張迪,邢宇,王楊,孔敏,李新莉
(大連醫(yī)科大學(xué)生物技術(shù)系,遼寧大連116044)
殼聚糖降解衍生物的抗氧化活性及對(duì)藥物性肝損傷纖維化的預(yù)防作用Δ
張迪*,邢宇,王楊,孔敏,李新莉#
(大連醫(yī)科大學(xué)生物技術(shù)系,遼寧大連116044)
目的:研究殼聚糖(CTS)降解衍生物的體外抗氧化活性及對(duì)藥物性肝損傷纖維化的預(yù)防作用。方法:采用酸水解法制備不同水解時(shí)間(3、6、8、10 h)的CTS降解衍生物CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10,測(cè)定CTS及其降解衍生物的黏均分子量和脫乙酰度,通過(guò)檢測(cè)其對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和超氧負(fù)離子(O2-)自由基的體外清除能力評(píng)價(jià)其抗氧化活性。以CTS-10進(jìn)行體內(nèi)肝損傷纖維化的預(yù)防實(shí)驗(yàn),將小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組(水)、模型組(水)和CTS-10高、中、低劑量組(100、50、25 mg/mL),每組8只,每天ig給藥0.2 mL,連續(xù)24 d后停藥;繼而連續(xù)ig鹽酸左氧氟沙星7 d建立藥物性肝損傷模型(正常對(duì)照組除外)。采用Western blot法檢測(cè)小鼠肝組織中腫瘤壞死因子α(TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)和飾膠蛋白聚糖(Decorin)蛋白的表達(dá)。結(jié)果:CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10的黏均分子量分別為21.70×104、6.70×104、6.30×104、5.01×104、4.87×104,脫乙酰度分別為83.44%、74.62%、67.28%、64.83%、54.23%;對(duì)DPPH和O2-自由基均有一定的清除能力,其中CTS-10清除能力最強(qiáng),分別為25.47%和56.31%。與正常對(duì)照組比較,模型組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1和Decorin蛋白表達(dá)均增強(qiáng)(P<0.05);與模型組比較,CTS-10中、高劑量組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1和Decorin蛋白表達(dá)均減弱(P<0.01)。結(jié)論:CTS降解衍生物中CST-10的黏均分子量和脫乙酰度較低,具有較強(qiáng)的體外抗氧化活性,對(duì)小鼠藥物性肝損傷纖維化有一定的預(yù)防作用。
殼聚糖;降解衍生物;抗氧化活性;藥物性肝損傷;肝纖維化;小鼠
ABSTRACTOBJECTIVE:To study the in vitro antioxidant activity of chitosan(CTS)degradation derivatives and its preventive effects on drug-induced liver injury fibosis.METHODS:Acid hydrolysis method was used to prepare the CTS degradation derivatives CTS-3,CTS-6,CTS-8,CTS-10 for different hydrolysis time(3,6,8,10 h).The viscosity-average relative molecular mass and deacetylation degree of CTS and its degradation derivatives were determined,and its antioxidant activity was evaluated by detecting its in vitro scavenging ability on 1,1-diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine(DPPH)and superoxide anion(O2-)radicals.Using CTS-10 for in vivo liver injury fibosis prevention test,mice were randomly divided into normal control group(water),model group(water),CTS-10 high-dose,medium-dose,low-dose groups(100,50,25 mg/mL),8 in each group.Mice were intragastrically administrated 0.2 mL,then withdrawal after continuous 24 d.Then levofloxacin hydrochloride was intragastrically given for 7 d to establish drug-induced liver injury model(except for normal control group).Western blot method was used to detect the expressions of tumor necrosis factor α(TNF-α),transforming growth factor β1(TGF-β1)and Decorin protein in liver tissue of mice.RESULTS:The viscosity-average relative molecular mass of CTS,CTS-3,CTS-6,CTS-8,CTS-10 were 21.70×104,6.70×104,6.30×104,5.01×104,4.87×104;and deacetylation degree were 83.44%,74.62%,67.28%,64.83%,54.23%,respectively.All of them had certain scavenging ability on DPPH and O2-,in which,CTS-10 was the strongest(25.47%and 56.31%).Compared with normal control group,expressions of TNF-α,TGF-β1and Decorin protein in liver tissue in model group were enhanced(P<0.05).Compared with model group,expressions of TNF-α,TGF-β1and Decorin protein in liver tissue in CTS-10 medium-dose and high-dose groups were weakened(P<0.01).CONCLUSIONS:The viscosity-average relative molecular mass and deacetylation degree of CTS-10 in CTS degradation derivatives are lower with stronger antioxidant activity,and show certain preventive effects on drug-induced liver injury fibosis in mice.
