王綠陽,崔雷鴻,馮江銀,洪秋霞,游美敬,保浩宇,杭蘇琴
鈣敏感受體和膽囊收縮素-1受體介導大豆蛋白水解物對小鼠食欲的影響
王綠陽,崔雷鴻,馮江銀,洪秋霞,游美敬,保浩宇,杭蘇琴
南京農業(yè)大學國家動物消化道營養(yǎng)國際聯(lián)合研究中心/江蘇省消化道營養(yǎng)與動物健康重點實驗室/消化道微生物研究室,南京 210095
【】探究大豆蛋白水解物(soy protein hydrolysate,SPH)對小鼠食欲的影響及其機制,以期從營養(yǎng)角度為豬采食調控技術的研究提供新思路。利用胃蛋白酶水解大豆蛋白產生SPH。首先探究灌胃不同濃度SPH對小鼠短期采食量及十二指腸肽鈣敏感受體(Calcium sensing receptor,CaSR)、G蛋白偶聯(lián)受體93(G protein-coupled receptor 93,GPR93)和肽轉運受體(Oligopeptide transporter 1,PepT1)基因表達的影響;在此基礎上,通過腹腔分別注射CaSR抑制劑NPS2143和外周CCK-1受體(Cholecystokinin-1 receptor,CCK-1R)抑制劑Devazepide,探究SPH是否通過CaSR-CCK- CCK-1R-下丘腦途徑抑制機體采食。灌胃1.5g·kg-1SPH顯著降低小鼠0—1 h采食量(<0.05)、顯著提高十二指腸的表達(<0.05);與SPH組相比,SPH+NPS2143組小鼠0—1 h采食量升高,血液CCK水平降低,且均與對照組無差異(0.05<<0.5)。同時,SPH顯著降低小鼠0-1 h胃排空速率,顯著提高下丘腦厭食神經因子POMC的基因表達(<0.05),而SPH+Devazepide組這種作用消失。但灌胃SPH對小腸傳輸速率和下丘腦促食相關因子NPY(Neuropeptide Y)和AgRP(Agoutirelated peptide)的基因表達均無影響。十二指腸CaSR介導SPH促進CCK分泌,并通過外周CCK-1R延緩胃排空速率、提高下丘腦厭食神經因子POMC(Pro-opiomelanocortin)的基因表達來抑制食欲。
大豆蛋白水解物;采食;鈣敏感受體;膽囊收縮素;CCK-1受體;下丘腦
【研究意義】與其他營養(yǎng)素相比,日糧蛋白質更易引起機體的飽腹感[1];且高蛋白飲食能夠抑制機體采食并降低體重,這可能與胃腸道對蛋白質降解產物的感應有關[2]?!厩叭搜芯窟M展】研究表明,十二指腸及空腸前端分布的內分泌I細胞分泌的CCK(cholecystokinin)是重要的內源性飽感激素,它能夠抑制胃排空、抑制膽囊收縮等,并作為腦腸肽通過外周CCK-1受體(CCK-1 receptor,CCK-1R)將信號傳至下丘腦而抑制機體采食[3]。體內外研究表明蛋白水解物能夠有效地刺激縮膽囊素分泌。CUBER等對豬十二指腸在體灌注酪蛋白水解物,發(fā)現(xiàn)豬血液CCK水平迅速升高[4];此外酪蛋白水解物可刺激內分泌細胞系STC-1細胞分泌CCK[5]。據(jù)報道,胃腸道內分泌細胞(enteroendocrine cells,EECs)表達眾多G蛋白偶聯(lián)型受體(G protein-coupled receptors,GPCRs),負責感應和識別日糧營養(yǎng)素而介導胃腸激素的分泌,調節(jié)機體采食[6]。其中感應受體鈣敏感受體(Galcium sensing receptor,CaSR)和G蛋白偶聯(lián)型受體93(G protein-coupled receptor 93,GPR93)可介導蛋白水解物刺激STC-1細胞分泌CCK[7]。此外,位于腸上皮細胞的寡肽轉運體PepT1(oligopeptide transporter 1,PepT1)也可間接介導蛋白水解物刺激STC-1細胞分泌CCK[8]。但這些研究大多集中于細胞試驗,而體內的研究很少。【本研究切入點】大豆蛋白是飼料蛋白質的主要來源之一。機體進食大豆蛋白后,首先經胃蛋白酶初步消化再進入小腸被感應、消化和吸收,而大豆蛋白對采食的影響及調控機制目前還不清楚。【擬解決的關鍵問題】本研究選用經胃蛋白酶水解的大豆蛋白-即大豆蛋白水解物(soy protein hydrolysate,SPH),作為大豆蛋白在體內的生理形式,以小鼠為模型探究SPH對小鼠食欲的影響及其機制。
試驗于2018年10—12月于南京農業(yè)大學動物試驗基地進行。每次試驗結束小鼠恢復一周。
