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        乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對環(huán)磷酰胺致免疫抑制小鼠的保護作用

        2022-12-20 04:22:42田雪娜孔唯唯孫津程代
        食品研究與開發(fā) 2022年24期
        關(guān)鍵詞:酪蛋白乳清脾臟

        田雪娜,孔唯唯,孫津,程代*

        (1.天津科技大學(xué) 食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室,天津 300457;2.優(yōu)能康(天津)醫(yī)療科技有限公司,天津 300480)

        乳清蛋白(whey protein,WP)是人體所需的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源之一[1],主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、免疫球蛋白和乳鐵蛋白等構(gòu)成[2]。研究發(fā)現(xiàn),乳清蛋白具有增強免疫細胞功能、抗菌、抗病毒、抗氧化、降血脂、降血壓等生理功能[3-4]。此外,乳清蛋白的生物活性較強,氨基酸組成模式與人體十分相似,因而極易被人體吸收利用[1]。酪蛋白磷酸肽(casein phosphopeptide,CPP)是酪蛋白酶解產(chǎn)物之一,具有促進鈣吸收以及增強免疫力的作用[5]。機體抵抗力調(diào)節(jié)、新陳代謝、組織修復(fù)等維持人體健康的過程,都需要蛋白質(zhì)的參與,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽作為人體膳食營養(yǎng)補充劑可能是強化機體免疫功能的有效途徑。

        免疫系統(tǒng)由免疫器官、免疫細胞及免疫因子組成,在識別和排除抗原性異物以及維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等方面發(fā)揮著重要作用,對預(yù)防疾病的發(fā)生具有重要的意義[6]。本實驗以環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的免疫抑制小鼠為模型,探究乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對免疫抑制小鼠免疫功能的影響,為乳清蛋白的進一步開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        乳清蛋白、酪蛋白磷酸肽:優(yōu)能康(天津)醫(yī)療科技有限公司;環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide,CTX):美國Sigma公司;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性檢測試劑盒、谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量檢測試劑盒、谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase,AST)活性檢測試劑盒、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase,ALT)活性檢測試劑盒、血尿素氮(blood urea nitrogen,BUN) 含量檢測試劑盒、肌酐(creatinine,CR)含量檢測試劑盒:南京建成生物工程研究所有限公司;一抗(TLR4、MyD88、NF-κB、β-actin)、二抗(山羊抗兔、山羊抗鼠):上海碧云天生物技術(shù)有限公司;FastKing RT Kit反轉(zhuǎn)錄試劑盒、SuperReal Pre-Mix Plus(SYBR Green)實時定量試劑盒:天根生化科技(北京)有限公司;實驗所用引物:天津擎科生物科技有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        YP5101N電子天平:上海恒平儀器有限公司;QUOMTIX65-1CN分析天平:梅特勒-托利多儀器有限公司;DM4M顯微鏡:徠卡顯微系統(tǒng)(上海)有限公司;Multiskan FC酶標儀、5810/R離心機:上海賽默飛世爾科技有限公司;CFX connect熒光定量 PCR儀、1658033電泳轉(zhuǎn)印系統(tǒng):美國Bio-Rad公司;Las4000化學(xué)發(fā)光儀:美國通用電氣公司。

        1.3 實驗動物

        ICR 小鼠 [雄性,(18±2)g,SPF 級,SCXK (京)2019-0010]:斯貝福(北京)實驗動物科技有限公司。小鼠飼養(yǎng)環(huán)境條件為溫度(25±1)℃,濕度(55±5)%,12 h暗/光循環(huán)。本研究由天津科技大學(xué)實驗動物福利倫理委員會批準,遵守所有適用于實驗室動物的護理和使用指南。

        1.4 方法

        1.4.1 動物分組

        動物適應(yīng)性喂養(yǎng)后,稱量初始體質(zhì)量,隨機分為4組,分別為空白組(CK)、環(huán)磷酰胺模型組(CTX)、乳清蛋白保護組(WP+CTX)、乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽保護組(WP+CPP+CTX)。實驗第1天~第3天,除空白組外,其余各組每天腹腔注射0.1 mL 80 mg/kg bw環(huán)磷酰胺,建立免疫抑制小鼠模型,空白組每天注射等量生理鹽水。第4天起,乳清蛋白保護組每天灌胃0.2 mL 0.85 g/kg bw乳清蛋白(該劑量相當于成人每日每千克體重推薦攝入量的5倍左右)。乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽保護組每天灌胃0.2 mL 0.85 g/kg bw乳清蛋白+0.10 g/kg bw酪蛋白磷酸肽,空白組和模型組每天灌胃等體積生理鹽水,連續(xù)灌胃14 d后,禁食24 h,麻醉后處以安樂死。眼眶取血,1 500 r/min離心10 min分離血清。解剖,取脾臟、小腸,用于后續(xù)指標測定。