KEYWORDSChitosan;Degradation derivatives;Antioxidant activity;Drug-induced liver injury;Liver fibosis;Mice
藥物性肝損傷(Drug-induced liver injury,DILI)是由藥物本身或其代謝產(chǎn)物所導(dǎo)致的肝臟損傷,是一種在中國(guó)乃至世界范圍內(nèi)常見(jiàn)的疾病,藥物停用后自行緩解。DILI臨床類(lèi)型分為肝細(xì)胞型、膽汁淤積型、混合型3種,主要以肝細(xì)胞型肝損傷為主[1]。肝承擔(dān)著藥物清除、生物轉(zhuǎn)化等功能,幾乎所有藥物都會(huì)對(duì)肝造成負(fù)擔(dān),引起肝損傷。中草藥、中成藥所致DILI比例占40%,然后依次是抗生素、抗腫瘤藥和抗結(jié)核藥以及抗心血管病藥物[2]。由于抗生素濫用情況嚴(yán)重,由其所致的DILI具有發(fā)生率高、病死率高、可預(yù)測(cè)性低等特點(diǎn)。其中,喹諾酮類(lèi)抗生素如左氧氟沙星、環(huán)丙沙星等,都可能導(dǎo)致暫時(shí)性DILI[3],當(dāng)其與一些藥物聯(lián)用時(shí)還可使毒性增加。
殼聚糖(Chitosan,CTS)化學(xué)名稱(chēng)為聚合β-(1,4)-N-乙酰-D-葡萄糖胺,水解可生成水溶性殼聚糖(Water soluble chitosan,WCS)和低分子殼寡糖(Chitooligosaccharide,COS)。已有研究表明,CTS及其衍生物有抗腫瘤和增強(qiáng)機(jī)體免疫功能作用[4-5],對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和羥自由基有一定的清除能力[6],可以抑制真菌、酵母菌、細(xì)菌等的生長(zhǎng)[7],還具有降脂[8]、調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)[9]等活性。本文研究了不同黏均分子量和脫乙酰度(DD)的CTS降解衍生物的體外抗氧化活性和對(duì)DILI纖維化的預(yù)防作用,初步探討了CTS降解衍生物的保肝護(hù)肝作用。
奧氏黏度計(jì)(昆山廣測(cè)儀器設(shè)備有限公司);UVS-1渦旋振蕩器(北京優(yōu)晟聯(lián)合科技有限公司);HC-3018R高速冷凍離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)有限公司);MV-Ⅱ垂直板電泳裝置、ST-Ⅰ半干式轉(zhuǎn)移電泳儀(大連競(jìng)邁生物科技有限公司);真空冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);全自動(dòng)凝膠成像系統(tǒng)(美國(guó)Bio-Rad公司)。
CTS原料藥(濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司,批號(hào):050112,DD:≥80%);鹽酸左氧氟沙星膠囊(??谄媪χ扑幑煞萦邢薰?,批號(hào):H20055533,規(guī)格:每粒0.2 g);兔源β肌動(dòng)蛋白(β-actin)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)、飾膠蛋白聚糖(Decorin)抗體和辣根過(guò)氧化物酶(HRP)標(biāo)記的山羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)多克隆抗體(武漢三鷹生物技術(shù)有限公司);Pierce化學(xué)增強(qiáng)發(fā)光(ECL)試劑盒(美國(guó)Thermo公司);甲基橙、RIPA裂解液(北京索萊寶科技有限公司);DPPH(美國(guó)Sigma公司,批號(hào):D9132-1G,純度:99%);維生素C(天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司,批號(hào):XK13-2010344,分析純);其他試劑均為市售分析純。
SPF級(jí)KM小鼠,♀♂各半,體質(zhì)量18~22 g,由大連醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,動(dòng)物合格證號(hào)為:SCXK(遼)2008-0002。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)大連醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)。
