于書(shū)佳,王常青*,原 敏,連偉帥,訾 艷,陳曉萌,郝志萍
(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030 006)
小米谷糠多肽對(duì)肝損傷及癌前病變的抑制作用
于書(shū)佳,王常青*,原 敏,連偉帥,訾 艷,陳曉萌,郝志萍
(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030 006)
目的:觀察小米谷糠多肽的抗腫瘤和抑制化學(xué)性肝損傷作用。方法:分別用菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、537酸性蛋白酶水解小米谷糠,得到3種多肽;先用噻唑藍(lán)法檢測(cè)3種谷糠多肽的體外抗腫瘤作用,然后用抗腫瘤效果最好的多肽喂食經(jīng)氨基比林-NaNO2誘導(dǎo)的肝損傷小鼠,并作肝組織學(xué)觀察。結(jié)果:當(dāng)菠蘿蛋白酶水解的谷糠多肽質(zhì)量濃度為50 mg/mL時(shí),S180和H22腫瘤細(xì)胞的抑制率可達(dá)到56.28%和53.73%,該多肽在10 g/(kg·d )劑量可顯著降低小鼠肝臟丙二醛含量和血清谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性(P<0.01),并提高肝臟谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性(P<0.01)。組織切片顯示,模型組小鼠肝細(xì)胞損傷嚴(yán)重,谷糠多肽高劑量組動(dòng)物的肝細(xì)胞形態(tài)基本正常。結(jié)論:菠蘿蛋白酶水解的谷糠多肽具有抑制肝損傷及癌前期病變的作用。
小米谷糠多肽;氨基比林;抗腫瘤;肝損傷;肝癌前病變
小米谷糠是小米在加工過(guò)程中的副產(chǎn)品,其中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、B族維生素、VE等營(yíng)養(yǎng)素[1]。小米谷糠多肽(millet bran polypeptide,MBPE)是蛋白酶水解小米谷糠中蛋白的產(chǎn)物,由多種小分子肽和少量游離氨基酸組成。腫瘤是當(dāng)今發(fā)病率很高的疾病,而且死亡率還在逐年遞增,食療已成為預(yù)防及治療癌癥的一種重要輔助手段,尋找高效、安全的抗腫瘤輔助食品是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。在國(guó)內(nèi)外,已經(jīng)有玉米多肽和大豆低聚肽等植物多肽抗腫瘤的研究報(bào)道[2],但目前對(duì)小米谷糠的研究極少,尚未見(jiàn)到用小米谷糠研制抗腫瘤肽的研究報(bào)道。
本實(shí)驗(yàn)比較小米谷糠水溶性蛋白經(jīng)菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶和537酸性蛋白酶3種酶多肽的體外抗腫瘤作用及抑制肝組織癌前期病變的效果(已申報(bào)發(fā)明專利),為小米谷糠多肽保健食品的開(kāi)發(fā)和研制提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 動(dòng)物、材料與試劑
雄性昆明小鼠,6周齡,SPF級(jí),(20±2)g,購(gòu)于山西醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物中心。
S180、H22細(xì)胞購(gòu)自山西省腫瘤醫(yī)院。
脫脂小米谷糠,由山西榆次黃彩苑農(nóng)業(yè)食品科技有限公司提供。
菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、537酸性蛋白酶 廣西龐博生物工程有限公司;氨基比林 成都西亞化工股份有限公司;注射用環(huán)磷酰胺 江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司;RPMI1640培養(yǎng)基 美國(guó)Gibco公司;噻唑藍(lán)、二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO) 美國(guó)Amresco公司;青鏈霉素混合液 Solarbio公司;胎牛血清 浙江天杭生物科技有限公司;丙二醛(malondialdehyde,MDA)試劑盒、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)試劑盒、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase,AST) 南京建成生物工程研究所;其余試劑均為分析純。
1.2 儀器與設(shè)備
CO2培養(yǎng)箱 北京中科環(huán)試儀器有限公司;冷凍高速離心機(jī) 賽默飛世爾科技有限公司;Leica RM2255切片機(jī) 德國(guó)徠卡儀器公司;生物顯微鏡 日本Olympus公司;SephadexG-25凝膠分子篩層析柱 上海亞榮生化儀器廠;UVD-680-3紫外檢測(cè)儀和色譜工作站 上海金達(dá)生化儀器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 MBPE的制備方法
