSK-3β、PPARγ進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證。
圖3 差異蛋白火山圖
與空白組比較,模型組大鼠肝臟組織中EPHX2、PLIN2蛋白表達(dá)水平均顯著升高(P<0.01),GSK-3β、PPARγ蛋白表達(dá)水平均顯著降低(P<0.01)。與模型組比較,丹參飲組大鼠肝臟組織中EPHX2、PLIN2蛋白表達(dá)水平均顯著降低(P<0.01),GSK-3β、PPARγ蛋白表達(dá)水平均顯著升高(P<0.01)。結(jié)果見圖4、圖5。
圖4 各組大鼠肝臟組織中關(guān)鍵差異蛋白表達(dá)的電泳圖
圖5 各組大鼠肝臟組織中關(guān)鍵差異蛋白表達(dá)水平柱狀圖(n=3)
本研究發(fā)現(xiàn)模型大鼠血漿中TC、TG、HDL-C、LDLC水平均發(fā)生顯著改變,大鼠肝臟病理形態(tài)學(xué)發(fā)生顯著改變,有大量脂肪滴改變,說明高脂飼料喂養(yǎng)引起了模型大鼠血脂水平異常和肝細(xì)胞脂肪性改變,通過高脂飼料喂養(yǎng)復(fù)制的模型比較成功。通過丹參飲治療后模型大鼠的血脂水平和肝臟組織細(xì)胞發(fā)生顯著改善,說明丹參飲對高脂血癥有顯著的治療作用。
為了進(jìn)一步探究丹參飲對高脂血癥的作用機(jī)制,筆者對各組大鼠的肝臟組織進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究,結(jié)果顯示,模型組和空白組相比較,鑒定到的差異蛋白數(shù)量最多,其中EPHX2差異倍數(shù)為2.5倍,是最顯著的差異蛋白;丹參飲組與模型組比較,PLIN2和GSK-3β亦是較為顯著的差異蛋白;丹參飲組和模型組差異蛋白的富集信號通路中,PPAR信號通路是與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)的信號通路。因此,本研究對以上較為顯著差異蛋白EPHX2、PLIN2、GSK-3β和PPAR信號通路中關(guān)鍵蛋白PPARγ進(jìn)行了蛋白驗(yàn)證。
EPHX2參與PPARγ信號通路和花生四烯酸代謝信號通路[10]。有研究發(fā)現(xiàn),EPHX2在肥胖人群中高表達(dá),其抑制劑能夠顯著預(yù)防高脂飲食引起的脂質(zhì)代謝紊亂;EPHX2低表達(dá)可以緩解肥胖引起的肝脂肪變性、代謝綜合征等疾??;EPHX2能夠降解花生四烯酸,減少體內(nèi)花生四烯酸濃度,加重冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者的臨床癥狀[11]。本研究蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),模型組中差異蛋白COX1、COX2屬于環(huán)氧化物,均處于低表達(dá),這可能與EPHX2高表達(dá)、水解作用增強(qiáng)有關(guān)。通過對各組大鼠肝臟組織中關(guān)鍵差異蛋白表達(dá)水平驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),模型組大鼠肝臟組織中EPHX2相對高表達(dá),說明高脂飲食復(fù)制的高脂血癥模型大鼠的血脂水平異??赡芘cEPHX2高表達(dá)有關(guān),而丹參飲的治療作用可能與下調(diào)EPHX2表達(dá)有關(guān)。
GSK-3β在組織中分布廣泛,在調(diào)節(jié)脂質(zhì)方面發(fā)揮著一定作用。GSK-3β的激活受磷脂酰肌醇3激酶的調(diào)節(jié),是蛋白激酶B的下游底物,激活后能夠影響糖原合成和糖異生,影響胰島素分泌,進(jìn)一步改變脂肪代謝[12]。本研究發(fā)現(xiàn),GSK-3β在空白組和模型組大鼠肝臟組織中表達(dá)水平發(fā)生顯著改變,說明模型大鼠也發(fā)生了糖代謝異常,在后續(xù)研究中將進(jìn)一步探究。
PLIN2參與PPAR信號通路,是脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵蛋白。PPARγ在脂肪細(xì)胞分化過程中起重要作用,同時(shí)影響脂肪氧化和脂肪代謝。PLIN2可以通過上調(diào)凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體1的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積聚,參與動(dòng)脈粥樣硬化;PPARγ抑制劑可以上調(diào)PLIN2蛋白表達(dá),并上調(diào)涉及脂質(zhì)攝取、運(yùn)輸和儲存及脂肪酸合成的多個(gè)基因,提高脂肪生成并增加TG水平[13]。本研究中蛋白質(zhì)組學(xué)和Western blot研究均發(fā)現(xiàn),與模型組比較,丹參飲組大鼠肝臟組織中PPARγ表達(dá)上調(diào),PLIN2表達(dá)下調(diào),說明丹參飲的降脂作用可能與激活PPARγ信號通路并抑制PLIN2表達(dá)有關(guān)。
綜上所述,丹參飲對高脂血癥模型大鼠血脂水平和肝臟病理形態(tài)學(xué)均有顯著的改善作用,其調(diào)節(jié)機(jī)制可能與上調(diào)PPARγ、GSK-3β表達(dá)和下調(diào)EPHX2、PLIN2表達(dá)有關(guān),涉及的信號通路可能包括PPARγ信號通路。本研究仍存在一定不足:僅對肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)表達(dá)情況和顯著差異蛋白進(jìn)行了驗(yàn)證研究,未對重點(diǎn)的信號通路進(jìn)行激活或抑制驗(yàn)證。在后續(xù)的研究中,本課題組將開展體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)一步研究相關(guān)信號通路的激活和抑制機(jī)制。