梁 榮,樊 琛,李 燕,曾慶華,劉 冉,郭興峰
(聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院,山東聊城 252000)
阿膠(Collacoriiasini)為馬科動(dòng)物驢(EquusasinusL.)的干皮或鮮皮經(jīng)煎煮、濃縮制成的固體膠,與人參、鹿茸并稱為滋補(bǔ)三寶,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》[1]。阿膠含明膠、蛋白質(zhì)、微量元素等多種有效成分,具有抗疲勞、抗氧化、增強(qiáng)免疫、促進(jìn)造血功能等多種功效[2-5]。
目前,通常采用直接加入阿膠原粉的方式制成阿膠制劑,如口服液、泡騰片、軟膠囊等[6-7]。阿膠蛋白需要經(jīng)蛋白酶降解為小分子肽后才能被吸收,但對(duì)于脾胃虛弱、消化能力低下的人群,直接服用阿膠或其制劑不但給胃腸帶來(lái)較大負(fù)擔(dān),而且阿膠的功效也得不到充分發(fā)揮[8]。因此,通過(guò)可控酶解技術(shù)將阿膠水解成小分子肽,能夠有效增強(qiáng)阿膠的生物利用度[9-10]。近代科研工作者運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)手段,對(duì)阿膠化學(xué)成分、功效物質(zhì)、藥理作用及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了多方面的探討和研究,并取得了顯著的研究成果[11-14]。然而,長(zhǎng)期以來(lái)受到技術(shù)條件和傳統(tǒng)思想的限制,阿膠的很多功效還未得到足夠的現(xiàn)代科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。特別是在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能方面,雖然已經(jīng)有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道,但是研究?jī)?nèi)容不夠充分[15-16]。黃宏軼等[17]研究發(fā)現(xiàn)參苓阿膠復(fù)方膏對(duì)氣虛體質(zhì)小鼠免疫調(diào)節(jié)能力具有改善作用;李志等[18]研究發(fā)現(xiàn)阿膠口服液能提高小鼠的細(xì)胞免疫和體液免疫功能。關(guān)于阿膠免疫調(diào)節(jié)的研究多集中在一些阿膠制劑的生理活性方面,并且這些研究對(duì)阿膠免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的研究并不深入。
因此,本研究以小分子阿膠肽(LMWPC)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過(guò)研究LMWPC對(duì)小鼠體液免疫及細(xì)胞免疫兩方面的影響,深入探討和解析LMWPC對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié)機(jī)制,為阿膠新型制劑及保健品的研發(fā)提供參考。
小分子阿膠肽(LMWPC,MW<1000 Da) 東阿阿膠股份有限公司;SPF級(jí)健康ICR雌性小鼠,體重18~22 g 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物合格證號(hào)SCXK(京)2012-0001,北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司;動(dòng)物飼料(許可證號(hào):SCXK(京)2014-0008) 北京華阜康生物科技股份有限公司;Yac-1細(xì)胞 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院;INT、PMS、NAD、Giemsa染液 美國(guó)Sigma公司;0.2 mol/L Tris-HCl緩沖液、Hanks液、SA緩沖液、PBS緩沖液、1% NP40、RPMI1640培養(yǎng)液 美國(guó)Gibco公司;YAC-l細(xì)胞、綿羊紅細(xì)胞(SRBC)、補(bǔ)體(豚鼠血清)、ConA、小牛血清、都氏試劑 杭州四季青生物材料有限公司;其他試劑 均為分析純。
上海晟聲K1301 K1302半自動(dòng)凱氏定氮儀 上海雙旭電子有限公司;Waters 1515 GPC凝膠色譜儀 美國(guó)Waters公司;SPECTRAMAX plus 酶標(biāo)儀 美國(guó)MD公司;PL203 型電子天平 瑞士METTLER TOLEDO公司;Thermo 3111 CO2培養(yǎng)箱 美國(guó)Thermo公司;SW振蕩水浴槽 優(yōu)萊博技術(shù)(北京)有限公司;Sorvall ST8R高速冷凍離心機(jī) 美國(guó)Thermo公司;BDS-300倒置生物顯微鏡 重慶奧特光學(xué)儀器有限公司。
