樺褐孔菌多糖的提取工藝優化及對人肝癌細胞HepG2脂肪堆積的影響

2019-07-08 03:30:59 江蘇農業科學2019年10期

張蕾 郝婧瑋 宛春雷 柴軍紅 趙玥 王鑫 王雪

摘要:通過L9(34)正交試驗,通過MTT法選取樺褐孔菌多糖對HepG2細胞的安全濃度,檢測不同濃度的樺褐孔菌多糖對胞內TG蛋白的影響,及樺褐孔菌多糖減輕細胞內脂質堆積的作用。結果表明,樺褐孔菌多糖最佳條件為 1 g ∶ 15 mL 的料液比,在溫度30 ℃下提取30 min,超聲功率為480 W。樺褐孔菌多糖可明顯減輕HepG2細胞內脂質堆積,顯著降低細胞中TG的含量,其中600 mg/L樺褐孔菌多糖對TG的清除率達24.57%,脂滴數量明顯減少。說明樺褐孔菌多糖具有良好的體外降脂活性,對脂肪肝有較好的預防效果。

關鍵詞:樺褐孔菌;多糖;HepG2細胞;甘油三酯;脂肪堆積;清除率;脂滴數量

中圖分類號: R284? 文獻標志碼: A? 文章編號:1002-1302(2019)10-0201-04

非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)的主要特征是肝細胞內脂肪的變性以及脂質的貯積,但同時無過量飲酒史的臨床病理綜合征[1]。經常伴有中心性的肥胖、高血脂癥,對胰島素的抵抗能以力及對糖的耐量異常等方面代謝綜合征,嚴重危害人類的健康[2-4]。近年來,對NAFLD的研究很多,但對其發病機制的研究尚不清楚。因此,尋找到有效治療NAFLD的藥物非常重要。

樺褐孔菌(Phaeoporus obliquus J. Schroet),別稱白樺茸,被贊譽為“西伯利亞靈芝”,為真菌門擔子菌亞門層菌綱非褐菌目多孔菌科褐臥孔菌屬,是一種非常珍稀而名貴的藥用真菌,生長在溫度相對較低的俄羅斯西伯利亞地區的原始森林中,不能人工栽培,非常稀少,顏色呈深栗色,常在樹皮破損及傷節處形成肉瘤狀菌核,菌塊性狀為近球形或不定形塊狀;研究發現,其化學成分包含多糖類化合物、芳香物質、多酚類化合物、三萜類化合物等物質[5-8],具有重要的藥用價值。從16世紀至今,樺褐孔菌一直被作為一種民間藥物來治療糖尿病、高血壓、抗衰老等,具有顯著的效果[9-10]。對于非酒精性脂肪肝病的治療,目前還尚未見相關的研究報道。本試驗通過模擬臨床上NAFLD的病理特點,通過優化提取樺褐孔菌多糖提取物,將其作用于HepG2細胞,從細胞水平上來評價樺褐孔菌多糖提取物對細胞脂質堆積的影響,以及對細胞內甘油三脂含量的影響,從而揭示其在防治非酒精性脂肪肝方面的藥用價值。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

樺褐孔菌購于黑龍江省綏芬河市;MTT、TG試劑盒、油酸、油紅O和細胞裂解液購于上海源葉生物科技有限公司;DMEM細胞培養基、血清、胰蛋白酶等細胞試劑購于Hylone公司;乙醇、異丙醇購于北京化工廠;HepG2細胞筆者所在實驗室傳代保存,由哈爾濱工業大學贈送;粉碎機(戴聲設備有限公司)、超聲波清洗機(杭州法蘭特超聲波科技有限公司,總功率800 W)、電子天平(QUINTIX224-1CN Sartorius,R210)、旋轉蒸發儀(瑞士BUCHI)、電子顯微成像系統(CX31 Olympus)、酶標儀(Synergy HTX BioTek)、靜音混合器(MT-360其林貝爾)。

1.2 樺褐孔菌多糖的提取及測定

將樺褐孔菌粉末過篩,準確稱取5 g溶于醇濃度為30%的乙醇中,在一定時間、溫度、料液比和超聲波功率下振蕩處理一定時間,用80%乙醇沉淀多糖后,4 000 r/min,離心 7 min 后取上清液,減壓濃縮至浸膏后水浴至干,得粗制多糖,標準曲線法測定其含量。

