崔雪嬌，佟瀟禹，張彥龍,，曾偉民,

（1黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/黑龍江省普通高校微生物重點實驗室，哈爾濱 150080；2黑龍江大學(xué)/農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)教育部工程研究中心，哈爾濱 150500）

0 引言

刺五加(Acanthopanax senticosus)為五加科五加屬植物，主要產(chǎn)自黑龍江、吉林、遼寧、河北等地[1]?，F(xiàn)代研究表明，刺五加中含有三萜類、苯丙素類、甾體類等多種活性成分[2-5]，刺五加多糖是刺五加中的重要組成成分之一，作為一種生物活性大分子，已被證實在抗腫瘤、增強機體免疫力、抗疲勞、抗氧化等方面[6-9]有著重要作用。目前，國內(nèi)外專家學(xué)者主要偏向于對刺五加根、莖、葉中多糖[10-11]的結(jié)構(gòu)及活性進行研究，對刺五加果多糖鮮有報道。刺五加果是一種外表黑色的小果實，果期在8—10月，可以起到調(diào)節(jié)神經(jīng)、治療心血管疾病、淡化色斑等作用[12-14]。除可入藥外，刺五加果實在食品、保健品[15]方面也有著廣泛的應(yīng)用前景，是一種保健養(yǎng)生功能出色的藥材和食材。刺五加根、莖的多糖已被證實能夠抑制腫瘤細(xì)胞增殖并促進其凋亡。初期研究發(fā)現(xiàn)刺五加果實部位中含有大量的多糖類成分，但目前關(guān)于刺五加果實部位的結(jié)構(gòu)解析與活性研究較少，尚未見關(guān)于抗癌活性的報道。本研究期望得到刺五加果中活性較高的均一分子量多糖，并采用GPC、IR、HPLC等方法對其相對分子量、官能團構(gòu)成、單糖組成等方面進行探究。以高發(fā)性惡性腫瘤細(xì)胞系人肺癌細(xì)胞A549為研究對象，研究目標(biāo)多糖對肺癌A549細(xì)胞的體外作用效果，為刺五加果實體部位的進一步開發(fā)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2020年10月—2021年1月在黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物重點實驗室進行。

1.2 材料與儀器

刺五加果實(Acanthopanax senticosus)，由海林藥業(yè)公司于2019年提供，產(chǎn)自黑龍江省勃利縣。人肺癌A549細(xì)胞株購于北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院。D-葡萄糖醛酸（批號6556-12-3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%）、D-木糖（批號10010-10210，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%）、L-阿拉伯糖（批號5328-37-0，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%）、D-半乳糖醛酸（批號91510-62-2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%）、L-鼠李糖（批號10030-85-0，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%）、D-甘露糖（批號140571-21164，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98.5%）、D-半乳糖（批號59-23-4，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98.5%）、無水葡萄糖（批號10056-21790，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%）、色譜乙腈等均購于天津市科密歐公司；透析袋（北京經(jīng)科宏達公司），截留相對分子量3000；CCK-8試劑盒（?；锟萍加邢薰荆籆aspase-3,8,9活性檢測試劑盒（碧云天）；DEAE-52陰離子纖維素，Sephadex G-200葡聚糖凝膠購自上海源葉生物化學(xué)試劑有限公司；UNIQ-10柱式Trizol總RNA抽提試劑盒（生工生物）。

RE52-AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；電恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；高效液相色譜儀，日本島津；紫外分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；iMark型酶標(biāo)儀，美國伯樂；傅里葉變換紅外吸收光譜儀，賽默飛世爾；電泳儀，北京六一；定量PCR儀，StepOne Plus型(ABI，F(xiàn)oster，CA，USA)。

