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        硒酸化乳清分離蛋白抗前列腺癌細胞活性

        2023-04-06 03:02:40殷春雁李燦鵬
        食品科學 2023年5期
        關鍵詞:蒸餾水分數(shù)溶液

        殷春雁,張 男,林 潔*,李燦鵬,*

        (1.云南大學化學科學與工程學院,云南 昆明 650091;2.西南林業(yè)大學材料與化學工程學院,云南 昆明 650224;3.云南大學生命科學學院,云南 昆明 650091)

        逐年上升的癌癥發(fā)生率和相關的死亡率令全人類擔憂[1]。隨著腫瘤細胞對標準的化學療法和放射療法產(chǎn)生更強的抗性,含硒化合物的抗癌作用逐漸成為研究焦點[2-3]。含硒化合物包括無機硒(亞硒酸鹽、硒酸鹽)和有機硒化合物,兩者均表現(xiàn)出良好的抗癌作用。例如,無機硒中,亞硒酸鹽和亞硒酸鈉能較好地抵抗前列腺癌[4-5]、乳腺癌[6]、肺癌[7]、肝癌[8]、膀胱癌[9]、惡性膠質瘤[10]、骨肉瘤[11]。有機硒中,硒代蛋氨酸[12]、甲基硒代半胱氨酸[13]、硒代半胱氨酸[14]、硒代胱氨酸[15]對各種癌細胞均具有良好的抑制作用。然而,體內(nèi)研究表明,無機硒化合物的毒性強于有機硒[10,16]。適中劑量(0.3~0.5 mg Se/kgmb)和飲食劑量(0.01 mg Se/kgmb)的亞硒酸鹽在體內(nèi)代謝為硒化物(Se2-),然后整合到蛋白質中形成硒蛋白[17]。高劑量(>0.5 mg Se/kgmb)的亞硒酸鹽會產(chǎn)生細胞毒性和遺傳毒性[2,18-21],遺傳毒性可能導致基因突變,不應長期攝入高劑量的亞硒酸鹽[22]。然而,有機硒(如硒代氨基酸)在體內(nèi)能夠非特異地整合到蛋白質中形成硒蛋白(如谷胱甘肽過氧化物酶)或代謝為低分子質量的化合物[23],更容易隨飲食攝入并在組織中保留[22,24-25],并且表現(xiàn)出低細胞毒性和非遺傳毒性[15,22,25]。綜上所述,若將無機硒整合到蛋白質中使之轉變?yōu)橛袡C硒蛋白,則可能兼具抗癌作用、低細胞毒性和非遺傳毒性的特點。干燥加熱法是一種新型、高效、綠色、環(huán)保、安全的食品改性方法[26-30]?;诖耍緦嶒炓詠單徕c和乳清分離蛋白(whey protein isolate,WPI)為研究對象,采用干燥加熱法制備硒酸化乳清分離蛋白(selenated whey protein isolate,Se-WPI),并檢測Se-WPI對前列腺癌細胞的作用,旨在初步發(fā)掘可能會對癌癥具有預防、治療作用的功能食品。

        1 材料與方法

        1.1 動物、材料與試劑

        雄性昆明小鼠(體質量(20±2)g)由昆明醫(yī)科大學實驗動物學部提供,生產(chǎn)許可證號:SCXK(滇)2015-0004;使用許可證號:SYXK(滇)K2021-0002。

