韓 雪,周 茜,牛佳卉,吳夢(mèng)穎,王亞旭,袁 靜,趙 文*
(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,河北 保定 071001)
動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種非常復(fù)雜的慢性疾病[1],表現(xiàn)為脂質(zhì)的積累、動(dòng)脈血管壁的增厚以及某些炎性細(xì)胞因子的增多[2],也是心血管疾病發(fā)病率和死亡率增加的重要因素[3]。造成AS的發(fā)病原因非常復(fù)雜,其中血脂異常導(dǎo)致過(guò)多的脂質(zhì)在血管內(nèi)壁沉積[4]、體內(nèi)氧化應(yīng)激造成的損傷和誘發(fā)的一些炎癥反應(yīng)為主要因素[5]。肝臟是脂質(zhì)代謝的重要器官,長(zhǎng)期攝入高脂飲食會(huì)對(duì)肝臟造成一定的負(fù)擔(dān),進(jìn)而導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)代謝紊亂、肝臟脂肪沉積和病變[6]。近年來(lái),隨著我國(guó)國(guó)民生活水平的提高及飲食習(xí)慣的改變,AS的患病率越來(lái)越高,并成為中國(guó)人群的主要死亡原因[7]。AS主要是膽固醇、膽固醇酯在動(dòng)脈血管內(nèi)、中膜大量沉積所形成的病理改變,其危險(xiǎn)因素包括血脂異常、血糖異常、肥胖等[8]。肝臟是脂肪消化、吸收、分解、合成及運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的重要場(chǎng)所[9]。研究結(jié)果顯示,肝細(xì)胞脂肪病變及其伴隨的肝臟壞死性炎癥均對(duì)AS有促進(jìn)作用[10]。因此研究AS發(fā)病過(guò)程中肝臟的生理狀態(tài)對(duì)于預(yù)防和治療AS具有指導(dǎo)意義。
原花青素是一類廣泛存在于植物中的天然多酚類化合物,是以黃烷-3-醇及其衍生物為結(jié)構(gòu)單元,通過(guò)C—C鍵聚合而形成的聚合物。原花青素對(duì)心血管系統(tǒng)具有保護(hù)作用,尤其是在脂質(zhì)代謝中通過(guò)調(diào)整氧化低密度脂蛋白而起到抗氧化作用[11]。根據(jù)聚合度可將原花青素分為高聚原花青素和低聚原花青素,其中低聚原花青素更容易被吸收。研究表明,低聚原花青素具有抗氧化、抗炎癥、緩解機(jī)體氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),對(duì)退行性疾病具有預(yù)防作用[12]。
薔薇紅景天(Rhodiola rosea L.)為景天科(Crassulaceae)、紅景天屬(Rosales),主要生長(zhǎng)在我國(guó)高海拔地區(qū)。研究表明,薔薇紅景天作為一種珍貴的藥用資源,主要生物活性物質(zhì)有紅景天苷、酪醇和原花青素等。具有抑菌、抗病毒、抗炎、抗腫瘤、抗缺氧、保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞和增強(qiáng)記憶力的功效,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和心臟具有保護(hù)作用。然而,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)紅景天的研究主要集中在其化學(xué)成分的分析,特別是紅景天苷及其制備方法和抗炎抗氧化等活性的研究,而對(duì)紅景天中原花青素的研究相對(duì)較少,更少有對(duì)紅景天原花青素干預(yù)AS的研究。
課題組前期對(duì)薔薇紅景天低聚原花青素(oligomeric procyanidins from Rhodiola rosea L.,OPCRR)進(jìn)行了提取、純化,并對(duì)OPCRR的穩(wěn)定性[13]、抗氧化和抗衰老等活性[14]進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示OPCRR具有較強(qiáng)的清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基、羥自由基和超氧陰離子自由基的能力,從而能夠增強(qiáng)抗衰老活性。姜黃素是從姜科姜黃屬植物姜黃根莖中提取的一種天然酸性酚類物質(zhì)。研究表明,姜黃素具有降低高脂血癥、抗內(nèi)皮功能失調(diào)、抗氧化等作用,可在多個(gè)環(huán)節(jié)上影響AS的發(fā)生和發(fā)展[15],因此本實(shí)驗(yàn)中將其設(shè)置為陽(yáng)性對(duì)照組。