1.3 試驗方法

1.3.1 刺五加果多糖的提取純化 取干燥的刺五加果實1 kg，粉碎過篩20目，石油醚回流脫脂2次，一次3 h，藥渣置于通風(fēng)櫥自然風(fēng)干。90℃條件下，按料液比1:40浸提2次，一次3 h，過濾后濃縮提取液，加無水乙醇至80%濃度，過夜沉淀，離心后凍干，Sevage法脫蛋白質(zhì)至考馬斯亮藍(lán)檢測為陰性，得到粗多糖ASP。稱取30 g ASP溶解在蒸餾水中，將其通過2個串聯(lián)的樹脂柱[11]，用0.5、1.0、1.5 mol/L的NaCl溶液進行梯度洗脫，脫去色素及殘留蛋白質(zhì)，得到ASPA(3.2 g)、ASPB(16.8 g)、ASPC(5.7 g)3組餾分，選擇收率最高的ASPB通過DEAE-52柱層析，依次選擇0.1、0.2、0.3 mol/L NaCl溶液洗脫，流速控制1.0 mL/min，得到3組極分，分別命名為ASPB-1、ASPB-2、ASPB-3，經(jīng)體外抗肺癌篩選試驗后，確定ASPB-3為作用最佳餾分，將ASPB-3透析72 h后，通過Sephadex G-200葡聚糖凝膠柱層析，控制流速15 mL/h，ddH2O洗脫，檢測合并相應(yīng)管數(shù)，凍干后得到均一分子量多糖，命名為ASPF。

1.3.2 ASPF的分析鑒定

（1）ASPF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定。采用苯酚-硫酸法[16]、Bradford法[17]、硫酸-咔唑法[18]分別檢測ASPF中的糖、蛋白質(zhì)、糖醛酸。

（2）ASPF的相對分子量測定。色譜條件：Tskgel G2500PWXL色譜柱(250 mm×4.6 mm)，示差折光檢測器RID-20A(＋)，流動相為超純水，流速0.8 mL/min，進樣量20 μL，柱溫40℃。

將樣品ASPF用流動相溶解并配制濃度為2mg/mL，測定其純度。再將不同分子量葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品(12000、25000、50000、270000、410000)按照其相對分子質(zhì)量從大到小依次進樣，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程，計算樣品的相對分子質(zhì)量Mw值。

（3）ASPF的紅外光譜分析。稱取3.0 mg ASPF樣品，1:100與KBr粉末研磨均勻，壓片，在400～4000 cm-1波長下掃描。

（4）ASPF的單糖組成測定。精密稱取標(biāo)準(zhǔn)品甘露糖、鼠李糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸，用超純水配制成3 mmol/L的水溶液，制備成混合單糖對照品水溶液，并用同樣的處理方法將各單糖配制成為3 mmol/L水溶液。精密稱取10 mg ASPF于安瓿瓶中，加3 mL體積2.0 mol/L三氟乙酸(TFA)，熔封瓶口后于110℃條件下水解180 min，制得樣品水解液，加甲醇反復(fù)濃縮至無酸味，2 mL超純水溶解水解產(chǎn)物，備用。

取各標(biāo)準(zhǔn)單糖、混合單糖水溶液及水解樣品溶液1.2 mL于5.0 mL離心管中，分別依次加入600 μL 0.5mol/L的PMP甲醇溶液與0.3mol/L的NaOH溶液，混勻后于75℃水浴中反應(yīng)30 min，冷卻至室溫，用600 μL 0.3 mol/L的鹽酸溶液中和，依次用等體積的乙酸異戊酯、氯仿溶液萃取2次，離心(5000 r/min，5 min)，吸取目標(biāo)層，0.22 μm微孔濾膜過濾，待用。

色譜條件為：Diamonsil C-18柱(250 mm×4.6 mm)，流動相為乙腈-磷酸緩沖鹽溶液(17:83)，柱溫40℃，檢測波長245 nm，流速1.0 mL/min，進樣量20 μL。

1.3.3 ASPF的抗肺癌活性研究

（1）倒置顯微鏡觀察。培養(yǎng)A549細(xì)胞至對數(shù)生長期，均勻接種到六孔板中，過夜培養(yǎng)至細(xì)胞密度80%。用無菌水溶解3.2 mg樣品，2倍稀釋至100、200、400、800 μg/mL，樣品組為不同濃度ASPF，對照組為空白水溶液，培養(yǎng)48 h后吸盡培養(yǎng)液，PBS漂洗3次，于倒置顯微鏡下鏡檢。

（2）CCK-8法檢測A549細(xì)胞存活率。96孔板設(shè)置空白組、對照組和樣品組?？瞻捉M添加空白培養(yǎng)基，對照組與樣品組添加均勻的細(xì)胞懸浮液（細(xì)胞密度為5×103個/孔），周圍邊緣孔加PBS溶液。樣品孔加入不同濃度的ASPF(25、50、100、200、400、800、1600 μg/mL)，對照孔加入無菌水溶液，培養(yǎng)24、48 h。每孔加入20 μLCCK-8溶液，培養(yǎng)2 h，使用酶標(biāo)儀在450 nm波長下測定每孔吸光值，并依據(jù)式(1)計算肺癌A549細(xì)胞存活率。

