向世瓊,鄔應龍*,馮 嬌
(四川農業(yè)大學食品學院,四川 雅安 625014)
RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚脂肪代謝相關酶及相關基因表達的影響
向世瓊,鄔應龍*,馮 嬌
(四川農業(yè)大學食品學院,四川 雅安 625014)
目的:研究RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚脂肪代謝相關酶及相關基因表 達的影響。方法:將體質量75g左右的齊口裂腹魚隨機按RS4型抗性淀粉添加量分為5組:0%(對照組)、3.5%、7%、14%、28%。飼喂60d,采用銅試劑法測定脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)、肝脂酶(hep atic lipase,HL)活性及游離脂肪酸(free fatty acids,F(xiàn)FA)含量,并采用實時熒光定量聚合酶鏈式反應(real-time-polymerase chain reaction,RT-PCR)技術檢測各組肌肉及肝臟中過氧化物酶增殖體激活受體γ(peroxisome proliferators activated receptor γ,PPARγ)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活 化因子(peroxisome proliferators activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)mRNA表達水平。結果:RS4型抗性淀粉添加劑量在7%以上時能夠顯著的提高齊口裂腹魚肝臟中脂蛋白脂酶和肝脂酶活性(P<0.05),使血清及肝臟中游離脂肪酸含量增加(P<0.05);添加量為3.5%對LPL、HL活性及FFA含量均無顯著影響(P>0.05)。添加量為7%和14%時能顯著提高肌肉和肝臟中PPARγ和PGC-1α mRNA表達量(P<0.05)。結論:適當?shù)奶砑覴S4型抗性淀粉能提高齊口裂腹魚肌肉和肝臟中脂肪代謝相關基因mRNA表達水平,同時也能夠增加齊口裂腹魚肝臟中脂肪代謝相關酶的活性,促進甘油三酯的分解。
抗性淀粉;齊口裂腹魚;實時熒光定量PCR;過氧化物酶增殖體激活受體γ;過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子
歐洲抗性淀粉研究協(xié)會1993年將抗性淀粉(resistant starch)定義為:不被健康人體小腸所吸收的淀粉及其降解產物的總稱。根據抗性淀粉產生抗性的原理不同一般將其分為4種,化學改性淀粉是RS4型抗性淀粉,相比原淀粉,其更不易消化,有更高的黏度,更耐酸和高溫[1]。近年來,抗性淀粉和含有抗性的食物因其生理功能與膳食纖維相似,能有效預防心血管疾病、高脂血癥、糖尿病的發(fā)生以及增加腸道菌群的多樣性等優(yōu)點,使其備受關注。
齊口裂腹魚(Schizothorax prenanti Tchang)為主要分布于大渡河、青衣江水系上游的一種冷水性魚類,屬鯉科中的裂腹魚亞科裂腹魚屬,其肉質細嫩、味道鮮美,具有較高的營養(yǎng)價值和經濟價值[2]。
國內外大量研究表明抗性淀粉對小鼠的脂質代謝有一定的調節(jié)作用,能夠改善其腸道菌群,并且對肥胖相關炎癥因子TNF-α、IL-6和MCP-1有一定的調節(jié)作用[3-8]。Takanori等[9]研究表明抗性淀粉能下調肝臟中固醇調節(jié)元件結合蛋白1(sterol regulatory element binding protein,SREBP1-C) mRNA表達水平,進而可能調節(jié)其成熟形式的釋放導致脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,F(xiàn)AS)mRNA水平的下降。Hara等[10]報道稱飼喂膳食纖維血清膽固醇降低,可能是由于盲腸內容物產生的有機酸對其肝臟中膽固醇合成抑制造成的。但RS4型抗性淀粉在魚類上的運用和作用機理還未見報道。本實驗采用在齊口裂腹魚餌料中添加不同劑量的RS4型抗性淀粉的方法,探討其對齊口裂腹魚脂肪代謝相關酶的影響,并通過實時熒光定量聚合酶鏈式反應(real time-polymerase chain reaction,RT-PCR)技術檢測齊口裂腹魚脂質代謝相關基因氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators activated receptor γ,PPARγ)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子(peroxisome proliferators activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)mRNA表達水平,以期為RS4型抗性淀粉調節(jié)魚類脂肪代謝提供相應的理論依據。