1.2.1 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 采用凱氏定氮法測(cè)定LMWPC中的蛋白質(zhì)含量[19]。樣品消解:用電子天平分別稱取0.1 g硫酸銅、3 g硫酸鉀、0.3 g粉末樣品、10 mL硫酸加入定氮管中,放入消解爐逐漸升溫至400 ℃待內(nèi)容物全部炭化,泡沫全部停止后,液體變成澄清透明藍(lán)綠色后繼續(xù)加熱30 min,停止加熱,冷卻取出。定氮蒸餾:用半自動(dòng)凱氏定氮儀進(jìn)行定氮蒸餾,經(jīng)計(jì)算確定蒸餾參數(shù),稀釋水量為10 mL、硼酸體積為10 mL、加堿體積為30 mL、蒸餾時(shí)間為210 s、淋洗水量為8 mL。鹽酸滴定:選用濃度為0.1 mol/L鹽酸對(duì)吸收氨氣后的硼酸溶液進(jìn)行滴定,利用滴定管記錄滴定體積。
蛋白質(zhì)含量(g/100 g)=(V1-V2)×C×0.0140×6.25×100/(M×10/100)
式中:V1是滴定時(shí)消耗鹽酸的量(mL);V2是空白實(shí)驗(yàn)所消耗的鹽酸量(mL);C是鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液濃度(mol/L);M是樣品質(zhì)量(g);6.25為氮換算為蛋白質(zhì)的平均系數(shù)。
1.2.2 分子量分布的測(cè)定 應(yīng)用高效凝膠色譜法對(duì)LMWPC的分子量(MW)分布進(jìn)行測(cè)定[20]。色譜柱:TSKgel 2000 SWXL;流動(dòng)相:乙腈∶水∶三氟乙酸=45∶55∶0.1 (v/v);流速:0.5 mL/min;柱溫30 ℃;進(jìn)樣量:10 μL,分別以乙胺酸-乙胺酸-乙胺酸(MW=189)、乙胺酸-乙胺酸-酪氨酸-精氨酸(MW=451)、桿菌酶(MW=1450)、抑肽酶(MW=6500)、細(xì)胞色素C(MW=12500)5種樣品為標(biāo)準(zhǔn)品。
1.2.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組與給藥 小鼠在溫度20~22 ℃,相對(duì)濕度45%~65%環(huán)境中飼養(yǎng),適應(yīng)飼養(yǎng)7 d,適應(yīng)期內(nèi)小鼠自由攝食和取水,適應(yīng)期結(jié)束后按體重采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)分組法分為五組,即對(duì)照組、免疫一組(血清溶血素測(cè)定)、免疫二組(進(jìn)行抗體生成細(xì)胞檢測(cè))、免疫三組(遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)實(shí)驗(yàn))和免疫四組(小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn))。阿膠人體推薦量為每天2.1 g/60 kg·bw[21],實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)低、中、高三個(gè)劑量組,即0.18、0.35、1.05 g/kg·bw,三組劑量分別相當(dāng)于人體推薦攝入量的5倍、10倍、30倍(每小組均為6只小鼠)[22]。以蒸餾水為溶劑將樣品分別配至所需濃度,同時(shí)設(shè)立蒸餾水溶劑對(duì)照組,按每天0.2 mL/10 g·bw連續(xù)經(jīng)口灌胃30 d 后,測(cè)各項(xiàng)免疫指標(biāo)。
1.2.4 血清溶血素測(cè)定 實(shí)驗(yàn)結(jié)束前5 d,小鼠腹腔注射綿羊紅細(xì)胞(SRBC),摘眼球取血,離心取血清稀釋100倍,進(jìn)行半數(shù)溶血值(HC50)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)組加入稀釋后的血清100 μL,對(duì)照孔加入100 μL SA 緩沖液(5倍稀釋),而后依次加入 50 μL 10% SRBC和100 μL補(bǔ)體。37 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)30 min后,離心 5 min(1500 r/min)取上清液50 μL,加入150 μL都氏試劑,半數(shù)溶血孔設(shè)置為12.5 μL 10%(v/v)SRBC,加入200 μL都氏試劑。采用微量振蕩器混合均勻,靜置 10 min 后,應(yīng)用酶標(biāo)儀測(cè)定540 nm波長(zhǎng)處的光密度值[23]并依據(jù)如下公式計(jì)算其HC50。
HC50=樣品光密度值/SRBC半數(shù)溶血光密度值×稀釋倍數(shù)