（3）Caspase酶活性測定。使用Caspase-3,8,9試劑盒對A549細(xì)胞裂解液中Caspase酶活性進行測定，對照組為培養(yǎng)基，樣品濃度選擇200、400 μg/mL。將A549細(xì)胞給藥處理，培養(yǎng)48 h后用PBS漂洗3次。胰酶消化后，按照說明書要求加入細(xì)胞裂解液反應(yīng)15 min后，測定A549細(xì)胞裂解液中Caspase-3,8,9活性。

（4）RT-PCR檢測Bcl-2、Bax的mRNA表達量。培養(yǎng)3個平皿細(xì)胞至對數(shù)生長期，對照組細(xì)胞正常培養(yǎng)，劑量組分別給藥200、400 μg/mL的ASPF。離心收集細(xì)胞，并按每5×107個細(xì)胞加入0.5 mL Trizol，遵循試劑盒說明書操作提取細(xì)胞RNA。使用Primer Premier 5.0軟件設(shè)計引物，見表1，逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后進行PCR，每組反應(yīng)設(shè)置3個復(fù)孔，40個循環(huán)，以Actin作為內(nèi)參物。反應(yīng)完成后，測定Ct值，并采用2-△△Ct法計算。

表1 引物序列

2 結(jié)果與分析

2.1 ASPF分離純化結(jié)果

由計算得到，經(jīng)水提醇沉、Sevage法脫蛋白質(zhì)后得到的粗多糖得率為8.5%。如圖1所示，將陰陽離子串聯(lián)樹脂柱洗出的餾分ASPB經(jīng)Cellulose DE-52陰離子交換柱分離得到ASPB-1、ASPB-2、ASPB-3，3個組分的抗肺癌活性初篩結(jié)果如圖2，ASPB-3對肺癌細(xì)胞的體外抑制效果最佳。ASPB-3的SephadexG-200洗脫曲線如圖3所示，合并20～32管得到多糖ASPF。

圖1 DEAE-52纖維素離子柱洗脫曲線

圖2 DEAE-52柱層析各組分對A549細(xì)胞增殖活性的影響

圖3 Sephadex G-200凝膠柱洗脫曲線

2.2 ASPF的理化性質(zhì)

ASPF外表呈白色，外表蓬松，質(zhì)地輕，易溶于水，不溶于甲醇、丙酮等有機試劑。苯酚-硫酸法檢測ASPF的糖含量為89.8%，Bradford法未檢測到蛋白質(zhì)質(zhì)含量，硫酸-咔唑法檢測其糖醛酸含量為22.9%，為一種酸性多糖。

2.3 ASPF的純度鑒定及Mw值測定結(jié)果

采用凝膠滲透色譜法鑒定ASPF純度發(fā)現(xiàn)色譜圖中峰形單一且對稱，表明該多糖分子量排布均一（圖4），紫外圖譜在220 nm處有一強吸收峰，為多糖的特征吸收峰，其他位置處（260～280 nm為核酸、蛋白質(zhì)的特征吸收區(qū)）處均無吸收峰，表明已不存在蛋白質(zhì)、核酸等成分。根據(jù)計算得到回歸方程(2)，將保留時間tR代入得到ASPF的重均相對分子量MW為97462。

圖4 ASPF HPGPC色譜圖

2.4 IR掃描結(jié)果

ASPF的IR掃描圖譜（圖5）中存在多糖的特征吸收峰。3392.79 cm-1處的強寬峰為羥基的特征吸收峰，2935.66 cm-1處有吸收峰，表明有C-H的伸縮振動，1710 cm-1處有吸收峰為C=O的伸縮振動，1620.21 cm-1處為C=O非對稱振動吸收峰，證明ASPF中存在糖醛酸，1417.67 cm-1為糖醇羥基-C-OH的面內(nèi)彎曲振動峰，1101 cm-1附近的峰值確認(rèn)了C-O-C的存在，證明ASPF中的糖基為吡喃糖環(huán)構(gòu)型，772.62 cm-1處的典型峰表明其具有α-糖苷的構(gòu)型。