選取若干只8周齡體重相近(39.79 ± 0.23 g)的雄性ICR小鼠,單籠飼養(yǎng),鼠房溫度(25 ± 2)℃,保持12 h光照循環(huán);自由采食飲水,提供嚙齒動物標準顆粒料。飼養(yǎng)標準符合我國《實驗動物管理條例》。小鼠及顆粒料均購自南京市青龍山動物繁殖中心。
根據(jù)KIM[9]的描述,將大豆分離蛋白(soybean protein isolate,SPI)(貨號:S9510,索萊寶)溶于去離子水(10 %,w/v),用2 mol·L-1的HCl調節(jié)pH= 2.0。加入豬胃蛋白酶(貨號:P8160,索萊寶)(1%,w/v),于37℃恒溫持續(xù)攪拌1 h,最后用2 mol·L-1NaOH溶液調節(jié)pH = 7.0終止酶解反應。將水解物置于-20℃冷凍24 h,用真空冷凍干燥機(型號:Alpha 1-2LDplus,德國CHRIST)凍干得到SPH固體粉末。SPH固體粉末可完全溶于生理鹽水。
抑制劑NPS2143(HY-10007)和Devazepide(HY-106301)均購自MedChem Express(中國,上海)。
1.4.1 試驗一:灌胃不同濃度SPH對小鼠采食的影響 試驗時間線如圖1-A所示。選取體重相近的小鼠隨機分為4組(n = 8),分為對照組(生理鹽水)、SPH 0.5 g·kg-1組、SPH 1.0 g·kg-1組和SPH 1.5 g·kg-1組[10]。研究上午10:00禁食,下午18:00分別灌胃2 mL生理鹽水和0.5/1.0/1.5 g·kg-1SPH。分別于18:30、19:00、20:00和22:00測定0.5/1.0/2/4 h采食量。根據(jù)采食量結果確定顯著降低小鼠采食的SPH濃度,用于后續(xù)灌胃試驗。
1.4.2 試驗二:SPH對小鼠十二指腸氨基酸感應/轉運受體表達的影響 禁食和灌胃的時間點與試驗一相同。根據(jù)試驗一的結果,選取體重相近的小鼠隨機分為2組(n = 8),分別灌胃2 mL生理鹽水和1.5 g·kg-1SPH。1 h后頸椎脫臼處死,采集十二指腸黏膜檢測感應受體的基因表達。
1.4.3 試驗三:CaSR抑制劑對小鼠采食的影響 試驗時間線如圖1-B所示。選取體重相近的小鼠隨機分為4組(n = 8),分為對照組(生理鹽水)、NPS 2143組(20 mg·kg-1)、SPH(1.5g·kg-1)組和SPH(1.5g·kg-1)+ NPS 2143組(20 mg·kg-1)。NPS 2143溶于生理鹽水,并加入5 %二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)助溶[11]。上午10:00禁食,下午17:30對其中兩組灌胃100 μL生理鹽水,另外兩組灌胃100 μLNPS 2143溶液。18:00對灌胃NPS 2143兩組中的一組灌胃2 mL生理鹽水,另一組灌胃2 mL 1.5 g·kg-1SPH;灌胃生理鹽水的兩組也如此。灌胃后于18:00—19:00通過頜下靜脈每15 min進行采血,血液收集至含有20 μL1% EDTA(v/v)的無菌1.5 mL離心管中,4 °C、3 500×離心10 min,取上清用于后續(xù)CCK濃度的測定;并于18:30、19:00、20:00和22:00測定0.5/1.0/2/4 h采食量。
1.4.4 試驗四:CCK-1受體抑制劑對小鼠采食的影響 試驗時間線如圖1-B所示,選取體重相近的小鼠隨機分為4組(n = 8),分為對照組(生理鹽水)、Devazepide組(600 μg·kg-1)、SPH(1.5g·kg-1)組和SPH(1.5g·kg-1)+ Devazepide組(600 μg·kg-1)。Devazepid溶于生理鹽水,并加入3 % DMSO助溶[12]。上午10:00禁食,下午17:30對其中兩組灌胃100 μL生理鹽水,另外兩組腹腔注射100 μL Devazepid溶液。其他試驗操作同試驗三。
