科研| INT J BIOL MACROMOL:代谢组学研究夏枯草多糖的降血脂活性(国人佳作)

编译:Winifred,编辑:谢衣、江舜尧。

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导读

夏枯草多糖(PVP)具有多种生物学活性,但其抗高血脂作用的机制和程度至今未研究清楚。本研究发现PVP对血管紧张素(Ang II)诱导的血管平滑肌细胞(VSMC)增殖具有明显的体外抑制作用。此外,本研究建立了基于气相色谱-质谱(GC-MS)和化学计量学的代谢组学方法,以评估高脂大鼠模型中PVP的抗高血脂活性。体内研究表明PVPs可以显着降低大鼠的体重增加,并在喂食高脂饮食的大鼠中观察到血清总胆固醇(TC),低密度脂蛋白(LDL)-C和非高密度脂蛋白(HDL)-C的升高。同时,PVPs还可以显着增加大鼠血清GSH-Px活性,降低MDA和TNF-α的含量,并减少大鼠腹部脂肪量。此外,PVP对高脂饮食的高脂血症大鼠肝脏组织细胞的形态和结构损伤具有修复作用。PVP改善了大鼠脂质代谢紊乱。因此,研究者得出结论PVP可能通过抗脂质过氧化作用,减轻炎症和调节葡萄糖,氨基酸,能量和脂质代谢而发挥抗高脂血的活性。

论文ID

原名:GC-MS-based metabolomics research on theanti-hyperlipidaemic activity of Prunella vulgaris L. polysaccharides
译名:气相色谱-质谱联用研究夏枯草多糖的降血脂活性
期刊:International Journal of Biological Macromolecules
IF:4.784
发表时间:2020年5月
通讯作者:廖端芳;夏伯候;林丽美
作者单位:湖南中医药大学药学院;湖南省中药资源保护与利用协同创新中心

实验设计

实验结果

1  PVPs的理化性质和结构特征

研究者首先检测了PVPs的组成成分并分析了其单糖组成(图1,2,表1)。

表1 PVP的成分含量及单糖组成

图1 PVP的红外光谱

图2 PVP单糖组成的HPLC检测

2  PVPs对血管紧张素II诱导的体外细胞增殖抑制作用

血管平滑肌细胞的异常增殖是高脂血症及其导致的动脉粥样硬化的关键疾病过程。因此,抑制这种病理变化对于高脂血症和动脉粥样硬化的预防和治疗具有重要意义。通过血管紧张素 II诱导建立血管平滑肌细胞增殖模型,MTT法检测细胞增殖,以反映PVPs对血管平滑肌细胞异常增殖的抑制作用。结果如图3A所示,PVPs对血管平滑肌细胞无细胞毒性,如图3B所示,血管紧张素 II 可导致细胞增殖增加,使用PVPs处理后可显著降低细胞的增殖活性,且呈剂量依赖性

图3 PVP对血管紧张素II诱导的细胞增殖抑制作用

3  PVP的体内抗高血脂活性

3.1  PVP可以有效控制大鼠肥胖

使用CT检测大鼠腹部脂肪含量,结果如图4、5所示,培养5周后模型组大鼠腹部脂肪(绿色区域)显著增加,说明造模成功。药物干预10周后与模型组相比,PVP多糖处理组及阳性对照组大鼠的腹部脂肪显著减少,说明PVP可以有效控制大鼠肥胖

图4 大鼠腹部脂肪(绿色区域),A.对照组B.模型组C.阳性对照组D.PVP处理组

图5 PVP对高脂模型大鼠腹部脂肪的影响

3.2  PVP显著降低了高脂血症大鼠的体重增加

研究人员继续研究了PVP对高血脂大鼠的体重、进食量及器官系数的影响。结果如表2所示,与模型组相比,PVP处理组与阳性对照大鼠的最终体重显著降低,但进食量却无明显差异。体重及食物摄入量与体内碳水化合物、蛋白质和脂质的代谢密切相关,因此研究人员推测这可能与PVP抑制脂肪形成有关