        人前列腺癌細胞株LNCaP(CRL-1740)、DU145(HTB-81)均購自美國ATCC細胞資源中心。

        WPI(蛋白質量分數(shù)90%) 德國Müller公司;亞硒酸鈉(Na2SeO3)、二甲基硒 上海晶純試劑有限公司。

        堿性蛋白酶(200 U/mg)、胃蛋白酶(USP級,1∶30 000)、胰凝乳蛋白酶(USP級,1 500 U/mg)上海源葉生物科技有限公司;鏈霉蛋白酶(7 000 U/g)上海阿達瑪斯試劑有限公司;改良型RPMI-1640培養(yǎng)基、0.25%胰蛋白酶(USP級,1∶2 500)溶液(1×) 美國HyClone公司;胎牛血清 美國Gibco公司;結晶紫、蘇木精-伊紅染色試劑盒、20 mmol/L乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)、聚賴氨酸、層黏連蛋白、纖連蛋白、基底膜基質 上海碧云天生物科技有限公司;Cell Counting Kit-8(CCK 8) 日本同仁化學研究所;BCA蛋白定量試劑盒 天根生化科技(北京)有限公司;多聚甲醛 無錫耐思生命科技股份有限公司;細胞DNA含量(細胞周期)即時檢測試劑盒江蘇凱基生物技術股份有限公司;異硫氰酸熒光素(fluorescein isothiocyanate,F(xiàn)ITC)-Annexin V細胞凋亡檢測試劑盒 美國BD公司;Caspase 3活力檢測試劑盒英國Abcam公司;Millicell細胞培養(yǎng)小室 北京明陽科華生物科技有限公司;實驗所用試劑均為分析純。

        1.2 儀器與設備

        DZF-6050型真空干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司;TG46離心機 長沙英泰儀器有限公司;DK-98-II型1KW萬用電爐 天津泰斯特儀器有限公司;HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇金壇醫(yī)療儀器廠;T6新世紀紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;F4500型熒光光度計 日本日立公司;CK40-F200倒置顯微鏡 日本Olympus公司;酶標儀 瑞士Tecan公司;Astell 040高壓滅菌鍋 日本Hirayama公司;血球計數(shù)板 上海求精生化試劑儀器有限公司;C6流式細胞儀 美國BD公司;半自動生化分析儀 合肥金浩峰生物科技有限公司;Avance DRX500核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)儀 美國Bruker公司。

        1.3 方法

        1.3.1 干燥加熱法制備硒酸化乳清分離蛋白

        采用Li Canpeng等[27-28]提出的干燥加熱法制備Se-WPI。配制質量分數(shù)為2% WPI溶液,加入等質量Na2SeO3,調(diào)節(jié)pH值為3.0,將上述溶液冷凍干燥72 h獲得固體,繼續(xù)在80 ℃干燥加熱24 h后溶解到適量蒸餾水中,置于截留分子質量10 kDa透析袋中,在蒸餾水中透析48 h,以除去粗產(chǎn)品中所含未反應的Na2SeO3,冷凍干燥,得到Se-WPI。以未作任何處理的天然WPI和干燥加熱但未經(jīng)硒酸化的乳清分離蛋白(dry heating whey protein isolate,DH-WPI)作為對照樣品。

        1.3.2 Se-WPI中有機硒質量分數(shù)的測定

        Se-WPI中總硒質量分數(shù)的測定:采用2,3-二氨基萘熒光法[31]測定,稱取20 mg Se-WPI于凱氏分解瓶中,分別加入高氯酸、濃硝酸、體積分數(shù)30%過氧化氫溶液各1 mL,電爐上400 ℃加熱4 h使其分解完全,至瓶中溶液呈無色透明停止加熱,冷卻,加入2 mL去離子水,沸水浴煮沸20 min,冷卻后定容至10 mL。1 000 μg/mL硒標準溶液經(jīng)稀釋后配制硒質量濃度依次為0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3 μg/mL的系列標準溶液,以硒質量濃度為橫坐標,熒光強度為縱坐標,繪制標準曲線。根據(jù)標準曲線方程計算Se-WPI中總硒質量分數(shù)(Set)。

        Se-WPI中無機硒質量分數(shù)的測定:4 mL離心管中加入Se-WPI樣品5~6 mg,加入2 mL蒸餾水,再加入2 mL質量分數(shù)10%三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)溶液,5 000 r/min離心20 min。取3 mL上清液于凱氏分解瓶中,其余步驟與總硒質量分數(shù)測定相同,根據(jù)標準曲線方程計算Se-WPI中無機硒質量分數(shù)(Sei)。