1.2.5 抗體生成細(xì)胞檢測(cè) 根據(jù)Jerne改良玻片法檢測(cè)抗體生成細(xì)胞[24]。SRBC免疫后的小鼠頸椎脫臼處死,取出脾臟制備脾細(xì)胞懸液。將表層培養(yǎng)基加熱溶解后,50 ℃水浴保溫,與等量pH7.2~7.4的2倍濃度Hank’s液混合,并分裝于小試管(每管0.5 mL)。向管內(nèi)加入50 μL 10% SRBC,20 μL 脾細(xì)胞懸液(5×106個(gè)/mL)迅速混勻,而后傾倒于玻片上做平行片。待瓊脂凝固后,將玻片水平扣放在片架上,放入CO2培養(yǎng)箱溫育1.5 h,加補(bǔ)體后繼續(xù)溫育1.5 h后,計(jì)數(shù)溶血空斑數(shù)。
1.2.6 遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)(DTH) 實(shí)驗(yàn)結(jié)束前5 d,小鼠腹腔注射2%(V/V)綿羊紅細(xì)胞(SRBC),致敏后4 d測(cè)量左后足距厚度,然后在測(cè)量部位皮下注射20%(VN)SRBC,每鼠注射20 μL,注射后24 h測(cè)量左后足距部厚度,同一部位測(cè)量三次,取均值。以攻擊前后足蹈厚度差值(足距腫脹度)來(lái)表示DTH的程度[25]。
1.2.7 小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化 無(wú)菌環(huán)境下取出小鼠脾臟,置于裝有 5 mL Hank’s 液(無(wú)菌)的平皿中,并將紗布置于脾臟上方,用一次性注射器內(nèi)芯,輕微用力將脾臟磨碎,制備脾細(xì)胞懸液。用Hanks液洗2次,每次離心10 min(1000 r/min),將細(xì)胞懸浮于1 mL RPMI1640完全培養(yǎng)液中,調(diào)整細(xì)胞濃度為 3×l06個(gè)/mL。將細(xì)胞懸液分兩孔加入24孔培養(yǎng)板中,每孔1 mL,一孔加入75 μL ConA液,另一孔作為對(duì)照,置于5% CO2、37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h。培養(yǎng)結(jié)束前4 h,每孔吸取上清液0.7 mL,加入0.7 mL不含小牛血清的RPMI1640培養(yǎng)液,同時(shí)加入MTT 50 μL,繼續(xù)培養(yǎng)4 h。培養(yǎng)結(jié)束后,每孔加入l mL酸性異丙醇,吹打均勻使紫色結(jié)晶完全溶解,在570 nm波長(zhǎng)處測(cè)定OD值,以加 ConA孔的OD值減去不加ConA孔的OD值表示淋巴細(xì)胞增殖能力[26]。
實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次以上,以Excel軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù),使用SPSS軟件中Dunnett檢驗(yàn)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,顯著水平為P<0.05。
采用凱氏定氮法測(cè)定了LMWPC中的蛋白質(zhì)含量,結(jié)果顯示LMWPC中的主要成分為蛋白質(zhì),含量高達(dá)(88.84±1.77) g/100 g。應(yīng)用高效凝膠色譜法對(duì)小分子肽分子量(MW)分布進(jìn)行測(cè)定,獲得LMWPC的分子量分布如圖1所示。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)品的出峰時(shí)間(如圖2所示),用各自標(biāo)準(zhǔn)樣品的分子量取對(duì)數(shù)的lgMw并與保留時(shí)間作圖得到線性關(guān)系,回歸方程為:y=-0.227x+6.991,R2=0.963。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果,經(jīng)回歸方程計(jì)算發(fā)現(xiàn)LMWPC的分子量絕大部分分布在1000 Da以下,并由4個(gè)主要片段組成,由右向左四個(gè)峰對(duì)應(yīng)的分子量分別為:66、105、223和581 Da。
圖1 小分子阿膠肽的高效凝膠色譜圖Fig.1 High performance gel chromatogram of LMWPC
圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的高效凝膠色譜圖Fig.2 High performance gel chromatogram of standard samples
LMWPC是以阿膠為原料,使用現(xiàn)代生物酶解技術(shù),將傳統(tǒng)阿膠大分子蛋白或多肽,進(jìn)行進(jìn)一步的水解,使其分子量進(jìn)一步減小,以期減弱阿膠的滋膩之性[27]。經(jīng)本研究的測(cè)定發(fā)現(xiàn),LMWPC不但蛋白質(zhì)含量豐富,而且酶解后的相對(duì)分子量分布在1000 Da以下。分子質(zhì)量的降低使阿膠具有較好的溶解性,減輕了阿膠的滋膩性,使機(jī)體更容易消化吸收,從而提高了阿膠的生物利用度[28]。劉元濤等[29]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)仿生酶解后的阿膠<3000 Da的小肽含量增加、分子量降低,且仿生酶解后的阿膠比普通阿膠具有更好的提高小鼠抗缺氧能力、游泳時(shí)間、胸腺和脾臟指數(shù)以及耐寒能力的效果。