1.1 材料與試劑
RS4型抗性淀粉為實驗室自制[11]。
脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)、肝脂酶(hepatic lipase,HL)、總脂酶(total lipozyme,TL)、游離脂肪酸(free fatty acid,F(xiàn)FA)組織蛋白試劑盒南京建成生物工程研究所;TRNzol Tiangen公司;反轉錄試劑盒、SYBR?Premix Ex TaqTM日本TaKaRa公司;熒光定量八連板 美國Bio-Rad公司。
1.2 儀器與設備
PCR儀器、熒光定量PCR儀器、凝膠成像系統(tǒng)、水平電泳槽、電泳儀 美國Bio-Rad公司;微量移液器、Centrifuge 5810R高速低溫離心機 德國Eppendorf公司。
1.3 動物及處理
1.3.1 實驗用魚
齊口裂腹魚(Schizothorax prenanti Tchang)為雅安天全縣齊口裂腹魚場2012年孵化的同一批魚種。體質量(75.47±5.12)g/尾,體長(16.09±0.73)cm。選擇體質健壯的魚種240尾,用20 mg/L的KMnO4消毒15 min。
1.3.2 飼料及分組
飼料配方參照 NRC(1993)[12]魚類營養(yǎng)需要和段彪等[13]的齊口裂腹魚飼料配方設計基礎飼料配方,見表1。
表1 實驗飼料的組成及營養(yǎng)水平Table1 Ingredients and nutrient levels of the experimental diets
在基礎飼料中分別添加0%(對照組)、3.5%、7%、14%、28% RS4型抗性淀粉(等量減少小麥淀粉用量),共5 個劑量組,每個劑量組4 個重復,每個重復12尾魚。各種飼料原料均過40 目篩,充分混合后加工成1mm的硬顆粒飼料,烘干并保存于冰箱中,破碎后投喂。
1.3.3 飼養(yǎng)管理
實驗魚飼養(yǎng)于20 個玻璃缸中(2.0 m×1.5 m× 1.2 m),水深0.6 m。用基礎飼料馴化14d,待魚攝食正常后開始實驗,日投喂3 次,投餌率為體質量2%~2.5%,并根據水溫、攝食情況進行調整,各組保持一致的投飼量。養(yǎng)殖實驗期間水溫16~20 ℃,溶解氧>5.0 mg/L、NH3-N<0.3 mg/L,晝夜充氣。
1.4 方法
1.4.1 樣品采集
實驗結束時,對實驗魚饑餓24 h,尾靜脈采血,每尾魚的血樣分別放置在4 ℃靜置12 h后,4 ℃、3 000 r/min離心15 min,取其上清液(即血清),-80 ℃保存?zhèn)溆谩=馄屎笱杆偃〕龈闻K及肌肉,放入液氮中,-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
取齊口裂腹魚肝臟100 mg置于冰浴中,加入9 倍體積預冷的生理鹽水進行組織勻漿。勻漿液在冰凍離心機于4 ℃、2 500 r/min離心10 min,取上清置于1.5 mL的離心管,-20 ℃存用于游離脂肪酸、肝脂酶和脂蛋白脂酶的測定。
1.4.2 指標測定
LPL和HL活性測定采用銅試劑法。組織酶活性定 義:每毫克組織蛋白每小時在反應系統(tǒng)中所產生的1 μmol FFA為1 個酶活性單位。酶活力單位用U/mg pro表示。
FFA含量采用銅試劑法測定,記錄440 nm波長處的吸光度(A),與標準品相比計算FFA的含量,血清中單位用μmol/L表示,肝臟中單位用μmol/g pro表示。
組織蛋白濃度采用考馬斯亮藍法,單位用g pro/L表示。
1.4.3 引物設計與合成
用Primer Premier 5.0 軟件根據GenBank中齊口裂腹魚β-actin基因序列(JQ013000)、草魚PPARγ基因序列(Eu847421.1)、草魚PGC-1α基因序列(JN195739)設計特異性引物,引物序列見表2。
表2 引物序列及退火溫度Table2 Primer sequences and anneal temperatures
1.4.4 總RNA提取和cDNA制備
參照TRNzol總RNA提取試劑盒說明書方法提取RNA,用10 g/L的瓊脂糖凝膠電泳鑒定提取RNA的完整性,通過OD260nm/OD280nm檢測樣本純度。
cDNA由逆轉錄試劑盒法制備,放置于-20℃?zhèn)溆谩?/p>
1.4.5 實時熒光定 量PCR基因檢測