取一定量脫脂米糠,按料液比1∶10(m/V)浸提水溶性蛋白,經(jīng)透析脫鹽后,分別用菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶和537酸性蛋白酶在各自最適水解條件下對(duì)其酶解,水解液90 ℃滅酶,冷卻后,4 500 r/min離心收集多肽上清液備用。
1.3.2 3種MBPE的分子質(zhì)量測(cè)定[3]
上述多肽的分子質(zhì)量分布采用Sephadex G-25凝膠色譜法測(cè)定,檢測(cè)儀波長(zhǎng)為280 nm。以胰島素、桿菌肽和還原型谷胱甘肽作為Marker。以Marker的分子質(zhì)量對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)(X)、Marker的洗脫體積(Y)為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程:Y=-47.25X+220.4(R2=0.998 7)。對(duì)質(zhì)量濃度為10 mg/mL的MBPE進(jìn)行Sephadex G-25凝膠色譜分析,通過(guò)峰面積歸一法計(jì)算出MBPE的分子質(zhì)量分布范圍。
1.3.3 氨基酸組成與谷胱甘肽含量分析
氨基酸組成與谷胱甘肽含量委托山西糧食質(zhì)量檢測(cè)中心檢測(cè)。氨基酸分析依據(jù)GB/T5511—2008《谷物和豆類 氮含量測(cè)定和粗蛋白質(zhì)含量計(jì)算 凱氏法》進(jìn)行檢驗(yàn)。谷胱甘肽含量采用熒光光度法[4]檢測(cè)。
1.3.4 MBPE對(duì)S180、H22腫瘤細(xì)胞的體外抑制實(shí)驗(yàn)
參照文獻(xiàn)[5],將S180、H22細(xì)胞置于含100 μg/mL青霉素、100 μg/mL鏈霉素的1%青鏈霉素混合液、10%胎牛血清的RPMI1640培養(yǎng)液中,在37℃、5% CO2環(huán)境下培養(yǎng)。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的S180、H22腫瘤細(xì)胞,將細(xì)胞濃度調(diào)為5×104個(gè)/mL[6]。文獻(xiàn)[7]報(bào)道,環(huán)磷酰胺是一種常用的廣譜抗癌化療藥物,抗癌機(jī)制主要表現(xiàn)在直接破壞DNA并阻止其復(fù)制,常用作抗腫瘤實(shí)驗(yàn)對(duì)照品。預(yù)實(shí)驗(yàn)表明,環(huán)磷酰胺、MBPE的質(zhì)量濃度為10 mg/mL以上時(shí)有抑制S180、H22細(xì)胞株的作用,因此,陽(yáng)性對(duì)照組加入20 mg/mL的環(huán)磷酰胺100 μL、實(shí)驗(yàn)組加入等體積的MBPE(10、30、50 mg/mL),對(duì)照組加等體積的培養(yǎng)液,于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,棄去上清液,每孔加5 mg/mL的噻唑藍(lán)10 μL,繼續(xù)培養(yǎng)4 h,棄上清后每孔加入DMSO 200 μL,輕輕振搖10 min,在波長(zhǎng)550 nm處測(cè)光密度值。計(jì)算3種小米糠多肽對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率,選取對(duì)S180、H22腫瘤細(xì)胞增殖抑制率最高的一種小米谷糠多肽,進(jìn)行下一步小鼠抗肝損傷及癌前病變的抑制實(shí)驗(yàn)。
1.3.5 MBPE抑制小鼠肝損傷及癌前病變方法
1.3.5.1 動(dòng)物分組與處理
小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)后,隨機(jī)分為基礎(chǔ)組、模型組、陽(yáng)性對(duì)照組、小米糠多肽高劑量組、低劑量組,每組10只。實(shí)驗(yàn)期間,基礎(chǔ)組、模型組、陽(yáng)性對(duì)照組喂食基礎(chǔ)飼料,高、低劑量組分別按10、4 g/(kg· d)喂食多肽,陽(yáng)性對(duì)照組隔天灌胃環(huán)磷酰胺20 mg/kg。除基礎(chǔ)組外,其他組小鼠灌胃氨基比林和NaNO2各80 mg/(kg·d),實(shí)驗(yàn)共13周。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每日觀察記錄小鼠進(jìn)食狀況、活動(dòng)及外表征象,每周稱量鼠體質(zhì)量。
1.3.5.2 血清中ALT和AST活性測(cè)定方法
實(shí)驗(yàn)第84天,小鼠禁食12 h。稱體質(zhì)量,各組動(dòng)物眼眶取血后,全血1 500 r/min離心10 min,分離血清,按照試劑盒標(biāo)注的方法測(cè)定血清ALT和AST的活性。
1.3.5.3 肝臟中MDA含量和GSH-Px活性測(cè)定