稱(chēng)取2 g CTS 4份,分別裝于250 mL錐形瓶中,加入200 mL的1%醋酸溶液,充分溶解后,加入10 mL濃HCl,并用牛皮紙封口后放入80℃的恒溫水浴鍋中水解,4份溶液分別水解3、6、8、10 h。然后滴加1 mol/L的NaOH溶液中和,使CTS沉淀,4 000 r/min(離心半徑6 cm,下同)離心10 min,用蒸餾水清洗沉淀物2次,調(diào)pH至7左右;繼續(xù)4 000 r/min離心10 min,取沉淀物,冷凍干燥,得到CTS降解衍生物CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10。
將CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10各0.2 g分別溶于0.1 mol/L醋酸鈉-0.2 mol/L醋酸緩沖溶液中,于50 mL量瓶中定容制成樣品溶液。將奧氏黏度計(jì)固定在25℃的恒溫水浴中,吸取10 mL樣品溶液于奧氏黏度計(jì)中,平衡10 min,用秒表測(cè)定溶液的流出時(shí)間t,連續(xù)測(cè)3次,每次結(jié)果相差不得超過(guò)0.1 s。同時(shí),測(cè)定空白溶劑(0.1 mol/L醋酸鈉-0.2 mol/L醋酸緩沖溶液)的流出時(shí)間t0。按一點(diǎn)法[10]計(jì)算各樣品的黏均分子量。
分別稱(chēng)取約0.25 g 的CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10,加入20 mL 0.1 mol/L HCl溶液,室溫?cái)嚢? h至全部溶解,加入10 mL蒸餾水稀釋?zhuān)偌尤?滴1%甲基橙指示劑,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)榧t色,重復(fù)3次,按文獻(xiàn)[11]計(jì)算各樣品的DD。
2.4.1 DPPH自由基清除率的測(cè)定 稱(chēng)取DPPH 1 mg溶于20 mL二甲基亞砜(DMSO)中,避光保存?zhèn)溆谩TS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10分別用DMSO配制成質(zhì)量濃度為13.3、20.0、26.6、53.3、67.7 μg/mL的溶液,分別與DPPH溶液在室溫下避光反應(yīng)30 min,于519 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。以1 mg/mL維生素C為陽(yáng)性對(duì)照,重復(fù)測(cè)定 3次,計(jì)算 CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10對(duì)DPPH自由基的清除率。
2.4.2 超氧負(fù)離子(O2-)自由基清除率的測(cè)定 將0.1 mol/L HCl-Tris緩沖液(pH 8.2)和鄰苯三酚溶液(用10 mmol/L HCl配制成50 mmol/L)在25℃水浴中保溫備用。取4.5 mL HCl-Tris緩沖液加入4.4 mL蒸餾水、0.1 mL鄰苯三酚溶液,搖勻后于325 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,記為 A0。CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10 分別用Hcl-Tris緩沖液配制成質(zhì)量濃度為14.43、16.89、18.87、18.95、22.57 μg/mL的溶液,分別加入0.1 mL鄰苯三酚溶液,搖勻,按上述方法測(cè)定吸光度,記為A1。以10 mmol/L HCl為空白對(duì)照、1 mg/mL維生素C為陽(yáng)性對(duì)照,重復(fù)測(cè)定3次,計(jì)算CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10對(duì)O2-自由基的清除率。
2.5.1 分組與給藥 通過(guò)上述試驗(yàn),篩選黏均分子量和DD較低且具有一定抗氧化活性的CTS-10進(jìn)行體內(nèi)DILI的預(yù)防作用研究。將CTS-10和鹽酸左氧氟沙星分別溶于無(wú)菌水中制成水溶性CTS-10高、中、低濃度溶液(100、50、25 mg/mL)[12]和鹽酸左氧氟沙星溶液(60mg/mL)[13]。取小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組、模型組和CTS-10高、中、低劑量組,每組8只。正常對(duì)照組和模型組小鼠每天ig水0.2 mL,各給藥組小鼠ig相應(yīng)藥物0.2 mL,24 d后停藥;除正常對(duì)照組外其余各組小鼠繼而ig鹽酸左氧氟沙星溶液7 d,每天0.2 mL以建立DILI模型。第8天處死小鼠,迅速剝離肝臟,于-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
