劉文穎,林峰,谷瑞增,魯軍,林單,蔡木易
(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院,北京市蛋白功能肽工程技術(shù)研究中心,北京,100015)
血管內(nèi)皮細(xì)胞舒張功能損傷是動(dòng)脈粥樣硬化、血栓性疾病及高血壓等的早期病變,以內(nèi)皮細(xì)胞所分泌的一氧化氮(NO)減少而致血管舒張功能降低為其主要特征[1-2]。NO 是目前所知最強(qiáng)的內(nèi)源性血管舒張因子,血管內(nèi)皮細(xì)胞可通過釋放NO 松弛血管平滑?。?-4]。因此,通過提高NO 的分泌量,可以起到促進(jìn)血管舒張的作用。體內(nèi)過多的膽固醇會(huì)引起血脂偏高,進(jìn)而誘發(fā)心腦血管疾病、老年癡呆癥、膽結(jié)石等疾?。?-6]。低密度脂蛋白受體(LDLR)和3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A 還原酶(HMGCR)是膽固醇合成及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的重要調(diào)控因子。通過提高LDLR 基因的表達(dá)、降低HMGCR 基因的表達(dá),可以抑制膽固醇的合成[7-9]。治療血管內(nèi)皮細(xì)胞舒張功能損傷或高膽固醇癥的藥物雖然效果顯著,但是長期服用具有一定的副作用。例如,臨床治療高膽固醇癥的藥物能夠降低膽固醇的合成速率,達(dá)到降低血脂的目的,但也具有肝、腎功能損害等毒副作用[3]。因此,尋找天然安全、具有生理活性的物質(zhì)已成為當(dāng)今研發(fā)的一大熱點(diǎn)。
海洋膠原低聚肽是以深海鮭魚的魚皮為主要原料,采用生物酶解方法生產(chǎn)的低聚肽混合物。本中心前期的研究結(jié)果表明,海洋膠原低聚肽具有較高的蛋白質(zhì)含量(91.2%),分子質(zhì)量大多為1 000 Da 以下(90.8%),主要集中在132 ~576 Da(69.3%)[10]。目前,對(duì)海洋膠原低聚肽的血管舒張和降膽固醇作用方面的研究尚未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)和人肝癌細(xì)胞株HepG2 為模型,探討海洋膠原低聚肽對(duì)HUVEC 細(xì)胞中NO 分泌量以及對(duì)HepG2 細(xì)胞內(nèi)LDLR 及HMGCR 基因表達(dá)的影響,旨在闡明海洋膠原低聚肽的血管舒張活性和降膽固醇作用,為其開發(fā)和利用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1.1.1 材料
海洋膠原低聚肽(以深海鮭魚的魚皮為原料,采用生物酶解方法制得的小分子肽類物質(zhì)),由北京中食海氏生物技術(shù)有限公司提供。
人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)、內(nèi)皮細(xì)胞專用培養(yǎng)基,北京清源浩生物科技有限公司;人肝癌HepG2細(xì)胞,由北京師范大學(xué)細(xì)胞增殖與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供;DMEM 培養(yǎng)基,美國GIBCO 公司;胎牛血清,杭州四季青公司;總一氧化氮檢測(cè)試劑盒,碧云天生物技術(shù)研究所;Trizol,美國Invitrogen 公司;反轉(zhuǎn)錄試劑盒,日本Takara 公司;Taq PCR StarMix 試劑盒,北京GenStar Biosolutions 公司。
1.1.2 儀器
CO2恒溫培養(yǎng)箱,德國Heraeus 公司;CKX41 倒置相差顯微鏡,日本Olympus 公司;iMark 酶標(biāo)儀,美國Bio-Rad 公司;SmartSpec plus 核酸蛋白測(cè)定儀、MyCycler PCR 擴(kuò)增儀、Gel Doc XR 凝膠成像系統(tǒng),美國BIO-RAD 公司。
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)
HUVEC 細(xì)胞培養(yǎng)于含2%胎牛血清的內(nèi)皮細(xì)胞專用培養(yǎng)基中,HepG2 細(xì)胞培養(yǎng)于含10%胎牛血清的DMEM 培養(yǎng)基中,在37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)。待細(xì)胞融合至培養(yǎng)皿的80%左右時(shí),棄去培養(yǎng)液,用PBS 沖洗,加入適量0.25%胰蛋白酶消化,進(jìn)行傳代。取處于對(duì)數(shù)期、生長狀態(tài)良好的細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。