結(jié)束實(shí)驗(yàn)后,小鼠脫臼處死,切取適量的肝組織,冰水浴中用4 ℃生理鹽水將其制成10%的肝勻漿,4 000 r/min冷凍離心10 min,取上清液,按照試劑盒的說(shuō)明測(cè)肝組織MDA含量和GSH-Px活性。
1.3.5.4 肝組織形態(tài)學(xué)觀察
取小鼠肝臟右葉的相同部位,用10%的中性甲醛固定,包埋,切片,HE染色。用普通光鏡觀察、記錄組織形態(tài)。
1.4 統(tǒng)計(jì)分析
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS17.0軟件處理與方差分析。
2.1 3種MBPE的分子質(zhì)量分布范圍
圖1 3種MBPE的Sephadex G-25凝膠洗脫圖譜Fig.1 Elution profiles of three MBPEs on Sephadex G-25 column
由圖1可知,不同蛋白酶水解的多肽分子質(zhì)量分布存在較大差異,通過(guò)峰面積歸一法分析得到3種多肽的分子質(zhì)量分布,其中菠蘿蛋白酶酶解MBPE<1 000 D的比例最高,高達(dá)89.47%;而木瓜蛋白酶和537酸性蛋白酶酶解MBPE分子質(zhì)量<1 000 D分別占70.28%和53.64%。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。
表1 3種MBPE的分子質(zhì)量分布范圍Table 1 Molecular weight distribution of three MBPEs
2.2 3種MBPE的氨基酸組成與谷胱甘肽含量分析
表2 3種MBPE的氨基酸組成與谷胱甘肽含量Table 2 Amino acid composition and GSH content of three MBPEs Table 2 Amino acid composition and GSH content of three MBPEs
一般谷物食品中亮氨酸的含量為5%左右,由表2可見(jiàn),而3種MBPE中亮氨酸含量均較高,菠蘿蛋白酶酶解多肽的亮氨酸含量最高,為11.67%;這和菠蘿蛋白酶酶解MBPE抗腫瘤作用較好可能有一定關(guān)系。精氨酸在體內(nèi)可以通過(guò)轉(zhuǎn)化為NO而抑制腫瘤細(xì)胞的合成[8],在3種MBPE中,精氨酸的含量比一般谷物食品多,可能與MBPE的抗腫瘤作用有聯(lián)系。本實(shí)驗(yàn)的菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶和537酸性蛋白酶3種酶水解多肽的谷胱甘肽含量均遠(yuǎn)高于大豆肽溶液中谷胱甘肽的含量(28.5 μg/mL)[9]。研究證實(shí),谷胱甘肽具有保肝解毒和抗氧化的生理功能,已用于肝病和抗腫瘤等臨床治療[10]。
2.3 MBPE體外抑制S180、H22腫瘤細(xì)胞的作用分析
表3 3種MBPE對(duì)S180、H22腫瘤細(xì)胞的抑制率Table 3 le 3 in vitro itro Inhibitory effects of different polypeptides on S180 and H22
由表3可知,3種酶解多肽對(duì)S180、H22腫瘤細(xì)胞珠均有抑制作用,并且其抑制率隨著多肽質(zhì)量濃度的增加而升高,以上3種蛋白酶解物對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制率,高低順序?yàn)椴ぬ}蛋白酶、木瓜蛋白酶、537酸性蛋白酶。當(dāng)質(zhì)量濃度為50 mg/mL時(shí),菠蘿蛋白酶MBPE對(duì)S180、H22腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制率分別為56.28%、53.73%;木瓜蛋白酶MBPE的抑制率為43.31%、41.27%;而537酸性蛋白酶MBPE的抑制率為28.36%、29.53%。通過(guò)以上3種蛋白酶酶解多肽的體外抗腫瘤實(shí)驗(yàn),選取效果最好的菠蘿蛋白酶酶解MBPE,作為下一步抑制小鼠化學(xué)性肝損傷及癌前期病變的材料。
2.4 小米糠多肽抑制氨基比林-NaNO2誘導(dǎo)小鼠肝癌前期病變實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.4.1 小鼠血清和肝臟生化指標(biāo)分析
由表4可知,模型組與基礎(chǔ)組小鼠相比,肝組織MDA含量、血清AST和ALT活性均顯著增高,肝臟GSH-Px活性顯著下降(P<0.01),說(shuō)明肝臟受到了過(guò)氧化攻擊,其抗氧化能力受到嚴(yán)重破壞[11],說(shuō)明肝損傷和癌前病變建模成功。與模型組相比,陽(yáng)性對(duì)照組的肝組織MDA含量、GSH-Px活性、血清AST和ALT活性均存在顯著差異(P<0.01或P<0.05),與基礎(chǔ)組處于同一水平,說(shuō)明環(huán)磷酰胺具有抑瘤作用。與模型組相比,MBPE高劑量組肝臟MDA含量、血清AST、ALT活性極顯著降低,肝臟GSH-Px活性明顯升高(P<0.01);MBPE低劑量組MDA含量、血清AST、ALT活性顯著降低(P<0.05),肝臟GSH-Px活性升高(P<0.05)。由此可知,MBPE高、低劑量組對(duì)氨基比林-NaNO2誘導(dǎo)的肝損傷或癌前期病變的小鼠均有抑制作用,且MBPE高劑量組抑制效果更明顯。