1.2.1 單因素試驗指標對樺褐孔菌多糖提取量的影響 設計樺褐孔菌多糖提取物單因素試驗的變量條件分別為:提取溫度,20、30、40、50、80 ℃;提取時間,10、20、30、40、50 min;料液比1 g ∶ 8 mL、1 g ∶ 10 mL、1 g ∶ 15 mL、1 g ∶ 20 mL、1 g ∶ 25 mL;超聲功率,160、320、400、480、640 W,從而來確定正交試驗中各因素的水平。

1.2.2 提取工藝正交試驗優化 在單因素試驗基礎上,利用正交試驗表L9(34)進行正交試驗,各因素與水平見表1。

1.3 細胞培養及MTT法測HepG2細胞活性

復蘇HepG2細胞,將實驗室凍存的HepG2細胞從液氮罐中取出,迅速放于37 ℃水浴鍋中融化,用PBS清洗后,1 000 r/min 離心去上清后將其放于含10% FBS的DMEM培養基中,培養條件:溫度為37 ℃、體積分數為5%的CO2、飽和濕度,將培養好的HepG2細胞每隔1 d進行傳代培養,并將取處于對數生長期的細胞轉于10% FBS的高糖型DMEM培養基進行下一步試驗。

將處于對數生長期的HepG2細胞接種于96孔細胞培養板中,并利用細胞計數板記數使每孔細胞的接種量達到104個,置于37 ℃、體積分數為5%的CO2培養箱中孵育24 h后,設對照組和給藥組(樺褐孔菌多糖提取物),給藥組的終濃度分別為6、60、600、6 000、60 000 mg/L,每組設置3個平行孔,培養24 h;每孔加入5 mg/mL MTT溶液10 μL,繼續在37 ℃、體積分數為5%的CO2培養箱中培養4 h;取出,緩慢吸去培養液,然后每孔加入100 μL的DMSO,振蕩5~10 min;酶標儀 490 nm 處測吸光度。根據酶標儀的吸光度值計算細胞存活率,選擇存活率達到70%以上時的樺褐孔菌多糖濃度為安全濃度。

1.4 細胞內TG

檢測蛋白吸附法[11],樺褐孔菌多糖的給藥濃度分別是600、60、6 mg/L,細胞內的TG含量檢測方法同陳靜等對細胞內TG濃度的測量[12]。

TG清除率=(D模型-D給藥)/D模型×100%。

1.5 油紅O染色

油紅O工作液配制:首先配制0.5%油紅O儲備液,將油紅O粉末溶于異丙醇中,儲備液用蒸餾水稀釋后過濾2次,至液體澄清為止[13]。

將HepG2細胞接種于24孔板,37 ℃、體積分數為5%的CO2培養箱中孵育24 h后取出,分為對照組、模型組、低中高濃度(600、60、6 mg/L)樺褐孔菌多糖給藥組,各組所加培養基。孵育24 h后用油紅O工作液染色30 min,蒸餾水吹洗2次,在倒置顯微鏡下觀察染色效果。

1.6 統計分析

通過SPSS 13.0軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 提取時間、超聲功率、提取溫度、料液比分別對樺褐孔菌多糖提取率的影響

通過對比分析分別改變提取時間、超聲功率、提取溫度、料液比條件下樺褐孔菌多糖類物質的提取率,結果分別顯示,提取時間為30 min、超聲功率為320 W、提取溫度為40 ℃、料液比達到1 g ∶ 15 mL時,樺褐孔菌中的多糖提取量最大(圖1)。因此,選擇提取時間20~40 min 、超聲功率240~400 W、提取溫度30~50 ℃、料液比1 g ∶ (10~20) mL為進一步優化。

2.2 樺褐孔菌多糖類物質提取的正交優化試驗

通過正交試驗確定樺褐孔菌多糖的最佳提取工藝。正交試驗結果表明,影響樺褐孔菌多糖類物質提取率的因素主次順序為D>A>B>C,即超聲功率和超聲時間對樺褐孔菌多糖提取效果影響相對較大,其次為提取溫度、料液比的影響。綜合以上條件,樺褐孔菌多糖的最佳提取條件為A2B2C1D3,即按1 g ∶ 20 mL的料液比在溫度30 ℃下提取30 min,超聲功率為480 W,乙醇濃度為30%進行多糖含量測定(表2)。