表2 PVPs对高血脂大鼠的体重、进食量的影响

3.3  PVPs对高脂血症大鼠血脂水平的影响

如表3所示,模型组大鼠血清中总胆固醇(TC)、三酰基甘油(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、非高密度脂蛋白胆固醇(non-HDL-C)的含量明显高于对照组),而PVP处理组与模型组相比,TC,LDL-C及non-HDLC水平显著下降。

表3 PVPs对高脂血症大鼠血脂水平的影响

3.4  PVPs对高脂血症大鼠GSH-Px,SOD, MDA和TNF-α水平的影响

ELISA法检测血清中丙二醛(MDA),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px),超氧化物歧化酶(SOD)和肿瘤坏死因子(TNF-α)水平。结果如图6所示,与对照组相比,模型组大鼠血清中的SOD含量显著降低,MDA和TNF-α含量显著增加(p< 0.01)。与模型对照组相比,阳性对照组和PVP处理组组血清GSH-Px活性均显著升高,PVP组显著降低了MDA和TNF-α水平)。因此,研究者推断PVP可能是通过提高GSH-Px活性,降低MDA、TNF-α水平,同时减少抗脂质过氧化反应减少炎症,从而达到治疗大鼠高血脂的效果

图6 PVPs对高脂血症大鼠GSH-Px,SOD, MDA和TNF-α水平的影响

3.5  肝脏组织学分析

在高脂饮食10周后,进行肝脏组织分析。HE染色结果如图7所示。对照组大鼠肝小叶结构完整的肝索排列整齐,以中央静脉为中心。肝细胞中央细胞核大而圆,无纤维组织增生。模型组大鼠肝细胞紊乱,肝内脂滴较多,主要分布在中央静脉血管附近,部分肝细胞水肿,无炎性细胞浸润,肝纤维化。PVPs对高脂饮食引起的高脂血症大鼠肝组织细胞损伤的修复作用表现为肝细胞边界改变、肝脂肪变性减少、肝索正常。

图7 肝脏组织学分析 (A-B) 对照组;(C-D) 模型组; (E-F)阳性对照组p; (G-H)PVP处理组

4  基于GC-MS的高脂大鼠的代谢组学分析

4.1  总离子色谱分析

气相色谱与质谱联用法检测大鼠血清的总离子色谱图(图8),分析结果显示,在大鼠血清中检测到42种内源性代谢物(表4)。

图8 总离子图谱A模型组B对照组C PVP处理组D 洛伐他汀阳性对照组

表4 血清中的主要差异代谢物

4.2  多元统计分析

主成分分析(PCA)是一种无监督模式识别分析方法,直观地显示在多维空间样本之间的差异。如图9-a所示,正常组、高脂血症模型组、pvp处理组、洛伐他汀阳性组的代谢表型在PCA模型上存在明显差异,表明在血清代谢指纹图谱存在差异。同时,质控样品被紧凑地分布在每组的中心,表明仪器的稳定性良好。为了更好地对这四组大鼠的血清代谢谱进行分类,并研究潜在的代谢标志物,需要采用多变量模式识别方法。

采用PLS-DA方法对数据进行分析。PLS-DA通过建立类别间的数学模型来实现样本间的最大分离。解释能力参数(R2Y)和建立模型的预测能力参数(Q2)分别为0.89042和0.79827,这表明该模型具有良好的差别和预测程度。从图9-b所示的PLS-DA评分图中可以看出,模型大鼠血清内源性代谢物与正常大鼠血清内源性代谢物相比有显著变化。PVP处理组和洛伐他汀阳性对照组大鼠血清代谢谱趋向于对照组大鼠。