        有機硒質量分數(shù)(Seo)按式(1)計算。

        1.3.377Se-WPI的制備及77Se-NMR分析

        參照Duddeck[32]的方法,準確稱量20 mg硒粉(77Se),加入3 mL體積分數(shù)30%的硝酸溶液,沸水浴中加熱30 min后,用酒精燈加熱至白色結晶物生成,然后加入2 mL蒸餾水和60 mg WPI,調(diào)節(jié)pH值至3.0,冷凍干燥,將冷凍干燥后的產(chǎn)物在80 ℃下加熱24 h,然后溶解于4 mL蒸餾水中,6 000 r/min離心30 min,重復2~3 次,收集沉淀和上清液。上清液冷凍干燥,回收77Se。

        將沉淀溶解在適量蒸餾水中,于0.3 mol/L NaCl溶液中透析24 h,再于蒸餾水中透析48 h,冷凍干燥,得到77Se-WPI。將77Se-WPI樣品15 mg溶于1 mL D2O中,然后將溶液裝入核磁管中。用融封法將二甲基硒封入毛細管中,再將該毛細管裝入核磁管中作為內(nèi)標。采用NMR儀掃描得到77Se-NMR譜圖,掃描參數(shù):溫度4 ℃、延遲時間范圍0.01~15 s。

        1.3.4 Se-WPI中硒酸根穩(wěn)定性的測定

        將一定質量Se-WPI樣品溶解于50 mmol/L pH 7.0的Tris-HCl緩沖溶液中,使其終質量濃度為2 mg/mL。用Britton-Robinson廣域緩沖溶液(H3PO4-HAc-H3BO3溶液,各溶質濃度均為0.04 mol/L)和0.2 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)樣品溶液至不同pH值(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11)。將調(diào)節(jié)pH值后的所有樣品溶液于37 ℃水浴24 h。取出蛋白樣品溶液,按體積比1∶1加入10% TCA溶液以沉淀蛋白,在3 000 r/min離心30 min,收集上清液。用2,3-二氨基萘熒光法[31]測定Se-WPI樣品溶液中上清液所含硒的質量分數(shù)。Se-WPI中硒酸根穩(wěn)定性以脫硒率表示,脫硒率按式(2)計算。

        1.3.5 Se-WPI消化率的測定

        采用Li Canpeng等[33]的方法進行蛋白質消化實驗。稱取一定量的WPI、DH-WPI和Se-WPI溶于50 mmol/L Tris-HCl緩沖液(pH 7.0)中,使其質量濃度均為2 mg/mL。邊攪拌邊加入一定體積的10 g/L不同蛋白酶溶液,蛋白質與酶的最佳比例分別為堿性蛋白酶200∶1、胃蛋白酶50∶1、鏈霉蛋白酶100∶1、胰凝乳蛋白酶200∶1。分別在消化0、2、4、6、8、10、20 min時,各取2 mL溶液,加入2 mL 10% TCA溶液,混勻,3 000 r/min離心20 min,取上清液。采用Lowry法[34]測定上清液蛋白質量濃度并計算氮質量。蛋白消化率按式(3)計算。

        1.3.6 Se-WPI抑制前列腺癌細胞增殖實驗

        1.3.6.1 LNCaP和DU145細胞的培養(yǎng)

        LNCaP、DU145細胞均在改良型RPMI-1640完全培養(yǎng)基中,于37 ℃、5% CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每隔1 d更換一次培養(yǎng)基。當細胞貼壁成致密單層(融合度達85%~95%)時,分瓶擴大培養(yǎng)。

        1.3.6.2 WPI、Se-WPI、Na2SeO3抗LNCaP細胞增殖最佳作用水平的確定

        用pH 7.4的磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)配制系列不同濃度的Se-WPI、WPI、Na2SeO3溶液,充分溶解后過0.22 μm濾膜以除去雜質。采用BCA蛋白定量試劑盒測定蛋白質量濃度,采用2,3-二氨基萘熒光法[31]測定硒含量。加入不同終濃度的Se-WPI、WPI、Na2SeO3溶液培養(yǎng)LNCaP細胞24、48、72 h,根據(jù)細胞活力確定WPI、Se-WPI、Na2SeO3抗LNCaP細胞增殖最佳作用水平。

