黃 晨,籍保平*,楊佩穎,周 峰,吳 薇,蔡圣寶
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)
燕麥乙醇提取物分級(jí)萃取組分對(duì)血管平滑肌細(xì)胞增殖的抑制作用
黃 晨,籍保平*,楊佩穎,周 峰,吳 薇,蔡圣寶
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)
選用不同極性的溶劑對(duì)燕麥乙醇提取物進(jìn)行分級(jí)萃取,并對(duì)得到的4種不同萃取組分進(jìn)行體外DPPH自由基清除能力、抑制血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)增殖能力及促進(jìn)VSMC釋放NO能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):4種組分中,乙酸乙酯萃取組分具有最強(qiáng)的DPPH自由基清除能力,其EC50值為(2.5±0.4)mg/mL;通過抑制VSMC增殖的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),乙酸乙酯萃取組分能顯著抑制VSMC增殖,提高VSMC產(chǎn)NO能力。選用HPLC對(duì)乙酸乙酯萃取組分進(jìn)行初步分析發(fā)現(xiàn)其主要含有3種蒽酰胺組分,分別為Bc、Bp和Bf。
燕麥乙醇提取物;血管平滑?。辉鲋骋种谱饔?;一氧化氮
Abstract:The ethanol extract from oat was fractionated with different polarity solvents (n-hexane, ethyl acetate, 1-butanol and water), and the four fractions obtained were assessed for their abilities to scavenge DPPH free radicals, inhibit the proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMC) and promote the release of NO from VSMCin vitro. Among these four fractions,the ethyl acetate soluble fraction had the most prominent DPPH free radical scavenging ability, with an EC50 of (2.5±0.4)mg/mL. Meanwhile, this fraction could remarkably inhibit the proliferation of VSMC and elevate the NO producing ability. The preliminary HPLC analysis indicated that this fraction mainly contained three kinds of avenanthramide, Bc, Bp and Bf.
Key words:ethanol extract from oat;vascular smooth muscle cell;inhibition of proliferation;NO
動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種慢性炎癥疾病,由多種危險(xiǎn)因素誘發(fā),伴隨有動(dòng)脈內(nèi)膜和內(nèi)膜下脂質(zhì)(膽固醇、膽固醇酯、磷脂等)的沉積,同時(shí)伴有平滑肌細(xì)胞(VSMC)和纖維成分的增殖,逐漸發(fā)展形成局部性斑塊,動(dòng)脈管壁因而增厚變硬,斑塊內(nèi)部組織壞死崩解與沉積的脂質(zhì)結(jié)合,形成“粥樣”物質(zhì)。AS能造成通往心臟和大腦的動(dòng)脈血管變狹窄,甚至堵塞,其發(fā)展的最后結(jié)果是冠心病和腦血管意外[1]。體外實(shí)驗(yàn)顯示,氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)通過刺激VSMC內(nèi)神經(jīng)鞘磷脂酶活性以及促進(jìn)VSMC釋放成纖維細(xì)胞生成因子等發(fā)生作用能促進(jìn)VSMC和巨噬細(xì)胞增殖,VSMC增殖是AS病變的最主要特征之一[2]。目前國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種抗氧化劑可以在動(dòng)物模型中抑制泡沫細(xì)胞的形成,從而起到抗AS的作用,如N-乙酰半胱氨酸等,其作用機(jī)理主要是通過清除活性氧(ROS),抑制LDL氧化,從而抑制炎癥基因表達(dá)和VSMC增殖,起到血管細(xì)胞保護(hù)作用[3]。