        1.4.2 檢測指標

        1.4.2.1 小鼠體質(zhì)量變化率

        從環(huán)磷酰胺造模第1天起,每隔1 d記錄小鼠體質(zhì)量,將小鼠前一次體質(zhì)量記為W1,后一次體質(zhì)量記為W2,根據(jù)下列公式計算小鼠體質(zhì)量變化率。

        小鼠體質(zhì)量變化率/%=(W2-W1)/W1×100

        1.4.2.2 小鼠脾臟指數(shù)的測定

        分離小鼠脾臟后,置于預(yù)冷的生理鹽水中清洗,濾紙擦去表面水分后稱量小鼠脾臟質(zhì)量。根據(jù)公式:脾臟指數(shù)/(mg/g)=脾臟質(zhì)量/體質(zhì)量,計算得到小鼠脾臟指數(shù)。

        1.4.2.3 組織病理學(xué)觀察

        將脾臟和小腸組織在10%甲醛中固定,后經(jīng)流水沖洗、脫水、浸蠟、包埋等步驟制作石蠟切片,利用蘇木精-伊紅染色進行組織病理學(xué)觀察。

        1.4.2.4 血清生化指標的檢測

        分別按照說明書的方法,使用AST活性檢測試劑盒、ALT活性檢測試劑盒、BUN含量檢測試劑盒以及CR含量檢測試劑盒對小鼠血清中AST活性、ALT活性、BUN含量和CR含量進行檢測。

        1.4.2.5 小鼠抗氧化系統(tǒng)指標測定

        使用GSH含量檢測試劑盒和SOD活性檢測試劑盒對小鼠脾臟和小腸中的GSH含量和SOD活性進行檢測。

        1.4.2.6 TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路的活化檢測

        采用蛋白質(zhì)免疫印跡技術(shù)檢測TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路的活化。樣品用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠分離,轉(zhuǎn)移到硝化纖維素膜上。用針對目標蛋白的一抗檢測,然后用對應(yīng)的二抗檢測抗體-抗原復(fù)合物。通過凝膠成像和分析系統(tǒng)收集信號。

        1.4.2.7 脾臟中炎癥因子的測定

        利用Trizol法提取脾臟組織RNA,利用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進行cDNA合成,再使用實時定量試劑盒進行基因表達分析。β-actin基因作為內(nèi)參基因,用2-ΔΔCt法計算各組mRNA水平,引物序列如表1所示。

        表1 引物序列Table 1 Primer sequences

        1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

        利用SPSS Statistics 25軟件進行統(tǒng)計分析,采用方差分析(analysis of variance,ANOVA)和LSD法進行多組數(shù)據(jù)比較,數(shù)據(jù)記錄為平均值±標準差。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠體質(zhì)量變化的影響

        為探究乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對環(huán)磷酰胺所致免疫抑制小鼠體質(zhì)量變化的影響,每隔1 d記錄小鼠的體質(zhì)量變化,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 小鼠體質(zhì)量變化Fig.1 Changes in body weight of mice

        由圖1可知,與空白組相比,模型組小鼠體質(zhì)量變化率下降明顯,表明其生長速度緩慢。在實驗的第12天~第16天,WP+CPP+CTX組小鼠體質(zhì)量較WP+CTX組增加明顯,說明乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽可以有效地緩解免疫抑制所致的小鼠體質(zhì)量降低的情況。

        2.2 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠脾臟指數(shù)的影響

        脾臟是機體重要的免疫器官,脾臟指數(shù)在一定程度上可以反映機體免疫功能情況,結(jié)果見圖2。

        圖2 小鼠脾臟指數(shù)Fig.2 Spleen index of mice

        由圖2可知,與空白組相比,模型組小鼠脾臟指數(shù)顯著(P<0.05)降低,表明機體免疫功能失調(diào)。經(jīng)過乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽的保護后,小鼠脾臟指數(shù)恢復(fù),與空白組相比沒有顯著性差異(P>0.05)。

        2.3 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠脾臟和小腸組織病理的影響

        圖3為脾臟組織病理學(xué)染色結(jié)果。

        圖3 小鼠脾臟組織病理圖(HE染色,100×)Fig.3 Histopathology of mice spleen(HE staining,100×)