1.4.5 試驗五:CCK-1受體抑制劑對小鼠胃排空、小腸傳輸和下丘腦食欲相關因子表達的影響 禁食和灌胃的時間點與試驗三相同。試驗時間線如圖1-C所示,選取體重相近的小鼠隨機分為3組(n=8),分為對照組(生理鹽水)、SPH(1.5g·kg-1)組和SPH(1.5g·kg-1)+ Devazepide組(600 μg·kg-1)。上午10:00禁食,下午17:30對前兩組腹腔注射100 μL生理鹽水,最后一組腹腔注射100 μL Devazepide溶液。18:00對第一組小鼠灌胃2 mL生理鹽+ 0.05 %酚紅(w/v),后兩組小鼠均灌胃2 mL SPH + 0.05 %酚紅。30 min后進行頸椎脫臼處死,5 min內完整地取出胃腸組織置于4 ℃冰墊上。根據(jù)SHIN等的描述[13],將胃剪碎放入5 mL 0.01 mol·L-1NaOH溶液中震蕩搖勻,并加入1 mL20 %三氯乙酸,1 050×離心10 min,取0.05 mL上清加入0.2 mL 0.5 mol·L-1NaOH,于560 nm測定吸光值,胃排空速率(%)=(1-胃殘留量/初始量)×100;取小腸并沿中線剪開,從十二指腸滴加0.01mol·L-1NaOH溶液,測量顯色部位到十二指腸前端的距離,小腸傳輸速率(%)=(1-顯色部位長度/小腸全長)×100;5 min內將腦從小鼠頭骨中取出置于4 ℃冰墊上,根據(jù)小鼠腦的解剖結構識別下丘腦區(qū)域[14],利用無菌刀片分出下丘腦區(qū)域迅速凍存于液氮,用于食欲相關因子表達的測定。
1.5.1 血清CCK濃度測定 嚴格按照小鼠CCK ELISA試劑盒(南京奧青)說明書檢測血清中CCK的濃度。CCK試劑盒檢測濃度范圍為10—200 ng·L-1,批次間變異系數(shù) < 15%,批次內變異系數(shù) < 9%。
1.5.2 十二指腸氨基酸感應/轉運受體和下丘腦食欲相關基因的表達分析 按照Trizol法(TaKaRa,中國大連)提取總RNA,利用反轉錄試劑盒Prime ScriptTMRT Master Mix(RR036A,TaKaRa,中國)將1 μg RNA反轉錄為cDNA。用StepOne-Plus定量PCR儀(Thermo Scientific,USA)及StepOne軟件(version 2.2.2,Applied Biosystems)進行熒光定量。PCR反應體系(20 μL):SYBR Premix 10 μL,上、下引物分別為0.4 μL,ROX Reference Dye(50×)0.4 μL,無RNA酶水6.8 μL,cDNA2 μL。PCR條件為 95 ℃ 30 s,95℃ 5 s,60 ℃ 30 s 40個循環(huán),95 ℃ 15 s,60 ℃ 1 min,95 ℃ 15 s。每個樣品3個重復。測定十二指腸、和肽轉運體;下丘腦厭食神經因子()和促食神經因子(和)。引物序列詳見表1。
數(shù)據(jù)用Excel 2010進行初步分析后,采用SPSS 23.0單因素方差分析模型(one-way ANOVA)中的Tukey test進行多重比較,< 0.05代表差異顯著。結果均以平均數(shù)± 標準誤表示。
如圖2所示。灌胃1.5 g·kg-1SPH顯著降低小鼠0—1 h采食量(< 0.05),但對0—2和0—4 h的采食量沒有影響,因此選取1.5 g·kg-1的濃度進行后續(xù)灌胃試驗。此外,1.5 g·kg-1SPH顯著提高小鼠十二指腸的表達(< 0.05),但對感應受體和肽轉運體的表達無影響。
圖1 試驗時間線
Control:生理鹽水;SPH:大豆蛋白水解物;“*”表示Control vs SPH且差異顯著(P<0.05);不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同
表1 熒光定量PCR引物序列
如圖3所示。與對照組相比,SPH組小鼠0—1 h采食量顯著降低,血液15 min時的CCK水平顯著提高(< 0.05);而SPH + NPS2143組0—1 h采食量高于SPH組(= 0.365),且與對照組無差異(= 0.282),并伴隨15 min時血液CCK水平的顯著降低(<0.05)(圖3-A,B)。進一步通過曲線下面積(area under the cure,AUC)分析結果表明,SPH組1 h內血液CCK分泌的總水平顯著高于對照組(< 0.05),且雖然也高于SPH + NPS2143組,但差異不顯著(= 0.255)(圖3-C)。上述結果表明CaSR參與介導SPH抑制小鼠采食和CCK分泌。
圖3 CaSR抑制劑對小鼠采食和CCK分泌的影響