研究表明,阿膠能夠顯著提高血液白細(xì)胞水平,從而提高機(jī)體的免疫能力[30]。小分子阿膠為阿膠水解物,同樣具有良好的免疫調(diào)節(jié)功能。血清溶血數(shù)(半數(shù)溶血值,HC50)和抗體生成細(xì)胞檢驗(yàn)(溶血空斑實(shí)驗(yàn)是體外檢測(cè)單個(gè)抗體形成細(xì)胞B淋巴細(xì)胞)的測(cè)定常被用來(lái)檢測(cè)機(jī)體體液免疫的功能狀態(tài)[31]。LMWPC對(duì)小鼠血清溶血素水平的影響如圖3所示,高劑量組(1.05 g/kg·bw)小鼠的半數(shù)溶血值(HC50)與對(duì)照組(63.6±5.5)比較差異性極顯著(P<0.01),可達(dá)76.8±4.2;低劑量組和中劑量組的小鼠HC50分別為69.3±4.1和68.6±5.7,與對(duì)照組相比差異顯著(P<0.05)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LMWPC能明顯增加小鼠血清溶血素水平,對(duì)小鼠的體液免疫功能有增強(qiáng)作用。崔金玉[32]研究發(fā)現(xiàn)阿膠丁、蛤粉炒阿膠珠和微波制阿膠珠都可以提高正常小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬率和吞噬指數(shù),同樣證明阿膠可以提高小鼠的免疫能力。
圖3 小分子阿膠肽對(duì)小鼠血清溶血素水平的影響Fig.3 Effect of LMWPC on the rite ofblood serum hemolysin in mice注:*表示與對(duì)照組相比差異顯著(P<0.05);**表示與對(duì)照組相比差異極顯著(P<0.01);圖4~圖6同。
圖4為L(zhǎng)MWPC對(duì)小鼠脾細(xì)胞抗體生成的影響結(jié)果,小分子阿膠低聚肽0.35 g/kg·bw中劑量組小鼠的溶血空斑數(shù)(×103/全脾)與對(duì)照組比較差異性顯著(P<0.05);低、高劑量組小鼠的溶血空斑數(shù)與對(duì)照組的差異均無(wú)顯著性(P>0.05),這可能是由于低劑量下的LMWPC對(duì)小鼠脾細(xì)胞抗體生成的影響不顯著,而高劑量的LMWPC抑制小鼠脾細(xì)胞抗體生成導(dǎo)致的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,中劑量(0.35 g/kg)的LMWPC顯著增加了空斑的形成,進(jìn)一步促進(jìn)B細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體,增強(qiáng)機(jī)體的體液免疫功能。付英杰等[33]研究表明,不同給藥途徑的阿膠低肽均可顯著增加模型小鼠脾重指數(shù),表現(xiàn)出一定的免疫增強(qiáng)作用。盧艷等[22]研究發(fā)現(xiàn)阿膠棗能夠調(diào)節(jié)小鼠體液免疫功能,調(diào)節(jié)小鼠巨噬細(xì)胞吞噬能力,同時(shí)不同劑量的阿膠棗未見(jiàn)免疫抑制現(xiàn)象。LMWPC源于阿膠,在某種程度上能夠代表阿膠的功能活性,因此本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象LMWPC和阿膠棗均表現(xiàn)出了類似的免疫調(diào)節(jié)能力。
圖4 小分子阿膠肽對(duì)小鼠脾細(xì)胞抗體生成的影響Fig.4 Effect of LMWPC on hemolytic antibody in mice
狹義的細(xì)胞免疫(cellular immunity)僅指T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答,其特征是出現(xiàn)以單核細(xì)胞浸潤(rùn)為主的炎癥反應(yīng)和/或特異性的細(xì)胞毒性[34]。廣義的細(xì)胞免疫還包括原始的吞噬作用以及NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用。細(xì)胞免疫是清除細(xì)胞內(nèi)寄生微生物的最為有效的防御反應(yīng),也是排斥同種移植物或腫瘤抗原的有效手段[35]。小鼠遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)和ConA誘導(dǎo)的小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化的測(cè)定常被用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞免疫的功能狀態(tài)[18]。