本實(shí)驗(yàn)采用VD3輔助脂肪乳劑灌胃的方法建立大鼠AS模型,通過(guò)對(duì)大鼠肝臟病理切片的觀察以及肝臟中脂質(zhì)代謝、氧化應(yīng)激和相關(guān)炎癥細(xì)胞因子等指標(biāo)的測(cè)定,初步確定OPCRR對(duì)AS模型大鼠肝臟的保護(hù)作用并探討其作用機(jī)制。
雄性Wistar大鼠66 只,8 周齡,體質(zhì)量160~180 g,由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供,許可證號(hào):SCXK(京)2014-0004。
OPCRR為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品營(yíng)養(yǎng)安全研究室制備,參考實(shí)驗(yàn)室制備專利[16]的方法進(jìn)行提取、純化。
VD3、丙基硫氧嘧啶、去氧膽酸鈉、膽固醇 北京索萊寶科技有限公司;總膽固醇(total cholesterol,TC)測(cè)試盒、甘油三酯(triglyceride,TG)測(cè)試盒、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-c)測(cè)試盒、高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-c)測(cè)試盒、極低密度脂蛋白膽固醇(very low density lipoprotein cholesterol,VLDL-c)測(cè)試盒、丙二醛(malondialdehyde,MDA)測(cè)試盒、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)測(cè)定試劑盒、谷胱甘肽過(guò)氧化酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)測(cè)定試劑盒、蛋白定量(考馬斯亮藍(lán)法)試劑盒 南京建成生物工程研究所;白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒、IL-6 ELISA試劑盒、IL-10 ELISA試劑盒、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)ELISA試劑盒、細(xì)胞間黏附因子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)ELISA試劑盒、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)ELISA試劑盒 武漢博士德生物工程有限公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。
1500-823酶標(biāo)儀、Finesse石蠟切片機(jī) 美國(guó)Thermo Scientific公司;SCIENTZ-IID細(xì)胞破碎儀、SCIENTZ-48組織研磨器 寧波新芝生物科技股份有限公司;FA2204B電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;DH-250電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海勝啟儀器儀表有限公司。
1.3.1 大鼠AS模型的建立與劑量設(shè)計(jì)
大鼠飼養(yǎng)1 周后開(kāi)始正式實(shí)驗(yàn)。隨機(jī)分為6 組,即陰性對(duì)照組、模型對(duì)照組及OPCRR低(60 mg/kg mb)、中(120 mg/kg mb)、高(240 mg/kg mb)劑量組和姜黃素(50 mg/kg mb)對(duì)照組(陽(yáng)性對(duì)照組),每組11 只。模型對(duì)照組、OPCRR3 個(gè)劑量組和姜黃素對(duì)照組用VD3輔助高脂乳劑灌胃法造模,即實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前連續(xù)3 d灌胃VD340萬(wàn) IU/(kg·d),之后每天灌胃高脂乳劑,陰性對(duì)照組以蒸餾水代替,連續(xù)8 周。在造模的同時(shí),相應(yīng)組動(dòng)物每天灌胃3 個(gè)劑量的OPCRR和姜黃素,陰性對(duì)照組和模型對(duì)照組灌胃蒸餾水。
1.3.2 大鼠血清制備及血脂指標(biāo)測(cè)定
第56天,各組大鼠禁食12 h后,稱質(zhì)量、麻醉、股動(dòng)脈取血,3 000 r/min離心,取血清,檢測(cè)大鼠血清中TC、TG、LDL-c和HDL-c水平,并按照如下公式計(jì)算AS指數(shù)(atherosclerosis index,AI)。