燕麥具有較全面的營養(yǎng)價(jià)值,抗氧化性是燕麥較為突出的一項(xiàng)生理功能。早在20世紀(jì)30年代就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)燕麥具有抗氧化性,并提出將燕麥作為一種抗氧化劑的來源。近年來,燕麥的抗氧化活性已成為西方發(fā)達(dá)國家研究的熱點(diǎn)之一,并對(duì)燕麥抗氧化成分組成進(jìn)行了一系列的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),燕麥中含有多種抗氧化物質(zhì),包括VE,酚類等物質(zhì),而酚類物質(zhì)是其中含量最豐富的抗氧化成分,此外燕麥中還含有少量類黃酮和甾體[4]。本研究選用不同極性的溶劑對(duì)燕麥醇提物進(jìn)行分級(jí)萃取,得到4種不同的萃取組分,并對(duì)這4種組分的體外清除DPPH自由基能力和抑制VSMC增殖作用進(jìn)行研究,為燕麥功能產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。
G4品種燕麥 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物品種資源研究所;兔胸主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞 中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞中心。
DMEM高糖培養(yǎng)基、胎牛血清(FBS) 美國Gibco公司;DPPH自由基(二苯代苦味肼基自由基,2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) Sigma公司;NO測定試劑盒 南京建成生物工程研究所;ox-LDL 中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生化教研室;蒽酰胺標(biāo)準(zhǔn)品(Bc、Bp、Bf) 美國農(nóng)業(yè)部谷物研究中心專家Mitchell Wise博士惠贈(zèng);乙腈(色譜純) 美國Mallinckrodt Baker 公司;甲醇(色譜純)北京化學(xué)試劑公司。
XDOS-1B倒置顯微鏡 重慶光電有限公司;MCO-15AC培養(yǎng)箱、S2ML420/2420U全自動(dòng)殺菌釜 日本Sanyo公司;Mltiskan MK3自動(dòng)酶標(biāo)儀 美國Thermo公司;LC-10ATvp HPLC泵、SPD-M10Avp二極管陣列檢測器、DGU-12A HPLC脫氣機(jī)、Shim-Pack VP-ODSC18分析柱(250mm×4.6mm,5μm)、Shim-Pack GVP-ODS C18分析柱保護(hù)柱(10mm×4.6mm,5μm) 日本島津公司。
干燥燕麥打粉后稱取100g燕麥粉,先用1L 80%無水乙醇30℃超聲提取30min,然后置于60℃、150r/min恒溫水浴器中水浴振蕩2h,冷卻到室溫,1200×g離心15min,取上清,殘?jiān)貜?fù)提取一次,合并上清,45℃真空濃縮至膏狀,冷凍干燥得到燕麥乙醇提取物。稱取適量燕麥乙醇提取物,先用少量甲醇分散,然后加蒸餾水溶解,將溶液置于分液漏斗中,加入正己烷,充分振搖萃取,靜置,待溶液完全分層后,取出上層的正己烷萃取液,下層再用同法萃取兩次,將3次的正己烷萃取液合并,用無水硫酸鈉干燥后,減壓回收正己烷,得到燕麥乙醇提取物的正己烷部分。正己烷萃取后的水溶液按照上述同樣的方法用乙酸乙酯、正丁醇依次萃取,依次得到了乙酸乙酯浸膏、正丁醇浸膏。將正己烷、乙酸乙酯和正丁醇萃取物真空干燥,水萃取物冷凍干燥分別得到4種固體粉末。
燕麥乙醇提取物各分級(jí)萃取物DPPH自由基能力清除測定根據(jù)Kondo等[5]使用的方法完成。用無水乙醇配制濃度為0.06mmol/L的DPPH溶液,吸取該溶液4mL于試管中,加入0.2mL無水乙醇,作為空白,于波長517nm處測其初始吸光度(A0);另取4mL DPPH溶液,加入0.2mL樣品溶液,避光放置1h后于波長517nm處測定其吸光度(A1)。用吸光度的大小表示DPPH溶液濃度的高低。根據(jù)測得的吸光度A0、A1及DPPH溶液的初始濃度即可計(jì)算樣品的EC50值(即將DPPH溶液濃度減至50%時(shí)所需的樣品濃度)。EC50值大小與DPPH自由基清除能力成反比。每個(gè)樣品測定時(shí)作3次平行。
取12代的VSMC,用0.25%胰蛋白酶消化制成細(xì)胞懸液,計(jì)數(shù)并接種于96孔板中,加入含20%胎牛血清的完全DMEM培養(yǎng)基,使每孔最終體積為200μL,培養(yǎng)24h使細(xì)胞貼壁后加入不同濃度的ox-LDL培養(yǎng)24h,然后利用MTT法測定VSMC的增殖吸光度,并用NO試劑盒測定上清液中NO含量。
1.3.4.1 細(xì)胞增殖能力測定