        1.3.6.3 LNCaP和DU145細胞增殖率的測定

        采用CCK-8法[35]檢測細胞增殖情況。胰蛋白酶消化處理培養(yǎng)至對數(shù)生長期的LNCaP、DU145細胞,制備細胞懸液(LNCaP細胞5 000 個/mL、DU145細胞3 000 個/mL),按每孔100 μL接種于96 孔板,培養(yǎng)24 h。然后分別將Se-WPI、WPI、Na2SeO3用RPMI-1640完全培養(yǎng)基配制成一定濃度的溶液,每孔加入100 μL,PBS組為加入100 μL PBS,每組4 個復孔。繼續(xù)培養(yǎng)24、48 h及72 h后,每孔加入10 μL CCK-8溶液,將培養(yǎng)板在培養(yǎng)箱內(nèi)孵育2 h,用酶標儀測定450 nm波長處OD值,按式(4)計算細胞活力,并計算Se-WPI、WPI、Na2SeO3對LNCaP細胞半數(shù)抑制濃度(50% inhibition concentration,IC50)。

        1.3.6.4 結晶紫染色觀察LNCaP細胞、DU145細胞克隆形成情況

        12 孔板每孔中加入1 mL 5 000 個/mL LNCaP細胞或DU145細胞懸液,37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)24 h,分別加入1 mL體積分數(shù)1% PBS、6 μmol/L Na2SeO3和質量濃度均為22 μg/mL的WPI和Se-WPI溶液(RPMI-1640完全培養(yǎng)基配制),繼續(xù)培養(yǎng)12 d。吸除舊培養(yǎng)基,用質量分數(shù)4%多聚甲醛溶液固定10 min,蒸餾水洗滌2 min,換用新鮮蒸餾水再洗2 min,結晶紫染色10 min,用水充分洗滌,拍照,觀察兩種細胞形成集落的情況。

        1.3.7 Se-WPI對前列腺癌細胞凋亡及黏附影響實驗

        1.3.7.1 LNCaP細胞周期檢測

        參照朱孝峰等[36]的方法。6 孔板每孔中加入5×105個/mL LNCaP細胞懸液1 mL,37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)24 h,分別加入1 mL含體積分數(shù)1% PBS和不同終濃度的Na2SeO3、Se-WPI及WPI溶液,Na2SeO3終濃度分別為1.5、3.0 μmol/L,Se-WPI、WPI終質量濃度均分別為6、11 μg/mL(Se-WPI對應硒濃度分別為1.5、3.0 μmol/L),培養(yǎng)48 h。細胞經(jīng)胰蛋白酶消化,收集細胞,用預冷的PBS洗滌細胞兩次,末次洗滌時保留100 μL殘留液,將細胞輕輕吹打成單細胞懸液。取50 μL(含1×105個細胞)加入到試管底部,按細胞DNA含量(細胞周期)即時檢測試劑盒說明書,加入100 μL A液與細胞懸液輕輕混勻,盡量避免產(chǎn)生氣泡,室溫孵育10 min;再加入100 μL B液,操作同上,室溫孵育10 min;加入150 μL C液,操作同上,室溫避光孵育15 min。過200 目篩后用流式細胞儀檢測。

        1.3.7.2 LNCaP細胞率凋亡率檢測

        參照孔憲濤[37]的方法,6 孔板每孔中加入5×105個/mL LNCaP細胞懸液1 mL,37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)24 h,分別加入1 mL體積分數(shù)1% PBS、3或6 μmol/L Na2SeO3、22 μg/mL WPI、22 μg/mL Se-WPI,(RPMI-1640完全培養(yǎng)基配制),培養(yǎng)48 h。用不含EDTA的胰蛋白酶消化收集細胞,預冷的PBS洗滌細胞兩次,加入100 μL Binding Buffer重懸細胞(5 000 個/mL),加入5 μL FITC-Annexin V和5 μL碘化丙啶(propidium iodide,PI),室溫避光孵育15 min,加入400 μL Binding Buffer,過200 目篩用流式細胞儀檢測。