通過對正交試驗結果進行方差分析,來分析各因素對多糖提取率的影響。結果表明,提取時間、功率、溫度和料液比對提取率影響顯著(表2)。

2.3 樺褐孔菌多糖的細胞毒理學評價

高濃度的藥物對細胞具有一定的毒性,為了避免此情況的發生,本試驗通過MTT法檢測樺褐孔菌多糖對細胞存活率的影響,選取對細胞毒害作用較小的多糖作為給藥劑。如表3所示,樺褐孔菌多糖濃度為6 mg/L時,細胞的存活率為9302%;濃度為60 mg/L時,細胞的存活率為80.04%;濃度為600 mg/L時,細胞的存活率為68.75%;濃度為6 000 mg/L時,細胞的存活率為38.06%;濃度為60 000 mg/L時,細胞的存活率為25.32%。隨著樺褐孔菌多糖濃度的增加,HepG2細胞的死亡率也在升高,說明樺褐孔菌多糖對細胞有一定的毒害作用。當濃度在600 mg/L以下時,對細胞毒害作用相對小。因此,將樺褐孔菌多糖的給藥濃度可設定在6~600 mg/L 之間的安全濃度范圍內(表3)。

2.4 樺褐孔菌多糖對HepG2細胞TG含量的影響

為了減少高濃度的樺褐孔菌多糖對細胞的毒害作用,試驗選取了600 mg/L以下的樺褐孔菌多糖濃度,測定不同濃度對HepG2細胞脂肪堆積模型TG含量的影響。表4所示,模型組與對照組相比,TG含量顯著增加(P<0.05),表明HepG2細胞脂肪堆積模型成功建立[12]。60 mg/L樺褐孔菌多糖組與模型組相比,TG含量具有顯著性差異(P<0.05);600 mg/L樺褐孔菌多糖組與模型組相比,TG含量具有顯著性差異(P<0.01),并隨樺褐孔菌多糖濃度的升高,TG的清除率也逐漸升高,具有明顯的劑量依賴性,其中高濃度組 600 mg/L 樺褐孔菌多糖對細胞內TG的清除效果最好,其清除率達到24.57%。

2.5 樺褐孔菌多糖減輕細胞內脂質堆積的作用

樺褐孔菌多糖對油紅O染色的細胞形態學影響見圖2,與對照組相比,模型組細胞內出現大量的紅色脂滴,同時伴隨相互融合現象,說明試驗成功建立了細胞脂肪堆積模型[12],并隨著樺褐孔菌多糖濃度的提高,HepG2細胞內紅色脂滴數目逐漸減少,且脂滴變小。在3個濃度樺褐孔菌多糖給藥組中,低濃度給藥組的作用效果不明顯;與模型組相比,中濃度給藥組對細胞內脂質堆積稍有改善,明顯減輕了細胞內脂質相互融合的現象;高濃度給藥組可明顯減輕細胞內脂質堆積現象,且脂滴數目顯著減少,這與陳靜等研究人參多糖Rb1對HepG2細胞脂肪堆積影響結果[12]相似。本試驗結果說明樺褐孔菌多糖對體外降脂有一定的作用效果。

3 討論與結論

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的發病率呈現逐年上升的趨勢,已經成為一種嚴重危害人類健康的世界性疾病。NAFLD是導致肝功能異常的主要原因,肝臟脂肪積聚是其典型特征,但并不能用單一的機制來解釋其發病的機制。TG是NAFLD患者肝臟內蓄積的主要脂質,是由體內TG合成與轉化失衡的結果[13]。

HepG2細胞已經被成功用于脂肪肝細胞模型的建立,且長鏈脂肪酸能夠使HepG2細胞內形成明顯的脂滴,進而引起細胞內脂肪的堆積。因為游離脂肪酸中含量最高的是油酸,所以選擇油酸來誘導建立肝細胞脂肪堆積模型,是符合NAFLD形成的病理生理過程的[14]。因此,本試驗采用以上誘導方法,在單因素的基礎上通過正交試驗得到樺褐孔菌多糖的最佳提取條件,將提取的樺褐孔菌多糖提取物作用于HepG2細胞,并選擇NAFLD的常規檢測指標來評價樺褐孔菌多糖對細胞內脂肪堆積的作用效果。試驗結果表明,600 mg/L 樺褐孔菌多糖組的效果最顯著,TG含量與模型組比較差異極顯著(P<0.01),對細胞內TG的清除率可達

2457%,并且具有劑量依賴性。說明樺褐孔菌多糖提取物具有一定的清除細胞內脂肪堆積的作用,推測其在脂肪肝治療方面也具有潛在的藥用價值,但目前對于樺褐孔菌多糖降脂機制還不明確,具體的降脂機制還有待于進一步研究。

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