如圖4所示。與對照組相比,SPH組0—1和0—2 h采食量顯著降低,而SPH + Devazepide組0—1和0—2 h采食量顯著高于SPH組(< 0.05),且與對照組無差異(圖4-A);同時,SPH組顯著降低小鼠0—1 h胃排空速率(< 0.05),而對小腸蠕動速率沒有影響,而SPH+Devazepide組胃排空速率顯著高于SPH組(< 0.05),且與對照組無差異(圖4-B,C)。此外,灌胃SPH顯著提高下丘腦厭食神經因子的表達(< 0.05),而注射Devazepide后這種作用消失;但SPH對促食神經因子和的表達均無影響(圖4-D)。上述結果表明SPH抑制小鼠食欲是通過刺激分泌的CCK作用于外周CCK-1受體而抑制胃排空,并提高下丘腦厭食神經因子表達實現(xiàn)的。
研究表明蛋白水解物能抑制機體采食,Sufian等[18]灌胃豬肉蛋白水解物能顯著抑制大鼠0—1 h的采食。同樣地,本研究顯示灌胃1.5 g·kg-1SPH顯著降低小鼠0—1 h采食量,但對0—2和0—4 h的采食量無影響,這表明SPH可抑制小鼠食欲。β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin,7S)和大豆球蛋白(glycinin,11S)是大豆蛋白的主要成分[19]。研究表明十二指腸灌注經胃蛋白酶水解后的7S蛋白而非完整的大豆蛋白,能顯著降低大鼠采食量[10],這表明SPH中抑制采食的主要成分可能是水解后的7S蛋白。進一步研究發(fā)現(xiàn)7S中富含精氨酸的β51-63肽(Val-Arg-Ile-Arg-Leu-Leu- Gln-Arg-Phe-Asn-Lsy-Arg-Ser)是抑制食欲的關鍵活性肽[20]。
灌胃的SPH能夠首先進入十二指腸并被該部位的營養(yǎng)感應受體所識別,同時十二指腸也是分泌CCK的主要部位,因此筆者進一步檢測了十二指腸肽感應/轉運受體的基因表達。結果顯示感應受體的表達顯著提高,這提示CaSR可能是介導SPH抑制小鼠采食的關鍵受體。CaSR既可以感應L-氨基酸(L-苯丙氨酸和L-色氨酸)[21],也可以感應γ-Glu-Cys- Gly[22]、多聚-L- Lys[23]等不同分子量的多肽。但是對于蛋白水解物而言(包括肉蛋白、酪蛋白等),CaSR主要感應其中分子量大于500Da的肽,而非游離氨基酸或二/三肽等[5]。這也提示CaSR可能主要感應SPH中的7S蛋白而抑制采食。但目前為止并無研究明確蛋白水解物中特異性激活CaSR的多肽序列。而灌胃SPH對和的表達無影響。研究表明STC-1細胞可被蛋白水解物激活促進和的表達,并提高CCK基因的轉錄和CCK的分泌[7-8];但以上這些研究均在細胞層面被證明,而體內環(huán)境的復雜多樣可能是導致差異結果的原因。
Devazepid:CCK-1R抑制劑;“#”表示SPH vs SPH+Devazepid,且差異顯著
前一部分已證明SPH抑制小鼠采食的同時,提高了十二指腸的表達,因此筆者進一步通過腹腔注射CaSR特異性抑制劑NPS2143探究CaSR是否在SPH抑制小鼠采食中發(fā)揮關鍵作用。結果表明,SPH+NPS2143組0—1 h采食量高于SPH組且與對照組無差異,這表明抑制CaSR能夠降低SPH對采食的抑制作用。研究表明CaSR可介導蛋白水解物刺激STC-1細胞分泌CCK[5];此外用酪蛋白水解物刺激由CaSR-/-小鼠分離得到的I細胞,發(fā)現(xiàn)其分泌CCK的能力顯著降低[24]。由此推測CaSR可能參與介導SPH刺激CCK的分泌而抑制小鼠采食。結果表明SPH組15 min 時血液CCK水平顯著高于對照組;而SPH + NPS 2143組血液CCK水平在15 min時顯著低于SPH組。同時SPH組0—1 h CCK分泌的總水平顯著高于對照組,而SPH+NPS2143組低于SPH組但差異不顯著,這表明CaSR參與介導SPH刺激CCK的分泌。研究表明,蛋白水解物激活的CaSR一方面能通過cAMP促進PKA及CREB(cAMP-response element binding protein,CREB)轉錄因子的磷酸化,激活CCK基因啟動子來促進CCK的轉錄[3];另一方面通過信號分子PLC及電壓門控鈣離子通道(voltage-gated calcium channel,VGCC)等通道,提高胞內Ca2+水平而促進CCK的分泌[25]。