1.2.2 海洋膠原低聚肽溶液制備及實(shí)驗(yàn)分組
用PBS 溶液將海洋膠原低聚肽干粉配制成濃度為100 g/L 的母液,經(jīng)0.22 μm 的微孔濾膜過濾后,放入-20℃冰箱中保存?zhèn)溆谩S糜谘苁鎻埢钚詼y(cè)定的細(xì)胞分組為:(1)對(duì)照組;(2)3g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(3)6 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(4)9 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(5)12 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組。用于降膽固醇活性測(cè)定的細(xì)胞分組為:(1)對(duì)照組;(2)2 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(3)4 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(4)6 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組;(5)8 g/L 海洋膠原低聚肽實(shí)驗(yàn)組。
1.2.3 NO 含量的檢測(cè)
將HUVEC 接種于96 孔板中,細(xì)胞濃度為2.5 ×104個(gè)/mL,每孔100 μL。待細(xì)胞融合后,吸除培養(yǎng)液,加入100 μL 無血清的內(nèi)皮細(xì)胞專用培養(yǎng)基,培養(yǎng)4 h 后,用不同濃度的海洋膠原低聚肽培養(yǎng)液處理細(xì)胞,同時(shí)設(shè)不加低聚肽的對(duì)照孔,每組6 個(gè)平行。分別于0、1 和2h 吸取培養(yǎng)液,使用總一氧化氮檢測(cè)試劑盒測(cè)定NO 含量。以KNO2為標(biāo)準(zhǔn)品,利用HUVEC細(xì)胞培養(yǎng)液將試劑盒中的10 mmol/L KNO2稀釋成2、5、10、20、50 μmol/L,制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,參照試劑盒說明書測(cè)定培養(yǎng)液中的NO 含量。
1.2.4 反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)分析LDLR、HMGCR 基因表達(dá)的變化
1.2.4.1 引物設(shè)計(jì)
利用Primer Premier 5.0 軟件設(shè)計(jì)PCR 引物,引物均由美國Invitrogen 公司合成。PCR 上下游引物見表1,以甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GADPH)為內(nèi)參基因。
表1 PCR 引物Table 1 Primers used in PCR analysis
1.2.4.2 細(xì)胞總RNA 提取
將HepG2 細(xì)胞接種于6 孔板中,細(xì)胞濃度為約5 ×104個(gè)/mL,每孔3 mL。待細(xì)胞融合至60%后,吸除培養(yǎng)液,用PBS 沖洗,加入3 mL 不含血清的DMEM 培養(yǎng)基,用不同濃度的海洋膠原低聚肽培養(yǎng)液處理細(xì)胞,同時(shí)設(shè)不加低聚肽的對(duì)照孔,每組6 個(gè)平行。培養(yǎng)24h 后,用胰酶消化,3 000 g 離心2 min收集細(xì)胞,棄上清液。加入1 mL DEPC 水溶解,3 000 g 離心2 min,加入1 mL Trizol 裂解細(xì)胞,轉(zhuǎn)移到1.5 mL 離心管中,充分裂解后,加入0.2 mL 氯仿,12 000 g 離心15 s,取上清液,加入0.5 mL 異丙醇,室溫靜置20 min 后,12 000g 離心10 min,棄上清液,緩慢加入1 mL 75%乙醇洗滌,7 500 g 離心5 min,棄上清液,空氣風(fēng)干后加入20 μL DEPC H2O 溶解。利用核酸蛋白測(cè)定儀測(cè)定RNA 的濃度,取0.5 μg RNA 溶液用于RT-PCR 反應(yīng),剩余RNA 溶液置于-80℃冰箱中保存。