        由圖3可知,空白組小鼠脾臟組織結(jié)構(gòu)清晰,無病變。模型組小鼠脾臟組織結(jié)構(gòu)重度異常,視野內(nèi)脾小結(jié)結(jié)構(gòu)散亂,紅白髓分界不清晰,淋巴細胞胞核圓潤,局部排列較疏松,紅髓內(nèi)多核巨噬細胞大量增生。經(jīng)過乳清蛋白保護后,小鼠脾臟組織細胞間質(zhì)充血情況減輕,但仍存在部分組織充血現(xiàn)象。經(jīng)過乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽保護后,小鼠脾臟組織狀態(tài)病理損傷明顯發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

        圖4為小腸組織病理學(xué)染色結(jié)果。

        圖4 小鼠小腸組織病理圖(HE染色,100×)Fig.4 Histopathology of mice small intestine(HE staining,100×)

        由圖4可知,空白組小鼠小腸組織上皮細胞排列整齊,無病變。模型組小鼠小腸組織結(jié)構(gòu)異常,固有層可見少量炎癥細胞浸潤;隱窩上皮胞漿淡染,顯示氣球樣變,伴有明顯的水腫;黏膜下層水腫,致使黏膜層和肌層出現(xiàn)較大間隙。經(jīng)過乳清蛋白保護后,小鼠小腸組織結(jié)構(gòu)排列稍有松散,但整體病變程度明顯減輕。經(jīng)過乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽的保護后,小鼠小腸組織結(jié)構(gòu)較為完整,排列較為整齊。

        2.4 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠肝腎功能的影響

        AST和ALT的釋放是衡量肝臟功能的重要指標。為了檢測乳清蛋白對免疫抑制小鼠肝臟功能的影響,測定了小鼠血清中AST和ALT活性,結(jié)果如圖5所示。

        圖5 小鼠血清AST和ALT活性Fig.5 Serum activities of aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase in mice

        由圖5可知,模型組小鼠的血清AST活性和ALT活性較空白組分別顯著(P<0.05)升高了120.4%和334.5%。與模型組相比,WP+CTX組和WP+CPP+CTX組血清AST活性分別顯著(P<0.05)下降了36.4%和47.5%;血清ALT活性分別顯著(P<0.05)下降了38.3%和62.7%。結(jié)果表明,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對免疫抑制小鼠的肝功能有良好的保護效果。

        BUN和CR的升高意味著腎功能的損害,一旦腎功能出現(xiàn)損傷,二者將無法經(jīng)過腎小球濾過而被直接釋放到血液中。小鼠血清中BUN和CR含量如圖6所示。

        圖6 小鼠血清BUN和CR含量Fig.6 Serum levels of blood urea nitrogen and creatinine in mice

        由圖6可知,模型組小鼠血清BUN和CR含量較空白組顯著(P<0.05)升高62.6%和132.8%,表明小鼠腎功能受損。與模型組相比,WP+CTX組和WP+CPP+CTX組小鼠血清BUN含量分別顯著(P<0.05)下降了24.3%和30.6%;血清CR含量分別顯著(P<0.05)下降了33.1%和51.3%。結(jié)果表明,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對免疫抑制小鼠腎功能有良好的保護效果。

        2.5 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠抗氧化系統(tǒng)的影響

        小鼠脾臟和小腸中GSH含量如圖7所示。

        圖7 小鼠脾臟和小腸中GSH含量Fig.7 Content of glutathione in spleen and small intestine of mice

        由圖7可知,模型組小鼠脾臟中GSH的含量相比于空白組顯著下降了60.9%。與模型組相比,WP+CTX組和WP+CPP+CTX組小鼠脾臟GSH含量分別顯著(P<0.05)升高了111.2%和143.6%。與模型組相比,WP+CTX組和WP+CPP+CTX組小鼠小腸GSH含量分別顯著(P<0.05)升高了60.0%和119.3%。

        小鼠脾臟和小腸中SOD活性如圖8所示。

        由圖8可知,與空白組相比,環(huán)磷酰胺處理顯著降低了小鼠脾臟和小腸組織中的SOD活性。與模型組相比,WP+CTX組和WP+CPP+CTX組小鼠脾臟中SOD活性依次升高17.8%和28.0%;小腸中SOD活性依次升高22.2%和29.8%。結(jié)果表明,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對免疫抑制小鼠的抗氧化系統(tǒng)的影響顯著優(yōu)于乳清蛋白單獨保護組。

        圖8 小鼠脾臟和小腸中SOD活性Fig.8 Activity of superoxide dismutase in spleen and small intestine of mice

        2.6 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠脾臟中炎癥信號通路活化的影響

        TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路在免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,小鼠TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路表達情況如圖9所示。