棄去培養(yǎng)液,每孔加入20μL 5mg/mL MTT溶液,37℃繼續(xù)培養(yǎng)4h后終止培養(yǎng),吸棄培養(yǎng)上清液,每孔加150μL DMSO,振蕩10min;在490nm波長處進(jìn)行比色,在酶標(biāo)儀上測定各孔吸光度。吸光度與細(xì)胞活性成正比,吸光度越大表示細(xì)胞活性越強(qiáng)。
1.3.4.2 NO的測定
細(xì)胞培養(yǎng)24h后,收集培養(yǎng)液離心,測上清液NO含量,按試劑盒方法進(jìn)行操作。
HPLC條件:VP-ODS C18柱 (250mm ×4.6mm,5μm);柱溫30℃;檢測器為二極管陣列檢測器(SPDM10 Avp)。液相條件:流動(dòng)相為兩相,A相為100%乙腈,B相為含有0.1%甲酸的蒸餾水,流速控制在1mL/min。梯度洗脫為:0~5min乙腈的體積分?jǐn)?shù)保持為18%,5~50min乙腈的體積分?jǐn)?shù)變化為18%~35%;50~51min乙腈體積分?jǐn)?shù)變化為35%~60%;51~65min乙腈體積分?jǐn)?shù)保持為60%;65~66min乙腈體積分?jǐn)?shù)變化為60%~18%。進(jìn)樣量每次20μL。檢測波長為330nm。
采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,采用組間t檢驗(yàn),P<0.05具有顯著性差異,P<0.01具有極顯著性差異。
按照極性由小到大的順序,選取正己烷、乙酸乙酯、正丁醇和水對(duì)燕麥乙醇提取物進(jìn)行分級(jí)萃取,得到燕麥乙醇提取物的4種不同萃取物,其占乙醇提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1,其中極性最低的正己烷萃取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,達(dá)到了乙醇提取物質(zhì)量的44.57%,其次是水部分,為6.56%,乙酸乙酯和正丁醇部分萃取質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,分別為乙醇提取物質(zhì)量的3.86%和2.66%。
表1 燕麥乙醇提取物分級(jí)萃取物的質(zhì)量和質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Masses and percentages of different polarity fractions in ethanol extract from oat
表2 燕麥乙醇提取物分級(jí)萃取物清除DPPH自由基EC50值Table 2 EC50values of different polarity fractions of ethanol extract from oat for scavenging DPPH free radicals
由表2可知,乙酸乙酯萃取物的EC50值最小(P<0.01),也就是說其清除DPPH自由基的能力最強(qiáng),其次是正丁醇萃取物,正己烷萃取物和水萃取物EC50值最大,說明它們的DPPH自由基清除能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于乙酸乙酯萃取物和正丁醇萃取物。
ox-LDL是AS發(fā)展和形成的關(guān)鍵因素,它由LDL氧化修飾形成,能夠損傷內(nèi)皮細(xì)胞,導(dǎo)致泡沫細(xì)胞形成,還能促進(jìn)血管VSMC和巨噬細(xì)胞的增殖[6],因此用ox-LDL誘導(dǎo)可以較好的模擬體內(nèi)AS形成病理過程,在很多研究中廣泛用于VSMC增殖模型的建立[7]。從圖1可以看出,VSMC經(jīng)過ox-LDL誘導(dǎo)培養(yǎng)24h后,各質(zhì)量濃度ox-LDL下細(xì)胞均發(fā)生了顯著的增殖,MTT所得的吸光度較正常對(duì)照組有顯著的差異,尤其在ox-LDL質(zhì)量濃度達(dá)到30μg/mL的時(shí)候,細(xì)胞增殖最為明顯(P<0.01),之后細(xì)胞增殖呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。有研究表明,NO能通過阻止VSMC細(xì)胞周期的運(yùn)行、抑制VSMC 的有絲分裂來抑制VSMC的增殖[8-9]。隨著VSMC的增殖,NO生成量相應(yīng)減少,其對(duì)VSMC增殖的抑制作用下降,形成惡性循環(huán)。當(dāng)ox-LDL質(zhì)量濃度超過20μg/mL時(shí),NO的釋放量發(fā)生顯著的降低,當(dāng)ox-LDL質(zhì)量濃度為30μg/mL時(shí),NO釋放量是所有組中最低的(P<0.01)。
從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,30μg/mLox-LDL與VSMC共同孵育培養(yǎng)24h后,VSMC增殖最明顯,NO的生產(chǎn)量最低,因此,可以選用30μg/mL作為造模質(zhì)量濃度。