图9  PCA-X 得分图(a)和 PLS-DA 得分图(b),(●)对照组 (■)模型组 (▲)PVP处理组 (◆) 阳性对照组(★)QC组

4.3  确定潜在的代谢标记

将对照组与模型组、PVP处理组分别与模型组进行正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)。正常对照组的评价指标和模型对照组R2Y = 0.96094和Q2 = 0.87294,而评价指标的PVP组和模型组是R2Y = 0.9834和Q2 = 0.992933,表明该模型的品质是很不错的。如OPLS-DA评分图(图10)所示,根据OPLS-DA模型的VIP值筛选差异代谢物,并认为VIP > 1的变量在分类中起关键作用。根据显著性差异(VIP > 1.0和p < 0.05)选择有意义的鉴别代谢物,代谢物的相对水平以折变计算(表4),通过HMDB数据库识别与这些变量相关的结构。

如表4所示,与正常对照组相比,高脂血症模型大鼠血清中缬氨酸、丙氨酸、尿素、苏氨酸、琥珀酸、脯氨酸、肌醇、反式9-十八烯酸、花生四烯酸水平明显升高。这9种物质被认为是高脂血症大鼠血清中潜在的代谢标志物。这些代谢标志物大多与三羧酸(TCA)循环、糖代谢、氨基酸代谢和脂代谢有关。这些因素可能会改变的内容由于柠檬酸循环障碍,糖代谢、氨基酸代谢和脂类代谢的老鼠

与模型组比较,pvp处理组有7个变量符合VIP> 1标准;丙氨酸、苏氨酸、琥珀酸、脯氨酸、纤维蛋白和花生四烯酸含量显著降低,而花生四烯酸含量显著降低。果糖的增加。与获得的高脂血症模型生物标志物相比,治疗后纠正了6个代谢物的变化。药物治疗组的代谢标志物的变化表明,PVPs改善了大鼠的代谢紊乱,其主要通过调节体内部分氨基酸和游离脂肪酸来调节脂质。

图10 OPLS-DA得分图,(●) 模型组 (■) 对照组(▲)PVP处理组

讨论

在本研究中,研究人员发现PVPs可降低高脂血症大鼠的血脂,且无任何毒性作用,并推测PVPs可能通过抗脂质过氧化作用、消炎作用、调节糖代谢、氨基酸代谢、能量代谢、脂代谢等来干预高脂血。PVPs具有开发抗高脂血症药物的潜力,并为心血管疾病的预防提供基础依据,但具体的作用途径和机制还有待进一步研究。

评论

近年来,全球高脂血症患者数量不断增加,高脂血症已成为危害人类健康的疾病之一。据报道,天然植物中存在的多糖等功能成分具有较好的降血脂作用。夏枯草多糖(PVPs)是夏枯草的主要活性成分之一。本实验采用酶提法提取水溶性PVPs,工艺简单温和。纤维素酶是用来专门降解纤维素和破坏植物细胞壁,以实现完全溶解的细胞内多糖。该方法不仅减少了夏枯草多糖的损失,而且完成了药物与食品的整合,保证了夏枯草多糖的安全性和生物活性,体现了绿色安全的药物与食品的优越性。

代谢组学是一种新兴的组学方法,在系统生物学研究中得到了广泛应用。本实验采用GC-MS结合模式识别方法和统计分析技术对大鼠血清内源性代谢进行研究,发现了9种相关代谢物。代谢物标志物分析发现,高脂大鼠脂肪代谢、能量代谢、氨基酸代谢、葡萄糖代谢均存在不同程度的紊乱。PVPs处理组高脂大鼠血清整体代谢水平趋于正常,PVPs可部分调节上述代谢标志物,使其向正常水平调整,可显著改善观察到的失衡。因此,PVPs干预了高脂血症模型大鼠的发病过程,它们的作用可能主要与改善氨基酸代谢、脂质代谢、能量代谢和葡萄糖代谢有关。

原文网址:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0141813020331482

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