1.2.4.3 cDNA 合成
20 μL 體系中含有5 × Prime Script? Butter 4 μL,Oligo dT Primer 1 μL,Random Primer 5 μL,dNTP Mixture 2 μL,RNase Inhibitor 0.5 μL,PrimeScript?RTase 2 μL,DEPC 水以及RNA 溶液共5.5 μL。反應(yīng)條件:25℃,10 min;42℃,60 min;4℃,∞。按反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書進(jìn)行cDNA 合成,合成好的cDNA 置于4℃冰箱中保存待測(cè)。
1.2.4.4 RT-PCR 分析
20 μL 體系中含有重蒸水7 μL、2 × Taq PCR StarMix 10 μL、PCR 上游引物和下游引物混合溶液2 μL、反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物1 μL,充分混勻。反應(yīng)條件為94℃預(yù)變性5 min,94℃變性30s,退火溫度53℃,30 s,72℃延伸30s 進(jìn)行35 個(gè)循環(huán),72℃延伸10 min 后4℃保存。取10 μL PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,在凝膠成像系統(tǒng)上進(jìn)行分析,以目的基因條帶與GADPH 條帶密度比值表示相應(yīng)基因mRNA 的相對(duì)表達(dá)水平,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。
1.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用ˉx±s 表示,采用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,組間比較采用t 檢驗(yàn),P <0.05,兩者有顯著性差異;P <0.01,兩者有極顯著性差異。
2.1.1 NO 檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線
NO 是由血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的內(nèi)皮衍生因子,是目前所知最強(qiáng)的內(nèi)源性血管舒張因子,具有明顯廣泛的擴(kuò)張血管作用,其生成減少或生物利用度的降低將導(dǎo)致血管阻力增加。血管舒張能力與產(chǎn)生NO 能力具有很強(qiáng)的相關(guān)性,一定量的NO 水平是重要的內(nèi)源性細(xì)胞保護(hù)物質(zhì)[1-4]。因此通過測(cè)定細(xì)胞培養(yǎng)液中NO 的濃度即可表征樣品的血管舒張活性[11-12]。NO檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1 所示,標(biāo)準(zhǔn)品的吸光值隨著濃度的增大而增大,成正比關(guān)系,擬合曲線為y =0.004x-0.009 3(R2=0.998 8)。
圖1 NO 檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of determination of NO
2.1.2 海洋膠原低聚肽對(duì)HUVEC 分泌NO 的影響
結(jié)果見圖2。與對(duì)照組相比,各實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞在海洋膠原低聚肽的作用下,NO 分泌量均有所增加,并且呈明顯的量效關(guān)系。海洋膠原低聚肽濃度為6 g/L時(shí),NO 分泌量顯著性增加(P <0.05),濃度為9 g/L、12 g/L 時(shí),NO 分泌量極顯著性增加(P <0.01)。濃度為12 g/L 時(shí),NO 含量增加最多。此外,由圖2 可知,不同濃度海洋膠原低聚肽作用2 h 后,NO 分泌量均比作用1h 有所降低。本項(xiàng)研究結(jié)果表明,海洋膠原低聚肽能顯著提高NO 含量,提示其具有調(diào)節(jié)血管舒縮功能、保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用。