        1.3.7.3 Caspase-3活力的檢測

        參照Philchenkov[38]的方法。當培養(yǎng)瓶中細胞融合度約為70%時,吸除舊培養(yǎng)基,加入6 mL體積分數(shù)0.5% PBS、1.5 μmol/L Na2SeO3和質量濃度均為11 μg/mL WPI和Se-WPI溶液(RPMI-1640完全培養(yǎng)基配制),培養(yǎng)48 h。消化收集細胞(包括懸浮細胞),PBS洗滌兩次。每1×106~5×106個細胞加入50 μL預冷的細胞裂解緩沖液重懸細胞,冰浴10 min,10 000×g離心1 min,上清液轉移至新的離心管中,分裝,-80 ℃凍存?zhèn)溆?。BCA法測定蛋白質量濃度,將蛋白質量濃度稀釋至4 mg/mL。于96 孔板每孔中加入45 μL蛋白樣品溶液,空白對照孔內(nèi)加入等體積雙蒸水,然后加入50 μL 2×Reaction Buffer(含10 mmol/L二硫蘇糖醇),5 μL 4 mmol/L Caspase 3顯色底物,37 ℃孵育2 h。用酶標儀于450 nm波長處測定吸光度。Caspase-3在1 min內(nèi)水解產(chǎn)生1 pmol對硝基苯胺為一個酶活力單位(U),Caspase-3活力單位為U/μg。

        1.3.7.4 LNCaP細胞對基底膜成分黏附能力的測定

        參照Busk等[39]的方法,96 孔板每孔中分別加入30 μL含1% BSA溶液(PBS配制,陰性對照)、3 μmol/L Na2SeO3、22 μg/mL WPI、22 μg/mL Se-WPI和質量濃度均為30 μg/mL的層黏連蛋白、纖連蛋白和基底膜基質溶液,37 ℃孵育1 h。PBS洗一次,加入1% BSA溶液于37 ℃環(huán)境中封閉30 min,吸除封閉液,PBS洗一次。每孔加入細胞懸液(LNCaP細胞5 000 個/mL、DU145細胞3 000 個/mL)100 μL,平行3 組,37 ℃孵育2 h。棄除培養(yǎng)基,PBS洗兩次,除去未結合的細胞,質量分數(shù)4%多聚甲醛溶液固定10 min,蒸餾水洗滌2 min,換用新鮮的蒸餾水再洗2 min,結晶紫染色10 min,用蒸餾水充分洗滌,拍照并計數(shù)。按式(5)計算細胞黏附率。

        1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

        采用SPSS軟件,用方差分析法對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學處理,采用Origin 9軟件作圖。

        2 結果與分析

        2.1 Se-WPI中的硒質量分數(shù)及77Se-NMR分析結果

        pH 3.0、80 ℃干燥加熱24 h制備的Se-WPI中硒質量分數(shù)為2.09%。如圖1所示,在77Se-NMR譜中δ1 317處出現(xiàn)硒的吸收峰,與已報道的H2SeO3(δ1 300)[32]、NaHSeO3(δ1 308)[40]非常接近,說明亞硒酸根與WPI發(fā)生了如下反應[32]:P-OH+H2SeO3→P-OHSeO2+H2O(P表示蛋白),即H2SeO3與WPI的羥基形成酯,故硒以亞硒酸酯的形式存在于Se-WPI中。