式中:cTC為測(cè)定的血清中TC的濃度/(mmol/mL);cHDL-c為測(cè)定的血清中HDL-C的濃度/(mmol/mL)。
1.3.3 大鼠動(dòng)脈及肝臟組織生化指標(biāo)測(cè)定
取大鼠肝臟,稱質(zhì)量。部分肝臟按照1∶9(m/V)加入生理鹽水,利用細(xì)胞破碎儀制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的肝臟勻漿,酶標(biāo)儀檢測(cè)大鼠肝組織中脂質(zhì)、氧化應(yīng)激和相關(guān)炎癥因子等指標(biāo)水平。取大鼠動(dòng)脈,將動(dòng)脈與剩余肝臟組織樣品在體積分?jǐn)?shù)10%福爾馬林溶液中充分固定后,石蠟包埋,切片,蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。首先進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。本實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)均以±s表示。
表1 大鼠AS造模后血脂指標(biāo)的變化(n=11)Table1 Changes in blood lipid levels in rats after atherosclerosis induction (n= 11)
由表1可知,與陰性對(duì)照組相比,模型對(duì)照組的大鼠TC、TG、LDL-c水平極顯著升高(P<0.01),HDL-c水平極顯著降低(P<0.01),AI極顯著升高(P<0.01)且大于4,說(shuō)明造模成功。
圖1 大鼠AS造模后動(dòng)脈組織病理學(xué)變化Fig.1 Histopathological change in artery of AS rats
由圖1中HE染色切片可知,陰性對(duì)照組大鼠動(dòng)脈壁的各層結(jié)構(gòu)均正常,細(xì)胞排列整齊,層次清晰且內(nèi)膜光滑,中膜平滑肌層無(wú)萎縮;模型對(duì)照組各層結(jié)構(gòu)排列紊亂,與陰性對(duì)照組相比有較多的脂質(zhì)沉積,內(nèi)膜細(xì)胞排列疏松,內(nèi)膜增厚,說(shuō)明AS造模成功。
圖2 AS大鼠肝臟組織病理學(xué)變化Fig.2 Histopathological changes in liver of AS rats
如圖2所示,陰性對(duì)照組大鼠肝臟組織形態(tài)結(jié)構(gòu)清晰且完整,肝小葉和肝竇正常,肝細(xì)胞排列整齊,以中央靜脈為軸心呈輻射狀排列,肝細(xì)胞形態(tài)正常,細(xì)胞核類似圓形,位于細(xì)胞中央(圖2A1、A2);模型對(duì)照組大鼠肝細(xì)胞出現(xiàn)腫脹,細(xì)胞核被擠到邊緣,肝小葉結(jié)構(gòu)紊亂,肝索排列紊亂,肝竇縮小甚至消失(圖2B1、B2);OPCRR低劑量組大鼠的肝臟組織情況與模型對(duì)照組情況基本相似(圖2C1、C2)。OPCRR中、高劑量組和姜黃素對(duì)照組大鼠的肝組織情況均有所好轉(zhuǎn),肝細(xì)胞排列較為清晰,肝小葉結(jié)構(gòu)較為正常,匯管區(qū)有少量炎細(xì)胞浸潤(rùn)(圖2D~F)。
由表2可知,與陰性對(duì)照組相比,模型對(duì)照組大鼠肝臟中TC、TG、LDL-c和VLDL-c的含量均極顯著上升(P<0.01),HDL-c的含量極顯著降低(P<0.01),即AS造模成功。與模型對(duì)照組相比,OPCRR組和姜黃素對(duì)照組各項(xiàng)血脂指標(biāo)顯著改善,OPCRR組和姜黃素對(duì)照組的TC、LDL-c和VLDL-c的含量極顯著降低(P<0.01),TG的含量顯著降低(P<0.05),HDL-c的含量顯著升高(P<0.05),說(shuō)明OPCRR對(duì)AS大鼠肝臟的脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)具有顯著改善作用,且與姜黃素效果相似。
表2 OPCRR對(duì)AS大鼠肝臟中脂質(zhì)指標(biāo)的影響(n=11)Table2 Effect of OPCRR on lipid parameters in liver of AS rats (n = 11)mmol/mg
表3 OPCRR對(duì)AS大鼠肝臟氧化應(yīng)激指標(biāo)水平的影響(n=11)Table3 Effect of OPCRR on antioxidant parameters levels in liver of AS rats (n= 11)