圖2 不同濃度海洋膠原低聚肽作用下HUVEC 的NO分泌量,與對(duì)照組相比,* P <0.05,** P <0.01Fig.2 The secretion of NO in HUVEC treated by different concentration of MCOP. Compared with the control,* P <0.05,** P <0.01
Hirota 等[13]對(duì)2 種三肽VPP(Val-Pro-Pro)和IPP(Ile-Pro-Pro)的血管舒張作用進(jìn)行了研究,結(jié)果表明2 種肽段在濃度為0.01 mmol/L 時(shí),能顯著促進(jìn)NO 分泌,提高NO 含量。本研究中的海洋膠原低聚肽是小分子肽的混合物,經(jīng)分離純化后,可富集血管舒張活性高的肽段,明確對(duì)海洋膠原低聚肽的血管舒張活性起主要作用的肽段。
研究表明,肽的血管舒張活性與其ACE(血管緊張素轉(zhuǎn)化酶)抑制活性有一定的相關(guān)性,肽可通過輔助血管舒緩激肽起到ACE 抑制作用,通過B2 受體促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞中NO 的分泌,從而起到舒張血管的作用[13]。Hirota 等的研究中便對(duì)VPP 和IPP 的兩種活性之間的相關(guān)性進(jìn)行了探討。本中心前期已對(duì)海洋膠原低聚肽的ACE 抑制活性進(jìn)行了研究,證實(shí)了其具有較強(qiáng)的ACE 抑制活性(半抑制濃度IC50值=1.165 ±0.087 mg/mL)[10]。關(guān)于海洋膠原低聚肽的血管舒張活性的作用機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。
低密度脂蛋白受體(LDLR)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶(HMGCR)是膽固醇合成及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的重要調(diào)控因子。LDLR 是一種跨膜糖蛋白,具有維持血漿膽固醇水平恒定的作用。LDLR 減少,會(huì)導(dǎo)致血漿中低密度脂蛋白(LDL)攝取減少,進(jìn)而導(dǎo)致血漿中LDLR 水平升高,使血膽固醇水平升高[14-15]。HMGCR 是膽固醇合成的限速酶,是膽固醇代謝的最重要的酶之一,能夠催化3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原生成甲羥戊酸,是整個(gè)膽固醇合成過程中的限速步驟[16]。因此,可通過增強(qiáng)LDLR 基因表達(dá)和降低HMGCR 基因表達(dá),降低血膽固醇水平[17-18]。
本研究結(jié)果顯示,對(duì)HepG2 細(xì)胞分別加入2、4、6、8 g/L 海洋膠原低聚肽培養(yǎng)24h 后,與對(duì)照組比較,除2 g/L 海洋膠原低聚肽組外,其他實(shí)驗(yàn)組的LDLR表達(dá)量均有上調(diào)(圖3 和圖4)。
圖3 海洋膠原低聚肽對(duì)HepG2 細(xì)胞LDLR、HMGCR mRNA 水平的影響Fig.3 The influence of MCOP on LDLR and HMGCR mRNA levels in HepG2 cells
圖4 海洋膠原低聚肽對(duì)HepG2 細(xì)胞LDLR mRNA相對(duì)表達(dá)水平的影響,與對(duì)照組相比,* P <0.05,** P <0.01Fig.4 The influence of MCOP on the relative expression level of LDLR mRNA in HepG2 cells. Compared with the control,* P <0.05,** P <0.01
4 g/L 海洋膠原低聚肽組的LDLR mRNA 表達(dá)增加最多,呈極顯著性差異(P <0.01),是對(duì)照組的2.6倍。6 g/L、8 g/L 海洋膠原低聚肽組的LDLR mRNA表達(dá)顯著性增加(P <0.05),分別是對(duì)照組的1.5、1.7 倍。各濃度海洋膠原低聚肽培養(yǎng)24 h 后,與對(duì)照組比較,HMGCR 的表達(dá)量均有下調(diào),并有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(圖3、圖5)。2 g/L 海洋膠原低聚肽組的HMGCR mRNA 表達(dá)顯著性降低(P <0.05),其余3 組的HMGCR mRNA 表達(dá)極顯著性降低(P <0.01),其中6 g/L 海洋膠原低聚肽組的HMGCR mRNA 表達(dá)最低,大約降低了3/5。本研究結(jié)果表明,海洋膠原低聚肽能上調(diào)HepG2 細(xì)胞內(nèi)LDLR mRNA 水平,下調(diào)HMGCR mRNA 水平,提示海洋膠原低聚肽可通過增強(qiáng)LDLR 的表達(dá)、抑制HMGCR 酶活性來降低細(xì)胞膽固醇合成。