作為主要的飽感激素,CCK主要在進食后的短時間內分泌來發(fā)揮抑制食欲的作用[26]。本研究中血液CCK水平在15 min時達到最高,這也可以部分解釋為什么僅0—1 h的采食量顯著降低。此外CaSR抑制劑并沒有完全抑制SPH所引起的CCK分泌,這表明除了CaSR以外可能還存在其他調控通路介導SPH刺激CCK的分泌。研究表明腸黏膜能夠分泌一種腸腔CCK釋放因子(luminal CCK-releasing factor,LCRF),它可直接作用于分泌CCK的細胞,并通過L-型鈣離子通道增加細胞內Ca2+濃度而促進CCK分泌[27]。
CCK抑制食欲的作用主要由外周CCK-1受體介導,且該信號能夠通過迷走神經傳入下丘腦并整合轉變?yōu)椴墒车闹噶頪28]。因此筆者進一步腹腔注射CCK-1R特異性抑制劑Devazepide,探究SPH刺激分泌的CCK如何抑制小鼠采食。結果表明SPH顯著降低小鼠0—1 h的胃排空速率,而這種作用在SPH+ Devazepide組消失,這表明CCK可通過外周CCK-1R延緩胃排空速率而抑制食欲。RAYBOULD等[29]發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)素刺激CCK分泌而抑制胃排空主要是通過激活迷走神經來實現(xiàn)的,進一步的研究揭示了這一過程,主要包括CCK通過迷走神經CCK-1R將信號傳至孤束核,激活兒茶酚胺、膽堿能等抑胃神經信號并通過迷走傳出神經傳至肌間神經叢而抑制胃平滑肌收縮[30]。
進一步檢測下丘腦攝食相關因子的表達發(fā)現(xiàn)SPH組厭食神經因子阿黑皮素原(pro‐opiomelanocortin,POMC)的表達顯著提高,而SPH+Devazepide組與對照組的表達無變化,這表明CCK可通過CCK-1受體將信號傳至下丘腦,并通過提高的表達產生厭食效應而抑制采食。大量研究表明POMC與食欲調節(jié)相關,F(xiàn)AN等[31]發(fā)現(xiàn)CCK可通過調節(jié)下丘腦POMC神經元降低小鼠采食;此外家兔飼喂高蛋白日糧可顯著提高十二指腸CCK及下丘腦弓形核POMC的表達[32]。但是本研究中促食相關因子神經肽Y(neuropeptide Y,NPY)和野鼠相關肽(agouti- related peptide,AgRP)的表達均無顯著變化。研究表明,NPY的表達主要隨機體對能量需求的增強而升高[33]。在本試驗中小鼠可自由獲取食物,沒有產生明顯饑餓感,這可能導致灌胃SPH沒有顯著影響NPY基因的表達。
大豆蛋白水解物能激活十二指腸鈣敏感受體,刺激縮膽囊素分泌,抑制采食;主要通過外周縮膽囊素-1受體形成迷走神經回路,延緩胃排空速率,并提高了下丘腦厭食神經因子POMC的表達,共同抑制采食。
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Effects of CaSR and CCK-1R Mediated Soybean Protein Hydrolysate on Appetite Using Mouse
WANG LüYang, CUI LeiHong, FENG JiangYin, HONG QiuXia, YOU MeiJing, BAO HaoYu, HANG SuQin
National Center for International Research on Animal Gut Nutrition/Jiangsu Key Laboratory of Gastrointestinal Nutrition and Animal Health/Laboratory of Gastrointestinal Microbiology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095
【】The study aimed to investigate the effects and mechanisms of soy protein hydrolysate (SPH) on the appetite in mice, so as to provide the new frame work guidelines for strategies towards manipulating feed intake in pigs.