由表3可知,與陰性對(duì)照組相比,模型對(duì)照組大鼠肝臟中的SOD和GSH-Px活力極顯著降低(P<0.01),MDA的含量顯著升高(P<0.05)。與模型對(duì)照組相比,OPCRR劑量組與姜黃素對(duì)照組均有改善的趨勢(shì),其中OPCRR各劑量組顯著提高了肝臟中SOD活力(P<0.05,P<0.01),姜黃素對(duì)照組顯著提高SOD活力(P<0.05);在提高肝臟中GSH-Px的活力方面,低劑量的OPCRR可以顯著提高GSH-Px的活力(P<0.05),中、高劑量的OPCRR和姜黃素可以極顯著提高GSH-Px的活力,說(shuō)明OPCRR提高GSH-Px的效果基本與姜黃素相似;OPCRR顯著降低了大鼠肝臟中MDA的含量(P<0.05),而姜黃素對(duì)照組相對(duì)于模型對(duì)照組存在降低的趨勢(shì),但基本上無(wú)顯著性差異,即OPCRR降低肝臟中MDA含量的效果要優(yōu)于姜黃素。
由表4可知,與陰性對(duì)照組相比,模型對(duì)照組所有炎性細(xì)胞因子的水平均極顯著提高(P<0.01)。與模型對(duì)照組相比,OPCRR組和姜黃素對(duì)照組均有降低各炎癥細(xì)胞因子水平的趨勢(shì),其中低劑量OPCRR可顯著降低肝臟中IL-1β的水平(P<0.05),中、高劑量的OPCRR可極顯著降低肝臟中IL-1β的水平(P<0.01),而姜黃素則對(duì)其沒(méi)有明顯影響;OPCRR各劑量和姜黃素均可極顯著降低IL-6的水平(P<0.01);低、中劑量的OPCRR和姜黃素均可以顯著降低IL-10的水平(P<0.05),高劑量的OPCRR可極顯著降低IL-10的水平(P<0.01);低劑量的OPCRR對(duì)MCP-1和ICAM-1水平無(wú)顯著性影響,中、高劑量的OPCRR可顯著降低MCP-1和ICAM-1的水平(P<0.05,P<0.01);低劑量OPCRR和姜黃素均可以顯著降低肝臟中TNF-α質(zhì)量濃度(P<0.05),中、高劑量OPCRR可以極顯著降低肝臟中TNF-α質(zhì)量濃度(P<0.01),說(shuō)明在降低炎癥因子水平方面,OPCRR整體水平要優(yōu)于姜黃素。
表1 OPCRR對(duì)AS大鼠肝臟中炎癥細(xì)胞因子水平的影響(n=11)Table1 Effect of OPCRR on in fl ammatory cytokine levels in liver of AS rats (n= 11)pg/mL
AS已經(jīng)成為嚴(yán)重影響人類生命安全的慢性疾病之一,因此成功建立動(dòng)物AS模型對(duì)于研究其預(yù)防和治療效果具有十分重要的意義。研究表明AS主要表現(xiàn)為動(dòng)脈壁鈣化和動(dòng)脈壁上的脂質(zhì)沉積[17],高脂乳劑主要成分為膽固醇、丙基硫氧嘧啶、去氧膽酸鈉、豬油等,可以升高動(dòng)物體內(nèi)TC和TG含量,破壞甲狀腺功能,促進(jìn)膽固醇的吸收,進(jìn)而誘發(fā)高脂血癥;而VD3作為一種鈣離子誘導(dǎo)劑[18],可使血鈣升高,誘發(fā)高鈣血癥[19],兩者協(xié)同使動(dòng)脈管壁的完整受到破壞,引起動(dòng)脈內(nèi)皮通透性升高,脂蛋白及單核細(xì)胞浸潤(rùn)內(nèi)膜,進(jìn)而堆積成AS斑塊[20]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)連續(xù)3 d灌胃VD340萬(wàn) IU/(kg·d),輔助高脂乳劑(豬油20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、丙二醇20%、吐溫-80 20%、膽固醇10%、去氧膽酸鈉2%、丙硫氧嘧啶1%)灌胃,經(jīng)過(guò)8 周,成功獲得了大鼠AS模型,為研究的開(kāi)展提供了前提條件。
原花青素除具有顯著的抗氧化作用外,還具有抑制LDL形成、改善脂質(zhì)代謝紊亂的作用,這可能就是原花青素對(duì)血管具有保護(hù)作用的原因。許多研究表明,高脂血癥是誘發(fā)AS的一個(gè)必要條件,有研究者認(rèn)為,體內(nèi)的TC、TG水平升高后,與LDL或VLDL結(jié)合成LDL-c或VLDL-c被運(yùn)送到動(dòng)脈管壁[21],脂蛋白會(huì)堆積在動(dòng)脈血管壁,AS過(guò)程即開(kāi)始啟動(dòng),隨后經(jīng)過(guò)慢性炎癥反應(yīng),AS過(guò)程加速發(fā)展[22];因此,改善脂質(zhì)代謝水平,是緩解AS的一個(gè)關(guān)鍵途徑。