        圖1 Se-WPI的77Se-NMR譜Fig.1 77Se-NMR spectrum of Se-WPI

        2.2 Se-WPI中硒酸根的穩(wěn)定性

        如圖2所示,當Se-WPI溶液pH值小于等于10.0,脫硒率較低,均低于3%,說明Se-WPI中硒酸根的穩(wěn)定性很好;當Se-WPI溶液pH值增大至11,脫硒率陡增至74.5%,表明強堿環(huán)境中Se-WPI上的硒酸根不穩(wěn)定。該結果進一步驗證了O型亞硒酸酯的存在[32,40]。

        圖2 不同pH值下Se-WPI的脫硒率Fig.2 Rate of selenium removal from Se-WPI under different pH conditions

        2.3 Se-WPI的消化性

        蛋白被消化后會產(chǎn)生具有生物活性的肽,可以提高蛋白的營養(yǎng)價值、安全性和生理保健功能[41]。一般蛋白質保持原有結構時很難被蛋白酶消化,但當?shù)鞍踪|經(jīng)過處理,結構展開,暴露出更多的酶切位點時,其消化性提高[27-28]。本實驗采用堿性蛋白酶、胃蛋白酶、鏈霉蛋白酶和胰凝乳蛋白酶對WPI、DH-WPI和Se-WPI進行消化。如表1所示,與WPI和DH-WPI相比,Se-WPI的消化性明顯提高??赡苁且驗樵诟稍锛訜釛l件下,硒酸化過程中WPI暴露出更多的酶切位點,因此Se-WPI的消化性明顯優(yōu)于WPI和DH-WPI。

        表1 WPI、DH-WPI和Se-WPI的消化率Table 1 Digestibility of WPI, DH-WPI and Se-WPI%

        2.4 Se-WPI對LNCaP、DU145細胞增殖的影響

        2.4.1 Se-WPI對LNCaP、DU145細胞生長的抑制作用

        選擇雄激素依賴型的人前列腺癌細胞(LNCaP細胞)和雄激素非依賴型的人前列腺癌細胞(DU145細胞)兩種細胞株,加入不同水平受試藥物培養(yǎng)不同時間,評價WPI、Se-WPI和Na2SeO3對前列腺癌細胞生長的影響。

        如圖3所示,通過實驗優(yōu)化得到WPI、Se-WPI、Na2SeO3抗LNCaP細胞增殖的最佳作用水平分別為WPI質量濃度20 μg/mL,Se-WPI中蛋白質量濃度20 μg/mL、其中硒濃度為5 μmol/L,Na2SeO3濃度5 μmol/L。如圖4所示,在最佳作用水平下,相同培養(yǎng)時間,Se-WPI、Na2SeO3對LNCaP細胞生長抑制活性明顯強于DU145細胞,且Se-WPI對于兩種細胞生長的抑制作用均低于Na2SeO3。WPI對于兩種細胞活力均無明顯的抑制作用。如表2所示,相同作用時間下,Na2SeO3對LNCaP細胞的IC50均低于Se-WPI,而WPI本身沒有明顯抑制癌細胞增殖的活性。

        表2 Se-WPI、Na2SeO3對LNCaP細胞的IC50Table 2 Fifty percent inhibition concentration (IC50) of Se-WPI and Na2SeO3 against LNCaP cells μmol/L

        圖3 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞活力的影響Fig.3 Comparison of the effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on cell viability of LNCaP cells

        圖4 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP、DU145細胞活力的影響Fig.4 Comparison of the effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on cell viability of LNCaP and DU145 cells

        2.4.2 Se-WPI對LNCaP、DU145細胞克隆形成的影響

        在1% PBS、6 μmol/L Na2SeO3、22 μg/mL WPI、22 μg/mL Se-WPI條件下培養(yǎng)12 d后,兩種細胞形成集落的情況如圖5所示,Se-WPI、Na2SeO3處理組兩種細胞集落分散、疏松,進一步證明Se-WPI、Na2SeO3對LNCaP細胞和DU145細胞生長有一定抑制作用,且對LNCaP細胞的抑制作用強于DU145細胞,即LNCaP細胞對于硒化合物的抑制作用更為敏感。因此,在后續(xù)實驗中主要采用LNCaP細胞作為研究對象。