2.5.2 肝組織蛋白質(zhì)提取 取各組小鼠肝組織50~100 mg,剪碎,用預(yù)冷的生理鹽水洗滌2次,加入0.5 mL預(yù)冷的蛋白裂解液[RIPA-甲苯基磺酰氟(100∶1,V/V)],勻漿至95%的細(xì)胞破碎,在冰浴中放置30 min,4℃下12 000 r/min離心15 min,將上清液轉(zhuǎn)移到新的離心管,分裝,-80℃保存。電泳前,使用考馬斯亮藍(lán)法檢測(cè)其中蛋白質(zhì)濃度[14]。
2.5.3 Western blot法檢測(cè)肝組織中 TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá) 取“2.5.2”項(xiàng)下肝組織蛋白,進(jìn)行常規(guī)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)。蛋白上樣量為80μg,分離膠濃度10%,濃縮膠濃度5%,待預(yù)染蛋白分子量標(biāo)準(zhǔn)品(Marker)充分被分開(kāi),停止電泳。用半干式電轉(zhuǎn)儀進(jìn)行轉(zhuǎn)膜,脫脂奶粉封閉NC膜1 h,分別與兔源β-actin(1∶500稀釋?zhuān)?、TNF-α(1∶500稀釋?zhuān)GF-β1(1∶500稀釋?zhuān)?、Decorin(1∶500稀釋?zhuān)┛贵w結(jié)合,4℃過(guò)夜,TBST緩沖液洗膜,加入HRP標(biāo)記的山羊抗兔IgG多克隆抗體(1∶5 000稀釋?zhuān)┓跤? h,ECL發(fā)光,凝膠成像。以β-actin為內(nèi)參,采用Quantity One 4.6.2軟件進(jìn)行蛋白灰度值分析,以目標(biāo)蛋白與內(nèi)參的灰度值比值表示目標(biāo)蛋白表達(dá)水平。
2.5.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,正態(tài)計(jì)量指標(biāo)采用x±s表示,組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10的黏均分子量分別為 21.70×104、6.70×104、6.30×104、5.01×104、4.87×104,DD 分別為 83.44%、74.62%、67.28%、64.83%、54.23%。結(jié)果表明,隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng),CTS降解衍生物的黏均分子量減小,DD也相應(yīng)減小。由于DD高的CTS分子內(nèi)氨基和羥基含量較多,易形成較強(qiáng)的氫鍵,不溶于水;且由于氫鍵的存在,CTS分子具有一定規(guī)整性,易形成結(jié)晶區(qū),也使其難溶于水[15]。因此,當(dāng)DD為50%時(shí)CTS具有水溶性,DD>60%時(shí)CTS則不溶于水。綜上,CST-10的DD為54.23%,黏均分子量為4.87×104,具有較好的水溶性;其他CTS降解衍生物的水溶性均相對(duì)較差。
維生素C對(duì)DPPH自由基和O2-自由基的清除能力很強(qiáng),清除率分別為93.89%和100%。在試驗(yàn)范圍內(nèi),CTS、CTS-3、CTS-6、CTS-8、CTS-10對(duì)DPPH自由基和O2-自由基均有一定的清除能力,但相對(duì)于維生素C,其清除能力低很多,其中67.7 μg/mL的CTS-10對(duì)DPPH自由基的清除率為25.47%,22.57 μg/mL的CTS-10對(duì)O2-自由基的清除率為56.31%,表明CTS-10具有一定的抗氧化活性。6種樣品對(duì)DPPH和O2-自由基的清除率-質(zhì)量濃度曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。
圖1 6種樣品對(duì)DPPH和O2-自由基的清除率-質(zhì)量濃度曲線(xiàn)Fig 1 Scavenging rate-mass concentration curves ofsix samples on DPPH and O2-radicals
與正常對(duì)照組比較,模型組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá)均明顯增強(qiáng)(P<0.05);與模型組比較,CTS-10中、高劑量組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá)均明顯減弱(P<0.01)。各組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá)的電泳圖見(jiàn)圖2,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖2 各組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá)的電泳圖Fig 2 Electrophoresis chart of expressions of TNF-α,TGF-β1,Decorin protein in liver tissue of mice in each group