表4 MBPE對(duì)小鼠血清AST、ALT和肝臟MDA、GSH-Px的影響(x±s,n=10)Table 4 Effect of the strongest antioxidant MBPE on serum AST and ALT as well as hepatic MDA and GSH-Px in mice(x±s, n = 10)
2.4.2 小鼠肝組織切片分析
圖2 氨基比林-NaNO2致小鼠肝組織形態(tài)學(xué)變化比較(×220000)Fig.2 Morphological changes of mouse liver tissue induced by AP-NaNO2(× 200)
由圖2可知,基礎(chǔ)組小鼠肝細(xì)胞大小均勻,分布規(guī)則,肝小葉內(nèi)網(wǎng)狀纖維支架完整,肝索圍繞中央靜脈呈放射狀整齊排列,細(xì)胞核圓,核膜清楚,無(wú)壞死或變性。模型組小鼠肝細(xì)胞有明顯的變性與增生現(xiàn)象[12],肝細(xì)胞出現(xiàn)異常增生,渾濁且體積增大,染色深淺不同,肝索排列相對(duì)紊亂,肝小葉內(nèi)部分肝細(xì)胞壞死,匯管區(qū)可見(jiàn)淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),胞漿內(nèi)出現(xiàn)輪廓不清晰的細(xì)小顆粒。環(huán)磷酰胺陽(yáng)性對(duì)照組肝細(xì)胞形態(tài)與基礎(chǔ)組相比,肝索圍繞中央靜脈呈放射狀排列,但細(xì)胞大小有差異,核膜不夠清晰,但肝組織形態(tài)基本正常。MBPE高劑量組肝細(xì)胞病變性質(zhì)與模型組相比,其病變程度明顯減輕,肝索略呈放射狀排列,細(xì)胞異型性增生程度減小,雙核細(xì)胞明顯少見(jiàn),肝小葉未見(jiàn)大片的壞死細(xì)胞。MBPE低劑量組肝細(xì)胞病變性質(zhì)與模型組類似,但其病變程度稍有減輕,肝索排列相對(duì)整齊,細(xì)胞異常增生程度減小,匯管區(qū)可見(jiàn)淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)。以上分析表明,MBPE高劑量組可顯著減輕氨基比林-NaNO2誘導(dǎo)小鼠的肝損傷,從而抑制其肝癌前期病變。
我國(guó)是世界上最大的小米生產(chǎn)國(guó)家,每年加工小米產(chǎn)生的小米谷糠大約40萬(wàn)t[13],如果將小米谷糠中的蛋白加工成功能性多肽食品,可以大大提高小米谷糠的經(jīng)濟(jì)效益和利用率,并減少浪費(fèi)與污染。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道,一些特定的小分子肽易于穿透腫瘤細(xì)胞,通過(guò)巨噬細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞相互作用抑制腫瘤的生長(zhǎng)[14],因此,小分子多肽含量高的多肽往往抗腫瘤效果較好[15]。本實(shí)驗(yàn)得到的3種多肽中的小分子肽比例都較高,其中菠蘿蛋白酶酶解MBPE中,<1 000 D多肽的比例最高,為89.47%,抗腫瘤效果也最好,這可能與該多肽中小分子抗腫瘤肽較多有聯(lián)系。目前尚未確定MBPE中抗腫瘤寡肽的分子組成和氨基酸序列,可能與MBPE中亮氨酸、精氨酸和谷胱甘肽含量較高有重要的關(guān)系。有研究表明[16],亮氨酸具有螯合金屬離子的作用,通過(guò)降低金屬離子的氧化還原電勢(shì),減小金屬離子的催化氧化,達(dá)到抗氧化作用,提高肽的抗氧化能力有助于抑制肝損傷。精氨酸能抑制腫瘤細(xì)胞的多胺生物合成,進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞核酸和蛋白質(zhì)的合成;谷胱甘肽可以通過(guò)抗氧化、解毒起到抵抗化學(xué)性肝損傷和癌前病變的作用。
亞硝胺是一種強(qiáng)化學(xué)致癌物,小鼠在亞硝胺誘導(dǎo)22周后產(chǎn)生肝癌[17],但亞硝胺建模過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量動(dòng)物死亡。本實(shí)驗(yàn)采用氨基比林-NaNO2建立化學(xué)性肝損傷和癌前期組織病變模型,與亞硝胺誘癌相比,具有實(shí)驗(yàn)時(shí)間短,癌前期組織病變明顯和動(dòng)物死亡率低的優(yōu)點(diǎn)。有研究證明[18],隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推移。氨基比林-NaNO2所致肝損傷細(xì)胞會(huì)惡變,生物膜上的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷程度加重,最終導(dǎo)致肝癌的形成。肝損傷或病變肝細(xì)胞受損動(dòng)物往往表現(xiàn)為血清AST、ALT活性異常升高;而肝損傷和癌前病變小鼠的肝組織往往表現(xiàn)為脂質(zhì)過(guò)氧化嚴(yán)重,抗氧化酶活性下降,GSH-Px活力下降和MDA含量顯著增高[19-20]。本研究通過(guò)喂食菠蘿蛋白酶酶解MBPE,可顯著抑制AST、ALT活性和MDA含量升高,顯著升高GSH-Px活力,因此具有一定的抗肝損傷和癌前期病變作用。MBPE在10 g/(kg·d)劑量時(shí)對(duì)氨基比林-NaNO2誘導(dǎo)的肝損傷及癌前期病變有明顯抑制作用,可以開(kāi)發(fā)為保健食品或抗腫瘤藥品原料。