圖1 ox-LDL處理VSMC后MTT和NO值變化Fig.1 Effect of treatment with different concentrations of ox-LDL on MTT value and NO release
圖2 燕麥乙醇提取物分級(jí)萃取物對(duì)VSMC增殖的抑制作用Fig.2 Comparative inhibitory effects of different polarity fractions of ethanol extract from oat on VSMC proliferation
各樣品對(duì)兔胸VSMC增殖抑制作用的影響如圖2所示。與模型對(duì)照組相比,燕麥乙醇提取物正己烷萃取部分和水萃取部分各組對(duì)VSMC的增殖均沒有顯著的抑制作用(P>0.05);高質(zhì)量濃度和低質(zhì)量濃度的正丁醇萃取部分(CH、CL)對(duì)VSMC的增殖有較顯著的抑制作用(P<0.05);而不同質(zhì)量濃度乙酸乙酯萃取物 (YH、YM、YL)對(duì)VSMC的增殖具有極其顯著的抑制作用(P<0.01),由此可知乙酸乙酯萃取物抑制ox-LDL誘導(dǎo)的VSMC增殖作用最好。
圖3 燕麥乙醇提取物分級(jí)萃取物對(duì)VSMC產(chǎn)NO能力影響Fig.3 Comparative inhibitory effects of different polarity fractions of ethanol extract from oat on NO release
圖3顯示了各萃取物部分對(duì)兔胸VSMC產(chǎn)NO能力的影響。造模濃度ox-LDL孵育24h后,與正常對(duì)照組(K)比較,模型對(duì)照組(M)VSMC釋放NO的含量顯著減少(P<0.01),燕麥乙醇提取物正己烷萃取部分(WH、WM、WL)和水萃取組分(SH、SM、SL)各組對(duì)ox-LDL誘導(dǎo)的VSMC產(chǎn)NO能力均沒有顯著的影響 (P>0.05)。正丁醇萃取部分的中質(zhì)量濃度組(CM)和乙酸乙酯萃取部分低質(zhì)量濃度組(YL)對(duì)VSMC產(chǎn)NO能力有較顯著的增強(qiáng)作用(P<0.05);乙酸乙酯萃取物高質(zhì)量濃度和中質(zhì)量濃度組(YH、YM)對(duì)VSMC的產(chǎn)NO能力有極顯著的增強(qiáng)作用(P<0.01),綜上可知,乙酸乙酯萃取物能最大程度的促進(jìn)NO的產(chǎn)生,對(duì)VSMC增殖具有顯著的抑制作用。
圖4 燕麥乙酸乙酯萃取物的HPLC色譜圖Fig.4 HPLC profile of ethyl acetate soluble fraction of ethanol extract from oat
研究發(fā)現(xiàn)燕麥乙醇提取物的乙酸乙酯萃取組分具有最好的抑制VSMC增殖功效,因此用HPLC對(duì)乙酸乙酯萃取組分進(jìn)行了初步的成分分析,結(jié)果如圖4所示,在色譜圖中出現(xiàn)了3個(gè)較大的檢測峰A、B、C,是乙酸乙酯萃取組分的主要成分,它們的保留時(shí)間與燕麥蒽酰胺標(biāo)準(zhǔn)品Bc、Bp和Bf一致(圖5),分別為24.1、32.6、35.0min,因此可以初步推斷峰A是蒽酰胺Bc、峰B是Bp、峰C是Bf。
圖5 燕麥蒽酰胺標(biāo)準(zhǔn)品Bc、Bp和Bf 的HPLC色譜圖Fig.5 HPLC profile of mixed Bc, Bp and Bf standards
AS發(fā)展過程中的一個(gè)重要病理特征就是VSMC的增殖。正常情況下,動(dòng)脈壁中層的VSMC處于分化狀態(tài),沒有增殖和遷移的能力,但當(dāng)在多種刺激因素作用下,VSMC可由分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿シ只癄顟B(tài),可以從中膜遷移至內(nèi)膜進(jìn)行大量增殖[9]。而抑制VSMC增殖是治療AS等血管增殖性疾病的重要途徑。
本研究采用ox-LDL誘導(dǎo)VSMC增殖。ox-LDL的生成是AS發(fā)展和形成的關(guān)鍵因素,它由LDL氧化修飾形成,能夠損傷內(nèi)皮細(xì)胞,導(dǎo)致泡沫細(xì)胞形成,還能促進(jìn)血管VSMC和巨噬細(xì)胞增殖[5],因此用ox-LDL誘導(dǎo)較好地模擬了體內(nèi)AS形成病理過程,在很多研究中廣泛用于VSMC增殖模型的建立[10]。本研究選用不同質(zhì)量濃度的ox-LDL培養(yǎng)VSMC 24h后發(fā)現(xiàn),當(dāng)ox-LDL質(zhì)量濃度為30μg/mL時(shí),與正常對(duì)照組相比,VSMC出現(xiàn)極顯著增殖,而VSMC產(chǎn)NO的能力卻極顯著下降,從而說明,當(dāng)ox-LDL質(zhì)量濃度為30μg/mL時(shí)能成功誘導(dǎo)造成VSMC增殖模型。