圖5 ASPF的IR掃描圖

2.5 ASPF的單糖組成

以單糖標(biāo)準(zhǔn)品與ASPF水解物進行保留時間比對，最終確定ASPF由鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖6種單糖組成（圖6～7、表2），物質(zhì)的量比為1:3.9:1.5:4.45:0.56:3.62。

圖6 單糖標(biāo)準(zhǔn)品液相色譜圖

圖7 ASPF單糖組成液相色譜圖

表2 標(biāo)準(zhǔn)品、樣品中單糖的保留時間

2.6 ASPF作用下人肺癌A549細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化

倒置顯微鏡下可觀察到陰性對照組細(xì)胞貼壁生長狀態(tài)良好（圖8），主要呈現(xiàn)梭形，緊密排列。陽性對照組姜黃素處理后細(xì)胞形態(tài)變圓，胞質(zhì)破碎，出現(xiàn)了嚴(yán)重的空泡化現(xiàn)象。在用100 μg/mL ASPF處理后，細(xì)胞外周出現(xiàn)皺縮，200 μg/mL ASPF作用下，細(xì)胞之間的連接性消失，在400 μg/mL給藥濃度下大部分細(xì)胞形態(tài)已經(jīng)變圓，細(xì)胞液中有大量死細(xì)胞漂浮，到800 μg/mL藥物作用濃度時細(xì)胞開始出現(xiàn)空泡化現(xiàn)象。

圖8 A549細(xì)胞凋亡形態(tài)變化的倒置顯微鏡圖片(200×)

2.7 ASPF對人肺癌A549細(xì)胞的抑制作用

ASPF作用下的人肺癌A549細(xì)胞存活率如圖9所示。當(dāng)作用時間為24、48 h時，在25 μg/mL濃度時相比對照組出現(xiàn)顯著性差異，200 μg/mL時出現(xiàn)極顯著性差異。ASPF對A549細(xì)胞抑制效果顯著，且隨劑量依賴性上升。綜上說明ASPF對肺癌A549細(xì)胞具有良好的抑制效果。*

圖9 不同濃度ASPF對A549細(xì)胞存活率的影響

2.8 ASPF對A549細(xì)胞Caspase-3,8,9酶活性的影響

細(xì)胞凋亡途徑主要分為外源性與內(nèi)源性凋亡途徑。在通常情況下，細(xì)胞膜表面的死亡受體受到刺激后會促使線粒體釋放細(xì)胞色素C，并增強Caspase-8的表達，同時與Caspase-9而形成復(fù)合體，激活Caspase-3的表達，從而啟動激酶級聯(lián)反應(yīng)，共同促進細(xì)胞凋亡[19]。本研究采用Caspase活力測定試劑盒檢測了在ASPF的作用下，Caspase-3,8,9活力的變化（圖10），發(fā)現(xiàn)對照組細(xì)胞基本無變化，因此以對照組為參比，計算劑量組中Caspase酶的活力變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在ASPF處理組中，Caspase酶活力均有不同程度的上升，與對照組相比存在顯著性差異，其中以Caspase-3,8酶活力增強最為明顯，且隨劑量依賴式增長。

圖10 ASPF對A549細(xì)胞Caspase酶活性的影響

2.9 ASPF對Bax、Bcl-2的mRNA表達量影響

同一家族的Bcl-2與Bax是2種重要的凋亡因子，能夠通過改變線粒體內(nèi)膜通透性而控制凋亡激活物產(chǎn)生。RNA的電泳結(jié)果如圖11所示，在ASPF處理48 h后，促凋亡基因Bax的mRNA表達量顯著上調(diào)，而抑凋亡基因Bcl-2的mRNA表達量顯著下降（圖12）。因此，ASPF可能通過增強Bax的mRNA表達并下調(diào)Bcl-2表達而促進細(xì)胞色素c的釋放，激活Caspase-9而產(chǎn)生凋亡小體，從而激活Caspase-3，最終達到促進癌細(xì)胞凋亡的效果。