【】In this study, the pepsin was used to hydrolyze soy protein to produce SPH. Firstly, the effects on short-term feed intake and the expressions of duodenal peptide sensing receptors calcium sensing receptor (CaSR), G protein-coupled receptor 93 (GPR9)3 and oligopeptide transporter 1 (PepT1) were investigated by intragastrically different concentrations of SPH in mice. Based on this, the CaSR inhibitor NPS2143 and the peripheral cholecystokinin-1 receptor (CCK-1R) inhibitor Devazepide were intraperitoneally injected, respectively, to investigate whether SPH inhibited feed intake by the CASR-CCK-CCK-1R-hypothalamus pathway.【】The amount of 1.5g·kg-1SPH reduced the 0-1 h feed intake (<0.05), and increased theexpression (<0.05). Compared with SPH group, the feed intake of SPH+NPS2143 group were increased at 0-1 h, and the plasma CCK levels were decreased, and there were no differences from the control group (0.05<<0.5). Meanwhile, SPH reduced 0-1 h gastric emptying rate and increased the expression of hypothalamus anorexia nerve factor pro-opiomelanocortin (POMC) (<0.05), while the effects disappeared in SPH+Devazepide group. However, SPH had no effect on the small intestine transit rate or the expression of the hypothalamic food-promoting factors neuropeptide Y (NPY) and agouti related peptide (AgRP).【】CaSR mediated SPH to promote CCK secretion, delayed gastric emptying rate through the peripheral CCK-1 receptor, and improved the expression of hypothalamic anorexia nerve factor POMC to suppress appetite.
soy protein hydrolysate; food intake; calcium sensing receptor; cholecystokinin; CCK-1 receptor; hypothalam
10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.015
2020-12-24;
2021-05-13
國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”項目)(2013CB127301)、南京農業(yè)大學校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃(202017YX04)
王綠陽,Tel:18168080743;E-mail:2018105079@njau.edu.cn。通信作者杭蘇琴,E-mail:suqinhang69@njau.edu.cn
(責任編輯 林鑒非)