使用熒光定量PCR儀器,采用SYBRGreen I熒光染料法,10 μL反應體系,含5 μL SYBR?Premix Ex TaqTM(2×)、上下游引物各0.25 μL、1 μL cDNA、3.5 μL DEPC水。熒光定量PCR步驟:95 ℃、3 min;95 ℃、10 s,55.8 ℃(β-actin)、30 s,39 個循環(huán);95℃、10 s;擴增完畢后,迅速降溫到65 ℃進行溶解曲線分析,然后以0.5 ℃/s的速率從65 ℃遞增到95 ℃,連續(xù)測定樣品熒光強度以獲取溶解曲線。
1.4.6 相對表達量的分析
以β-actin基因作為內參基因,選擇一校 準樣本,比較待測樣本相對校準樣本的表達差異,利用2-△△Ct法進行相對定量分析,其中Ct值也稱循環(huán)閾值,是指樣品管的熒光信號達到某一固定閾值的PCR反應循環(huán)數(shù)。
結果是通過參照基因表達水平校正的待測樣本中的目標基因相對于校準樣本的相對表達量,用參照基因校準目標基因表達來彌補樣本組織量的差異。
1.5 統(tǒng)計學分析
采用 SPSS16.0進行分析,本實驗圖表中所有數(shù)據均以±s表示,經方差分析之后,采用Duncan’s多重比較法分析實驗結果的差異顯著性,差異顯著水平為0.05。
2.1 RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚肝臟中脂酶活性的影響
圖1 RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚肝臟中脂酶活性的影響±s,n=12)Fig.1 Effect of RS4 type resistant starch on the activities of LPL and HL in liver (x±s,n=12)
由圖1可知,餌料中添加RS4型抗性淀粉量為7%以上時能顯著提高齊口裂腹魚肝臟中脂蛋白脂酶和肝脂酶活性(P<0.05),添加量為3.5%對肝臟中脂酶活性沒有顯著影響(P>0.05)。
2.2 RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚肝臟及血清中游離脂肪酸含量的影響
由圖2可知,餌料中添加RS4型抗性淀粉劑量為3.5%時對齊口裂腹魚肝臟和血清中游離脂肪酸含量沒有顯著影響(P>0.05);添加劑量7%以上時與基礎對照組相比能夠顯著提高血清中游離脂肪酸含量(P<0.05);7% RS4、28% RS4組能夠顯著提高肝臟中游離脂肪酸含量(P<0.05),但是14% RS4組對肝臟中游離脂肪酸沒有顯著影響(P>0.05),有可能是實驗時操作誤差造成的。
圖2 RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚肝臟及血清中游離脂肪酸含量的影響?,n=12)Fig.2 Effect of RS4 type resistant starch on free fatty acid content (?,n=12)
2.3 RNA質量檢測及引物檢測
圖3 齊口裂腹魚肝臟RNA的電泳圖譜Fig.3 Electrophoresis profile of total RNA from liver of Schizothorax prenanti Tchang
由圖3可知,RNAVzol提取齊口裂腹魚RNA并進行質量檢測,遷移率從大到小依次是5S rRNA、18S rRNA、28S rRNA,其中28S條帶亮度大約為18S條帶的兩倍,5S條帶亮度較低、邊緣模糊,說明總RNA樣品完整、降解較少、質量良好。反轉錄后PCR方法對目的基因進行擴增,獲得一條單一且明亮的特異的擴增條帶,與預期片段大小一致(圖4~6)。
圖4 齊口裂腹魚肝臟和肌肉β-aaccttiinn基因擴增條帶圖譜Fig.4 RT-PCR results of β-actin gene from liver and muscle of Schizothorax prenanti Tchang
圖5 齊口裂腹魚肝臟和肌肉PPPPAARRγ基因擴增條帶圖譜Fig.5 RT-PCR results of PPARγ gene from liver and muscle of Schizothorax prenanti Tchang
圖6 齊口裂腹魚肝臟和肌肉PGGCC--11α基因擴增條帶圖譜Fig.6 RT-PCR results of PGC-1α gene from liver and muscle of Schizothorax prenanti Tchang
2.4 RS4型抗性淀粉對齊口裂腹魚肌肉和肝臟中PPARγ及PGC-1α mRNA表達水平的影響
圖7 肌肉中PPARγ mRNA 表達水平比較(x±s,n=12)Fig.7 PPARγ gene expression level in muscle (x±s,n=12)