        圖9 小鼠脾臟中TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路表達Fig.9 Expression of TLR4/MyD88/NF-κB inflammatory signaling pathway in mice spleen

        由圖9可知,與空白組相比,模型組小鼠脾臟中TLR4、MyD88、NF-κB 的表達顯著(P<0.05)升高,分別為空白組小鼠的1.9倍、2.3倍、2.1倍。經(jīng)過乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽保護后,炎癥蛋白TLR4、MyD88、NF-κB的表達均出現(xiàn)不同程度的下降,下降程度分別為46.6%,55.6%,46.2%,表明乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對抑制TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路的激活有良好的作用。

        2.7 乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠脾臟中炎癥因子表達的影響

        一旦TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路被激活,則會誘導(dǎo)靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生炎癥因子,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對小鼠脾臟中炎癥因子表達的影響結(jié)果如圖10所示。

        圖10 小鼠脾臟中炎癥因子表達水平Fig.10 Expression levels of inflammatory cytokines in mice spleen

        由圖10可知,模型組小鼠脾臟中IL-1β、IL-6、TNF-α的mRNA水平較空白組顯著(P<0.05)升高,分別是空白組的5.5倍、4.5倍、10.6倍。經(jīng)過乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽的保護后,IL-1β的mRNA水平較模型組顯著(P<0.05)下降69.5%,IL-6的mRNA水平較模型組顯著(P<0.05)下降73.2%,TNF-α的mRNA水平較模型組顯著(P<0.05)下降81.5%。相比于乳清蛋白單獨保護,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽對炎癥因子的抑制程度更高。

        3 討論與結(jié)論

        免疫系統(tǒng)在監(jiān)視、防御和調(diào)節(jié)機體功能上發(fā)揮著重要的作用[7]。脾臟作為機體最大的免疫器官,參與細胞免疫和體液免疫[8];小腸也是人體重要的免疫器官之一[9]。大多數(shù)免疫調(diào)節(jié)劑存在價格昂貴和具有副作用的缺點[10]。近年來,研究者發(fā)現(xiàn)乳清蛋白在調(diào)節(jié)機體免疫活性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用[11-14]。

        良好的抗氧化能力對于機體防止氧化損傷和維持免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[15]。研究發(fā)現(xiàn),抗氧化活性較高的膳食營養(yǎng)補充劑可以改善免疫功能,并能維持巨噬細胞在氧化應(yīng)激狀態(tài)下對細菌的吞噬作用[16]。本研究發(fā)現(xiàn),乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽能夠增強免疫抑制小鼠脾臟和小腸中GSH和SOD的水平。GSH和SOD能幫助機體保持正常的免疫系統(tǒng)功能,具有清除過量的自由基、減弱脂質(zhì)過氧化程度的作用[17]。含硫氨基酸和支鏈氨基酸是合成GSH必需的谷氨酸鹽的前體物質(zhì)之一,能夠更好地維持人體的抗氧化能力和水平[18]。乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽通過保護機體免受氧化應(yīng)激,有效地改善了機體的免疫反應(yīng)功能,這一調(diào)節(jié)機制可能與乳清蛋白中含有的含硫氨基酸(半胱氨酸和蛋氨酸)和支鏈氨基酸(亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)有關(guān)。

        TLR4是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質(zhì)分子,能夠識別病原體分子,從而影響免疫應(yīng)答[19]。TLR4表達水平升高激活下游蛋白MyD88和NF-κB信號的級聯(lián)反應(yīng),從而誘導(dǎo)下游靶基因炎癥因子的轉(zhuǎn)錄[20]。細胞因子、炎癥介質(zhì)等細胞產(chǎn)物參與免疫細胞的各種功能,并在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮關(guān)鍵作用[21]。乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽通過抑制脾臟TLR4/MyD88/NF-κB炎癥信號通路的活化以及炎癥因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的產(chǎn)生來實現(xiàn)對免疫抑制小鼠的有益調(diào)控,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽的抗炎活性與免疫調(diào)節(jié)活性之間可能存在潛在關(guān)系。

        乳清蛋白的應(yīng)用雖已十分廣泛,但是乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽這種蛋白復(fù)配應(yīng)用較少。本文通過增強小鼠免疫功能的研究,為這種新型復(fù)配蛋白粉的生物活性功能和應(yīng)用提供一定的實驗依據(jù)。相比于單一的乳清蛋白,乳清蛋白聯(lián)合酪蛋白磷酸肽具有更優(yōu)的調(diào)節(jié)機體免疫活性的特點。本研究為乳清蛋白和酪蛋白磷酸肽在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的開發(fā)利用提供參考。

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