        圖5 WPI、Se-WPI、Na2SeO3對LNCaP、DU145細胞克隆形成的影響Fig.5 Effects of WPI, Se-WPI, and Na2SeO3 on clones formation of LNCaP and DU145 cells

        以上實驗結果均表明,Se-WPI抑制LNCaP細胞增殖的效果明顯。雖然Se-WPI對LNCaP細胞增殖的抑制作用略低于Na2SeO3,然而,大量研究表明高劑量(>0.5 mg Se/kgmb)的Na2SeO3會產(chǎn)生細胞毒性和遺傳毒性[2,18-21],遺傳毒性可能導致基因突變,不應長期攝入高劑量的Na2SeO3[22]。而有機硒在體內(nèi)表現(xiàn)出低細胞毒性和非遺傳毒性[15,22,25],更易隨飲食攝入并在組織中保留[22,24-25]。因此,本研究所制備Se-WPI可使硒由于從無機形態(tài)轉為有機形態(tài),其生物安全性優(yōu)于Na2SeO3。

        2.5 Se-WPI對LNCaP細胞周期及凋亡的影響

        細胞周期是指從一次細胞分裂結束開始,經(jīng)過物質積累,直到下一次細胞分裂結束為止[39]。凋亡細胞中DNA含量會減少,用PI對其進行染色,PI熒光強度會降低。用流式細胞術進行分析時,在DNA直方圖中正常G0/G1細胞群前會出現(xiàn)凋亡細胞峰——亞二倍體峰(sub-G0/G1)。如圖6所示,不同水平WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞作用48 h時,體積分數(shù)1% PBS處理下細胞生長周期正常,有1.1%的細胞處于凋亡細胞峰。加入6、11 μg/mL的WPI處理相同時間,LNCaP細胞周期未受到影響,處于凋亡的細胞數(shù)基本不變。加入Se-WPI或Na2SeO3,細胞周期發(fā)生明顯變化,處于sub-G0/G1峰的細胞數(shù)明顯增多,且Na2SeO3處理后處于凋亡狀態(tài)的細胞分布比例明顯高于Se-WPI,Se-WPI或Na2SeO3對細胞周期的誘導呈劑量依賴性。

        圖6 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞周期的影響Fig.6 Effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on cell cycle in LNCaP cells

        細胞凋亡由遺傳機制決定,受到嚴格的程序調(diào)控。正常情況下,磷脂酰絲氨酸位于細胞膜脂質雙分子層內(nèi)側,但在細胞凋亡早期,磷脂酰絲氨酸從細胞膜內(nèi)側翻轉到外側,暴露在細胞所處環(huán)境中。Annexin V是一種Ca2+依賴性磷脂結合蛋白,能與磷脂酰絲氨酸特異性結合。因此,細胞處于調(diào)亡或壞死狀態(tài)時,F(xiàn)ITCAnnexin V染色為陽性。PI是一種不能透過完整細胞膜的核酸染料,但其能夠透過處在凋亡晚期和壞死細胞的細胞膜,使細胞核染紅。因此,通過FITC-Annexin V與PI雙染可以區(qū)分正常、凋亡和壞死細胞[42]。如圖7、8所示,Se-WPI或Na2SeO3誘導LNCaP細胞發(fā)生凋亡,后者的誘導作用更強。培養(yǎng)48 h時,PBS組的細胞凋亡率為(0.95±0.07)%,而22 μg/mL Se-WPI組凋亡細胞比例達(6.95±0.64)%,是正常狀態(tài)的7 倍以上,3 μmol/L Na2SeO3組細胞凋亡率為PBS組的20 倍以上,WPI組無明顯變化。這說明干燥加熱硒酸化修飾賦予WPI誘導細胞凋亡的活性。

        圖7 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞凋亡的影響Fig.7 Effects of WPI, SE-WPI and Na2SeO3 on apoptosis of LNCaP cells