由圖7可知,餌料中抗性淀粉添加量7%以上與對照組相比能顯著提高肌肉中PPARγ mRNA表達水平(P<0.05);添加量3.5%與對照組相比沒有顯著性差異(P>0.05);添加量為14%與其他組相比均有顯著性差異(P<0.05)。
圖8 肝臟中PPARγ mRNA 表達水平比較(x±s,n=12)Fig.8 PPARγ gene expression level in liver (x ±s,n=12)
由圖8可知,7% RS4、14% RS4與其他組相比能夠顯著提高肝臟中PPARγ mRNA表達水平(P<0.05);3.5% RS4、28% RS4組與對照組相比沒有顯著差異(P>0.05)。
圖9 肌肉中PGC-1α mRNA 表達水平比較(x±s,n=12)Fig.9 PGC-1α gene expression level in muscle (x±s,n=12)
由圖9可知,7% RS4、14% RS4與基礎對照組相比能顯著提高肌肉中PGC-1α mRNA的表達量(P<0.05);3.5% RS4、28% RS4組與對照組相比沒有顯著差異(P>0.05);14% RS4與其他組比有顯著差異(P<0.05)。
圖10 肝臟中PG C-1α mRNA 表達水平比較(x±s,n=12)Fig.10 PGC-1α gene expression level in liver (x±s,n=12)
由圖10可知,7% RS4、14% RS4組齊口裂腹魚肝臟中PGC-1α mRNA表達水平與對照組相比沒有顯著性差異(P>0.05),但是數(shù)值上是升高的;3.5% RS4、28% RS4與對照組相比表達水平也沒有顯著差異(P>0.05),但數(shù)值是降低的。
HL和LPL是魚類肝胰臟中參與脂肪降解的2種關鍵酶,合稱為TL。HL在肝細胞中合成,可作為配體促進低密度脂蛋白和乳糜微粒殘粒進入肝細胞,并直接參與高密度脂蛋白膽固醇的逆轉運和高密度脂蛋白殘粒的分解[15]。LPL是一種糖蛋白,存在于多種細胞和組織中,能夠水解富含甘油三酯的脂蛋白,產生游離脂肪酸[16]。本研究結果表明齊口裂腹魚餌料中添加RS4型抗性淀粉劑量在7%以上時能夠顯著的增加魚肝臟的肝脂酶和脂蛋白脂酶活性,加速了甘油三酯的水解,因而血液中TG含量減少而血清和肝臟中游離脂肪酸含量增加。
過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators activated receptors,PPARs)有α、β、γ 3種類型,PPARγ是PPARs 3種異構體之一,具有多種生物效應,對脂肪細胞分化、能量代謝、糖代謝、脂代謝、動脈粥樣硬化形成、炎性反應等起重要作用。PPARγ調控多種基因及脂代謝相關因子的表達,如脂酰輔酶A脫氫酶、過氧化物酶體雙功能酶、LPL、微粒體CYP4A、細胞色素P450、脂肪酸羥化酶、UCP家族等基因的表達及瘦素、脂聯(lián)素、腫瘤壞死因子A的分泌。RS4型抗性淀粉添加劑量為7%和14%時能夠顯著增加肝臟和肌肉中PPARγ mRNA的表達量。PPARγ能夠誘導肝細胞表達載脂蛋白、脂肪酸氧化酶系與脂蛋白脂酶等,從而促進脂質的氧化代謝,降低血脂濃度,與Liu Xiong[17]、Kim[18]等研究結果一致。
PGC-1最初由Puigserver[19]于1998年作為核激素受體過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的轉錄輔激活因子在小鼠體內發(fā)現(xiàn)。PGC-1一方面在能量代謝和適應生熱作用中有重要的調節(jié)作用,另一方面作為轉錄協(xié)同刺激因子發(fā)揮了更多重要的作用。PGC-1被認為在適應性產熱、線粒體生成、脂肪酸的β氧化及肝糖異生等過程中有著重要作用[20],RS4型抗性淀粉添加劑量為7%和14%時能夠顯著增加齊口裂腹魚肌肉和肝臟的PGC-1α mRNA表達量。PGC-1作為轉錄協(xié)同刺激因子,其通過與PPARγ、雌激素受體、糖皮質激素受體、核呼吸因子(nuclear respiratory factor,NRF-1)等各種轉錄因子相結合,調節(jié)各種轉錄而發(fā)揮生理功能。PPARγ和PGC-1α mRNA表達量增加,能夠調節(jié)脂類代謝靶基因的表達,正向調節(jié)脂肪細胞的分化。
RS4型抗性淀粉作為一種可溶性膳食纖維,在餌料中添加為7%和14%時能提高肝臟和肌肉中PPARγ和PGC-1α mRNA表達量,從而誘導脂肪代謝相關酶的表達,提高了脂肪代謝相關酶活性,血清和肝臟中游離脂肪酸增加。
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Effect of RS4-Type Resistant Starch on Lipid Metabolism-Related Enzymes and Gene Expression in Schizothorax prenanti Tchang