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Inhibitory Effect of Millet Bran Polypeptides on Liver Injury and Precancerous Lesions
YU Shu-jia, WANG Chang-qing*, YUAN Min, LIAN Wei-shuai, ZI Yan, CHEN Xiao-meng, HAO Zhi-ping
(College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)
Objective: This study was aimed to investigate the antitumor activity of millet bran polypeptides (MBPEs) and their inhibitory effect on chemically induced liver injury. Methods: Three kinds of polypeptides were obtained by enzymatic hydrolysis of millet bran with bromelain, papain and 537 acid protease, respectively. MTT assay was applied to detect the in vitro antitumor effect of MBPEs. The mice with hepatic injury chemically induced by aminopyrine and sodium nitrite were fed with the polypeptide with the strongest antitumor effect, and the liver was histologically observed. Results: The inhibitory rates of MBPE (50 mg/mL) prepared with bromelain on S180 and H22 tumor cells were 56.28% and 53.73%, respectively. In the high-dose MBPE group (10 g /(kg·d)), the serum level s of aspartate transaminase (AST) and alanine transam inase (ALT) and the liver content of malondialdehyde (MDA) were significantly decreased(P < 0.01). The activity of liver glutathione peroxidase (GSH-Px) was signifi cantly increased(P < 0.01). The histological examination of the liver tissue showed that liver cells were severely injured. However, the morphology of hepatocytes in the high-dose group was basically normal. Conclusion: The polypeptides from millet bran hydrolyzed by bromelain have sig nifi cantly inhibitory effects on liver injury and precancerous lesions.
millet bran polypeptide; aminopyrine; antitumor; liver injury; hepatic precancerous lesions
TS201.4
A
1002-6630(2014)05-0213-05
10.7506/spkx1002-6630-201405042
2013-03-17
于書(shū)佳(1989—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)楣δ苄允称烽_(kāi)發(fā)。E-mail:shujiayu9967@163.com
*通信作者:王常青(1956—),男,教授,學(xué)士,研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)與功能食品的開(kāi)發(fā)。E-mail:wcq@sxu.edu.cn