圖5為L(zhǎng)MWPC對(duì)小鼠DTH的影響結(jié)果,由圖5可知對(duì)照組小鼠足趾腫脹為(0.27±0.06) mm,低劑量組小鼠足趾腫脹與對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異;中、高劑量組小鼠足趾腫脹分別為(0.34±0.07) mm和(0.35±0.03) mm,與對(duì)照組相比差異極顯著(P<0.01),因此0.35 g/kg中劑量組和1.05 g/kg高劑量組LMWPC對(duì)SRBC誘導(dǎo)的小鼠足趾腫脹厚度具有明顯增強(qiáng)作用。由于SRBC是細(xì)胞免疫的誘導(dǎo)劑,實(shí)驗(yàn)組小鼠足趾腫脹程度的增加,說(shuō)明LMWPC能夠通過(guò)增強(qiáng)機(jī)體的細(xì)胞免疫功能而增加足趾的腫脹。張珣等[36]研究表明,阿膠同樣能夠增加小鼠血清溶血素含量,增強(qiáng)小鼠的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)和脾淋巴細(xì)胞的增殖能力;并且能顯著提升免疫低下模型小鼠的胸腺指數(shù)、小鼠腹腔巨噬細(xì)胞對(duì)雞紅細(xì)胞的吞噬率和吞噬指數(shù);還能調(diào)節(jié)血清中免疫細(xì)胞因子的水平,表明阿膠對(duì)小鼠特異性及非特異性免疫機(jī)能具有顯著調(diào)節(jié)作用。
圖5 小分子阿膠肽對(duì)小鼠遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)(DTH)的影響Fig.5 Effect of LMWPC on thedelayed hypersensitivity in mice
LMWPC對(duì)小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化的影響結(jié)果如圖6所示,實(shí)驗(yàn)小鼠經(jīng)口灌胃LMWPC 30 d后,與對(duì)照組OD值(0.253±0.082)比較,低劑量組OD值(0.280±0.074)和中劑量組OD值(0.315±0.067)小鼠的脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化差異均無(wú)顯著性(P>0.05);而高劑量組(OD值0.344±0.052)對(duì)小鼠脾淋巴細(xì)胞的增殖能力最強(qiáng),差異極顯著(P<0.01)。因此,1.05 g/kg高劑量LMWPC能夠明顯增加脾淋巴細(xì)胞的成熟,從而促進(jìn)T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫反應(yīng),最終增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。安夢(mèng)培等[37]發(fā)現(xiàn)阿膠能顯著提高免疫低下小鼠的體液免疫和細(xì)胞免疫,提高CD3+、CD3+CD4+陽(yáng)性細(xì)胞比例,但是對(duì)非特異性免疫無(wú)明顯影響。巢警殳[38]研究發(fā)現(xiàn)林蛙皮生物活性肽能夠提高誘導(dǎo)的小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖能力和ConA誘導(dǎo)的小鼠遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)能力,具有增強(qiáng)機(jī)體細(xì)胞免疫功能。小分子阿膠肽與林蛙皮生物活性肽均來(lái)源于動(dòng)物皮,因此可能均有相似的免疫調(diào)節(jié)功能。
圖6 小分子阿膠肽對(duì)小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化的影響Fig.6 Effect of LMWPC on theblastisation of spleen lymphocyte in mice
本研究通過(guò)凱氏定氮及分子量分析實(shí)驗(yàn)證明LMWPC的蛋白質(zhì)含量豐富,分子量主要集中在1000 Da以下;利用小鼠免疫實(shí)驗(yàn)?zāi)P?發(fā)現(xiàn)LMWPC能夠通過(guò)增加小鼠血清溶血素水平、增加小鼠脾細(xì)胞抗體生成、增強(qiáng)小鼠遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)和促進(jìn)小鼠脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化增殖,提高小鼠的體液免疫及細(xì)胞免疫功能,對(duì)小鼠的免疫功能有正向調(diào)節(jié)作用。本研究為L(zhǎng)MWPC及相關(guān)系列食品的開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。