圖5 海洋膠原低聚肽對(duì)HepG2 細(xì)胞HMGCR mRNA相對(duì)表達(dá)水平的影響,與對(duì)照組相比,* P <0.05,** P <0.01Fig.5 The influence of MCOP on the relative expression level of HMGCR mRNA in HepG2 cells. Compared with the control,* P <0.05,** P <0.01
近年的研究表明,LDLR 和HMGCR 的表達(dá)是通過固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)途徑調(diào)節(jié)的。在此途徑中,包括多個(gè)影響LDLR 和HMGCR 表達(dá)的因子和調(diào)控環(huán)節(jié)[19]。因此,海洋膠原低聚肽很可能通過SREBP 通路調(diào)控系統(tǒng)誘導(dǎo)LDLR 和HMGCR 基因表達(dá),具體通過哪個(gè)因子、哪個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控,還有待進(jìn)一步研究。
目前,關(guān)于肽類物質(zhì)對(duì)膽固醇代謝影響的研究較少,現(xiàn)有的報(bào)道中大多是對(duì)植物提取物的相關(guān)研究,如Salleh 等[20]研究了多種從食用植物中提取的多酚物質(zhì)對(duì)HepG2 細(xì)胞膽固醇代謝的影響,發(fā)現(xiàn)12 種多酚物質(zhì)具有調(diào)節(jié)LDLR 表達(dá)的作用。本研究明確了海洋膠原低聚肽在調(diào)節(jié)膽固醇代謝方面的影響,為其開發(fā)利用提供了一定的理論依據(jù)。
通過測(cè)定HUVEC 細(xì)胞培養(yǎng)液中NO 含量的變化,對(duì)海洋膠原低聚肽的血管舒張活性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,各實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞在海洋膠原低聚肽的作用下,NO 分泌量均有所增加,并且呈明顯的量效關(guān)系。濃度為12 g/L 時(shí),NO 含量增加最多。不同濃度海洋膠原低聚肽作用2 h 后,NO 分泌量均比作用1h 有所降低。結(jié)果表明,海洋膠原低聚肽能顯著提高NO 含量,提示其具有調(diào)節(jié)血管舒縮功能、保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用。
通過觀察HepG2 細(xì)胞中LDLR 和HMGCR 表達(dá)的變化,對(duì)海洋膠原低聚肽的降膽固醇作用進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,海洋膠原低聚肽培養(yǎng)24 h 后,除2 g/L 海洋膠原低聚肽組外,其他實(shí)驗(yàn)組的LDLR 表達(dá)量均有上調(diào),其中4 g/L 海洋膠原低聚肽組的LDLR 表達(dá)量增加最多;各實(shí)驗(yàn)組HMGCR 的表達(dá)量均有下調(diào),其中6 g/L 海洋膠原低聚肽組的HMGCR 表達(dá)量最低。結(jié)果表明,海洋膠原低聚肽能上調(diào)HepG2 細(xì)胞內(nèi)LDLR mRNA 水平,下調(diào)HMGCR mRNA 水平,提示海洋膠原低聚肽具有降低細(xì)胞膽固醇合成的作用。
通過對(duì)海洋膠原低聚肽的血管舒張活性和降膽固醇活性的研究,為其開發(fā)利用提供了理論依據(jù),但關(guān)于海洋膠原低聚肽中特征性活性肽段的進(jìn)一步分離純化、鑒定以及促進(jìn)血管舒張和降膽固醇的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。
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