圖11 RNA電泳檢測圖

圖12 ASPF對Bcl-2/Bax的mRNA表達量影響

3 結(jié)論與討論

結(jié)構(gòu)解析一直是多糖研究中的難點，由于多糖的相對分子量大且純化難度較高，會給其結(jié)構(gòu)研究帶來較大干擾。目前對刺五加根莖中分離得到的多糖結(jié)構(gòu)研究較多，其單糖組成主要為甘露糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖等常見單糖。本試驗從刺五加果中純化得到的多糖ASPF，分子量為97462，主要由鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖6種單糖組成，物質(zhì)的量之比為1:3.9:1.5:4.45:0.56:3.62，IR光譜推測ASPF中的糖基主要為吡喃構(gòu)型。比較特別的是在ASPF中，半乳糖醛酸的含量較高，通過糖醛酸含量的測定結(jié)果顯示其中糖醛酸含量高達22.9%，顯著高于根莖中多糖中糖醛酸的含量，與Xia等[11]從刺五加葉中分離出的ASP-B2、ASP-B3結(jié)構(gòu)較為相似。

肺癌是發(fā)病最快、死亡率最高的腫瘤疾病之一?；瘜W(xué)治療、放射治療與手術(shù)治療方法是肺癌晚期重要的治療手段，但副作用極大。研究表明，靈芝多糖、黃芪多糖等中藥多糖對肺癌細(xì)胞增殖有著顯著抑制作用，對防止癌癥擴散有著重要意義[20-21]。Zhao等[22]報道了從刺五加莖干部位提取得到的多糖ASPS對人肺癌H446細(xì)胞增殖有抑制作用，可以通過提高ERK與P38的活化阻滯細(xì)胞周期，進而達到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的效果。本研究首次報道了刺五加果多糖的抗肺癌活性，當(dāng)ASPF作用時間為48 h時，IC50值為424.39 μg/mL，對肺癌549細(xì)胞顯示出了較高的抑制作用，明顯高于純化前的抑制效果。

細(xì)胞凋亡是由一系列基因調(diào)控，為了適應(yīng)環(huán)境而主動死亡的過程，與死亡有本質(zhì)性區(qū)別，在胚胎發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、疾病發(fā)展等方面有著重要作用。細(xì)胞凋亡通常是由各種凋亡基因如Bcl-2家族、Caspase家族、P53等調(diào)控，在凋亡的同時細(xì)胞形態(tài)發(fā)生較大變化，如細(xì)胞膜破碎、核仁裂解等[23-25]。本研究選擇Caspase-3,8,9酶的活力變化作為研究對象，結(jié)果顯示這3種Caspase酶活力均有明顯上升，出現(xiàn)了顯著性差異，其中以Caspase-3的活力變化最明顯，Caspase-8的激活能夠活化全部凋亡通路的下游Caspase成員，說明ASPF能夠通過促進Caspase-8,9的活化而增強Caspase-3的表達。同時，采用RT-PCR法檢測Bcl-2/Bax的mRNA表達發(fā)現(xiàn)，不同濃度的ASPF可以從mRNA水平降低Bcl-2/Bax的表達值，為ASPF誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡提供了有力的依據(jù)。腫瘤細(xì)胞凋亡除與其自身凋亡通路有關(guān)外，也有多項研究證明中藥多糖可通過增強機體自身的免疫調(diào)節(jié)能力。中藥多糖可以通過促進免疫細(xì)胞增殖，增強巨噬細(xì)胞以及NK細(xì)胞和T、B淋巴細(xì)胞的活化來達到增強免疫調(diào)節(jié)能力的作用[26]，因此，未來也可以從ASPF的機體免疫調(diào)節(jié)能力出發(fā)研究其促進A549細(xì)胞凋亡機制。

綜上，本研究對刺五加果中提取得到的粗多糖ASP進行純化，采用活性初篩的方法，對活性最高的餾分進行純化，最終得到了抑制效果最佳的多糖命名為ASPF，并結(jié)合GPC、IR、HPLC等方法分析了ASPF的結(jié)構(gòu)表征。且首次發(fā)現(xiàn)刺五加果多糖對人肺癌A549細(xì)胞具有較強的體外抑制作用，當(dāng)ASPF作用48 h時，其IC50值為424.39 μg/mL，相比較純化前的664.6 μg/mL，其抑制效果有著顯著性增強。ASPF能夠在mRNA表達量上降低Bcl-2/Bax的比值而達到促進細(xì)胞凋亡的效果。