4種燕麥乙醇提取物的分級(jí)萃取物干預(yù)對(duì)兔胸VSMC增殖的影響不同,其中正己烷萃取部分高中低3個(gè)質(zhì)量濃度組(WH、WM、WL)和水溶性組分(SH、SM、SL)對(duì)VSMC的增殖均沒有顯著抑制作用(P>0.05)。高質(zhì)量濃度和低質(zhì)量濃度的正丁醇萃取部分(CH、CL)對(duì)VSMC的增殖有較顯著抑制作用(P<0.05);而不同質(zhì)量濃度乙酸乙酯萃取物組分(YH、YM、YL)對(duì)VSMC的增殖均具有極其顯著抑制作用(P<0.01)。這可能與不同組分清除DPPH自由基能力不同有關(guān),通過體外清除DPPH自由基實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),正己烷和水組分清除DPPH自由基能力較弱,而乙酸乙酯萃取組分具有很強(qiáng)的清除DPPH自由基能力,正丁醇萃取組分也具有一定的清除DPPH自由基能力。大量研究證明,VSMC的增殖對(duì)氧化還原作用非常敏感,許多抗氧化成分都能夠抑制VSMC的過度增殖,特別是酚類抗氧化成分,如綠茶多酚[6]、槲皮素[11]等。因此乙酸乙酯萃取組分和正丁醇萃取組分是否是通過抗氧化作用調(diào)節(jié)細(xì)胞生長周期和增殖能力而起作用,還有待于進(jìn)一步研究。
在AS形成發(fā)展的同時(shí)伴隨NO合成功能受損。NO是一種具有多種確定生物學(xué)作用的活性分子,它除具備可調(diào)節(jié)血管張力,抑制血小板向血管損傷部位的黏附和聚集,抑制白細(xì)胞與內(nèi)皮下基質(zhì)的黏附等有益作用外,還能抑制VSMC的增殖,其機(jī)制與NO能阻止VSMC細(xì)胞周期的運(yùn)行、抑制VSMC 的有絲分裂及脫氧核糖核酸(DNA)的合成有關(guān)[8-9]。本研究發(fā)現(xiàn)乙酸乙酯和正丁醇萃取組分均能提高VSMC的NO生成量,乙酸乙酯組分的NO含量高于正丁醇組分。以往的許多研究表明酚類成分具有較強(qiáng)的VSMC增殖抑制力[11]。燕麥中含有豐富的酚類物質(zhì)[12]。美國塔夫斯大學(xué)營養(yǎng)研究中心用細(xì)胞培養(yǎng)評(píng)價(jià)手段,對(duì)燕麥酚類物質(zhì)抗AS能力進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)燕麥酚類及蒽酰胺能夠抑制VSMC增生,修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞和VSMC合成NO能力,增強(qiáng)NO合酶(eNOS)活性,降低單層內(nèi)皮細(xì)胞黏附能力,具有潛在的抗AS功能[13-14]。它們的研究結(jié)果與燕麥醇提物乙酸乙酯萃取組分的研究結(jié)果具有一致性。
本研究發(fā)現(xiàn)燕麥醇提物乙酸乙酯萃取組分在清除DPPH自由基,抑制VSMC增殖及促進(jìn)VSMC合成NO能力方面均具有顯著的效果。通過HPLC分析乙酸乙酯萃取物組分和蒽酰胺標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間,推斷乙酸乙酯萃取組分的3個(gè)主要檢測峰分別是蒽酰胺Bc、Bp和Bf。近年來,Peterson等[15]研究發(fā)現(xiàn)燕麥中的蒽酰胺Bc、Bp和Bf具有顯著的抗氧化效果,尤其是蒽酰胺Bc,其抗氧化效果最為顯著,因此乙酸乙酯萃取組分顯著的抑制VSMC增殖作用可能與蒽酰胺Bc、Bp和Bf有關(guān),這有待于進(jìn)一步研究驗(yàn)證。
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Inhibitory Effect of Different Polarity Fractions of Ethanol Extract from Oat on Vascular Smooth Muscle Cell Proliferation
HUANG Chen,JI Bao-ping*,YANG Pei-ying,ZHOU Feng,WU Wei,CAI Sheng-bao
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
TS210.1
A
1002-6630(2010)21-0335-05
2010-04-15
“十一五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAD05A06-Z01)
黃晨(1984—),男,碩士研究生,主要從事功能食品研究。E-mail:huangchen19840925@yahoo.com.cn
*通信作者:籍保平(1958 —),男,教授,碩士,主要從事功能食品研究。E-mail:jbp@cau.edu.cn