圖3 各組小鼠肝組織中TNF-α、TGF-β1、Decorin蛋白表達(dá)的測(cè)定結(jié)果Fig 3 Determination results of expressions of TNF-α,TGF-β1,Decorin protein in liver tissue of mice in each group
藥物具有二重性,一方面其能夠防病治病,另一方面其也可危害機(jī)體,引起生理、生化功能的紊亂和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生病理改變。抗生素是臨床治療感染性疾病的主要藥物,但長(zhǎng)期大量使用抗生素會(huì)導(dǎo)致胃腸道反應(yīng)、過(guò)敏反應(yīng)、多器官損傷等[16]。鹽酸左氧氟沙星主要用于治療革蘭氏陰性菌引起的炎癥感染,臨床應(yīng)用較廣。自2001年Karim A等[17]報(bào)道首例由左氧氟沙星致肺損傷的病例之后,陸續(xù)有類(lèi)似病例出現(xiàn)。
在肝損傷的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中,肝細(xì)胞線(xiàn)粒體和肝細(xì)胞膜被損傷,產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)并激活TNF-α和TGF-β1,促進(jìn)肝星狀細(xì)胞分泌眾多細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM),導(dǎo)致了肝纖維化的發(fā)生和發(fā)展。Decorin作為ECM的一個(gè)主要組分,在正常肝臟中是微量的,其含量隨纖維化進(jìn)展而穩(wěn)定增加,具有突出的抑制膠原纖維合成以及調(diào)控TGF-β1活性的功能,在TGF-β1功能調(diào)節(jié)中起重要作用。
CTS為甲殼素完全或部分脫乙?;a(chǎn)物,是一種有生物相容性、生物降解性、生物活性且無(wú)毒的高聚物,具有廣泛的開(kāi)發(fā)前景[18]。但是較大黏均分子量的CTS導(dǎo)致其溶解度較低,限制了其在醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)中的應(yīng)用。因此,低黏均分子量CTS的制備引起了人們的關(guān)注。
本研究結(jié)果表明,隨著水解時(shí)間的加長(zhǎng),CTS水解產(chǎn)物的黏均分子量減小,DD也相應(yīng)減小。其中CTS-10的黏均分子量和DD較低,具有較強(qiáng)的抗氧化活性,對(duì)小鼠DILI纖維化有一定的預(yù)防作用。
綜上推測(cè),CTS降解衍生物對(duì)DILI纖維化的預(yù)防作用機(jī)制可能與增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力,抑制TNF-α、TGF-β1和Decorin蛋白的表達(dá)有關(guān)。由于腸道與肝之間有著重要聯(lián)系[19],腸血液回流到門(mén)靜脈,腸道菌群的組成會(huì)影響肝功能;反之,肝通過(guò)膽汁分泌也可影響腸道菌群功能,因此后續(xù)將開(kāi)展腸道菌群與肝損傷的相關(guān)研究。
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Antioxidant Activity and Preventive Effects of Chitosan Degradation Derivatives on Drug-induced Liver Injury Fibosis
ZHANG Di,XING Yu,WANG Yang,KONG Min,LI Xinli
(Dept.of Biotechnology,Dalian Medical University,Liaoning Dalian 116044,China)
R285.5
A
1001-0408(2017)25-3498-04
2016-11-09
2017-01-19)
(編輯:鄒麗娟)
DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.25.12
遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(No.L2016004)
*本科生。研究方向:生物制藥。電話(huà):0411-86110296。E-mail:2711395747@qq.com
#通信作者:講師。研究方向:藥物與腸道微生態(tài)。電話(huà):0411-86110296。E-mail:lixinlibio@163.com