姜巖等[23]研究了葡萄籽原花青素對(duì)冠狀A(yù)S的防御作用,結(jié)果表明葡萄籽原花青素可以降低Wistar雄性大鼠的TC、TG和LDL-c的水平,同時(shí)提高HDL-c的水平,從脂質(zhì)代謝途徑調(diào)控AS;Zhang Kexia等[24]用柿蒂類黃酮化合物對(duì)AS大鼠進(jìn)行干預(yù),結(jié)果顯示大鼠體內(nèi)TC、TG、LDL-c和HDL-c指標(biāo)水平均有所改善,并具有增加載脂蛋白A1表達(dá)量和降低血清載脂蛋白B的作用,且主動(dòng)脈切片結(jié)果證明柿類黃酮化合物確實(shí)對(duì)AS有保護(hù)作用。本實(shí)驗(yàn)以O(shè)PCRR為研究對(duì)象,干預(yù)AS Wistar雄性大鼠肝臟中的脂質(zhì)代謝,最終結(jié)果與上述文獻(xiàn)具有相同的趨勢(shì),說(shuō)明OPCRR具有通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝而緩解AS的效果。
肝臟在脂質(zhì)代謝的過(guò)程中起著重要的作用,其主要功能是合成脂蛋白和促進(jìn)脂質(zhì)運(yùn)輸。發(fā)生AS時(shí),往往伴隨著脂肪肝等肝臟疾病的出現(xiàn),原因是膽固醇排泄的主要途徑是膽汁酸的排泄,過(guò)度攝入的脂肪會(huì)導(dǎo)致肝臟不能正常代謝甚至肝損傷,脂肪會(huì)堆積在肝臟,影響肝細(xì)胞的功能、造成結(jié)締組織增生,最終導(dǎo)致肝硬化。AS通常會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)脂質(zhì)代謝紊亂,甚至?xí)?dǎo)致脂肪肝。李向陽(yáng)等[25]研究了金釵石斛多糖對(duì)高脂血癥大鼠肝臟脂肪變性的影響,證明了高脂血癥可以引發(fā)肝臟脂肪變性,且通過(guò)切片證實(shí),金釵石斛多糖可以從肝小葉結(jié)構(gòu)、肝細(xì)胞形態(tài)、變性程度等多方面對(duì)肝臟進(jìn)行保護(hù);李國(guó)娟等[26]研究也證明了過(guò)氧化物酶增值物激活受體γ激活蛋白1-α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1-α,PGC-1α)增加可以促進(jìn)膽固醇的分解和膽汁的分泌,調(diào)節(jié)血脂代謝,所以增加AS大鼠肝臟中PGC-1α的表達(dá)可以保護(hù)心血管,抑制AS的形成。本研究的HE染色結(jié)果表明,OPCRR可以改善AS大鼠的肝細(xì)胞形態(tài),保護(hù)肝臟結(jié)構(gòu),減少肝組織中的炎性灶,緩解肝損傷和變性的發(fā)生。
自由基引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化是AS形成的重要原因之一。盛沖霄等[27]發(fā)現(xiàn),氧化應(yīng)激是誘發(fā)頸部AS的一個(gè)重要原因,其中活性氧積聚,與血管舒張因子NO之間的平衡被打破,引起內(nèi)皮功能障礙,是AS開(kāi)始形成的關(guān)鍵。近年來(lái),實(shí)驗(yàn)證明,多種炎癥細(xì)胞因子的過(guò)度釋放也是導(dǎo)致AS的一個(gè)關(guān)鍵原因[28],血液中的LDL-c是一種炎性誘導(dǎo)劑,可誘導(dǎo)黏附因子(ICAM-1和VCAM-1)增加聚集到AS早期病變區(qū)形成AS[29];另一種在AS的發(fā)展階段中起關(guān)鍵性作用的炎癥細(xì)胞因子是MCP-1,它主要是吸引其他多種炎癥細(xì)胞黏附到AS病變區(qū)域,促進(jìn)AS的形成[30];此外參與AS過(guò)程的還有IL-1β、IL-6、IL-10和TNF-α等促炎性因子。何忠梅等[31]利用短梗五加果多酚減少了多種炎性細(xì)胞因子的表達(dá),并緩解了SD大鼠AS的情況,與本實(shí)驗(yàn)證明的OPCRR可以顯著降低Wistar大鼠肝臟中各炎癥因子水平的結(jié)果相似。
本實(shí)驗(yàn)以O(shè)PCRR為研究對(duì)象,采用VD3聯(lián)合高脂乳劑方法可成功建立大鼠AS模型,研究了其對(duì)AS大鼠肝臟的保護(hù)作用及作用機(jī)制。結(jié)果顯示,OPCRR可以通過(guò)改善脂質(zhì)代謝、提高抗氧化能力和抑制細(xì)胞炎癥因子來(lái)干預(yù)AS大鼠脂肪肝的形成,明顯改善大鼠肝臟結(jié)構(gòu)形態(tài),緩解由AS造模過(guò)程產(chǎn)生的肝損傷。而關(guān)于OPCRR是如何通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路來(lái)抑制AS的形成需進(jìn)一步進(jìn)行研究。