        圖8 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞凋亡的影響Fig.8 Effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on apoptosis of LNCaP cells

        Caspase-3可以特異性斷裂天冬氨酸殘基后的肽鍵,在介導細胞凋亡的過程中發(fā)揮著非常重要的作用[43]。Caspase-3常以酶原的形式存在于胞漿中,在細胞凋亡早期被激活,是早期凋亡細胞的標志物。活化的Caspase-3裂解相應的胞漿和胞核底物,進而導致細胞凋亡[38]。如圖9所示,相對于PBS組,WPI對Caspase-3活力幾乎無影響,Se-WPI和Na2SeO3能夠明顯提高細胞內(nèi)Caspase-3活力。表明Se-WPI和Na2SeO3均可以通過活化Caspase-3蛋白,從而誘導LNCaP細胞凋亡。

        圖9 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞Caspase-3活力的影響Fig.9 Effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on caspase-3 activity in LNCaP cells

        2.6 Se-WPI對LNCaP細胞對基底膜成分黏附能力的影響

        轉移是惡性腫瘤的基本特征,而細胞黏附是腫瘤轉移過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)[39]。如圖10所示,WPI對LNCaP細胞的黏附能力基本沒有影響,與PBS組一致,而Se-WPI與Na2SeO3均可明顯降低LNCaP細胞對層黏連蛋白、纖連蛋白和基底膜基質的黏附率,表明干燥加熱硒酸化改善了WPI的活性,使其具有硒的生物學功能。

        圖10 WPI、Se-WPI和Na2SeO3對LNCaP細胞黏附能力的影響Fig.10 Effects of WPI, Se-WPI and Na2SeO3 on the adhesion of LNCaP cells to basement membrane components

        以上實驗從不同方面驗證了Se-WPI具有與Na2SeO3相同的抑制LNCaP細胞凋亡的活性。含硒化合物的抗癌機制以誘導細胞凋亡為基礎[44],此外,這些化合物也影響基因表達或各種細胞信號途徑,包括DNA修復/損傷、血管再生等[45]。研究表明,由Na2SeO3誘導的細胞凋亡,線粒體是主要的參與者[8,18]。Na2SeO3很容易擴散進入線粒體[20],與線粒體內(nèi)還原型谷胱甘肽反應產(chǎn)生過氧化物,進一步引起細胞器表面蛋白質的巰基被氧化。產(chǎn)生的過氧化物和被氧化的巰基打開線粒體膜通透性轉運孔[8,46],線粒體膜電位降低[8,9,20,46],細胞色素釋放到細胞質中[2,46],激活Caspase級聯(lián)反應,誘導細胞凋亡[38,43]。本研究中,Se-WPI和Na2SeO3均能顯著提高細胞內(nèi)Caspase-3活力,推測Se-WPI誘導的細胞凋亡途徑屬于Caspase依賴型[5,20,47],具體機制還需進一步研究。

        3 結 論

        本實驗采用干燥加熱法成功將Na2SeO3整合到WPI中,得到Se-WPI,77Se-NMR和硒酸根穩(wěn)定性實驗結果表明Se-WPI中的硒以亞硒酸酯的形式存在。Se-WPI的消化性得到明顯改善;細胞毒性及集落形成實驗結果表明,Se-WPI與Na2SeO3類似,都具有抑制LNCaP細胞、DU145細胞增殖的活性,且呈時間和劑量依賴性,而WPI對兩種細胞的增殖沒有影響;LNCaP細胞對硒化合物的抑制作用較敏感;細胞周期、細胞凋亡和Caspase-3活力檢測從不同角度驗證Se-WPI具有誘導LNCaP細胞凋亡的作用;此外,Se-WPI還能夠抑制LNCaP細胞與基底膜成分的黏附。本研究結果初步表明,Se-WPI具備作為新型防癌抗癌有機補硒劑的潛力,但其抗癌機制以及細胞毒性和遺傳毒性等方面還需進一步研究。

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