XIANG Shi-qiong, WU Ying-long*, FENG Jiao
(College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China)
Objective: To explore the effect of RS4-type resistant starch on the lipid metabolism-related enzymes and mRNA expression in Schizothorax prenanti Tchang. Methods: Schizothorax prenanti Tchang of approximately 75 g body weight were randomly divided into five groups. After 60 days of feeding, the activities of lipoprotei n lipase (LPL) and hepatic lipase (HL) and free fatty acid (FFA) content were determined by copper reagent method. The mRNA expression levels of PPARγ and PGC-1α in muscle and liver were determined by RT-PCR. Results: RS4-type resistant starch at a dos age of 7% or more could significantly improve the activities of liver LPL and HL in Schizothorax prenanti Tchang, increase free fatty acid content in the serum and liver (P < 0.05); while, RS4-type resistant starch at a dosage of 3.5% had no effect on the activities of LPL and HL or free fatty acid content (P > 0.05). In addition, the mRNA expression levels of muscle and liver PPARγ and PGC-1α in the groups administered with RS4-typ e resistant starch at dosages of 7% and 14% were significantly higher than those in the control group (P < 0.05). Conclusion: Dietary supplementation of RS4-type resistant starch at an appropriate amount could increase the expression of lipid metabolism-related genes in muscle and liver, improve the activities of lipid metabolismrelated enzymes, and promote the breakdown of triglycerides in Schizothorax prenanti Tchang.
RS4-type resistant starch; Schizothorax prenanti Tchang; real-time PCR (RT-PCR); peroxisome proliferators activated receptors-γ (PPARγ); peroxisome proliferators activated receptor γ coactivator-1α (PGC-1α)
TS254.2
A
1002-6630(2014)11-0229-06
10.7506/spkx1002-6630-201411046
2013-09-22
四川省科技支撐計劃項目(2009NZ0077-007);四川農業(yè)大學“211”工程雙支計劃項目(2010)
向世瓊(1989—),女,碩士研究生,研究方向為功能性食品。E-mail:xiangshiqiong@163.com
*通信作者:鄔應龍(1963—),男,教授,博士,研究方向為功能性食品。E-mail:wuyinglong99@163.com