趙娟娟,熊匯竹,劉維維,石 文,何 慧*
(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430070)
撲熱息痛(acetaminophen,APAP)是應(yīng)用最廣泛的解熱鎮(zhèn)痛藥,采用治療劑量時(shí)是安全的,但是急性或蓄積性地過(guò)量使用則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的肝損傷,并有可能進(jìn)一步發(fā)展成肝衰竭[1]。藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究表明,在正常情況下,APAP進(jìn)入體內(nèi)后大部分在肝臟中經(jīng)尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(uridine diphosphatedependent glycosyltransferase,UGT)和磺基轉(zhuǎn)移酶(sulfotransferase,SULT)的作用,分別與葡萄糖醛酸和硫酸結(jié)合后,代謝為無(wú)毒化合物——APAP-葡萄糖醛酸酯和APAP-硫酸鹽,繼而由膽汁和腎臟排出;另有少量在細(xì)胞色素P450酶系的參與下,代謝為毒性物質(zhì)N-乙酰-對(duì)-苯醌亞胺(N-acetyl-p-benzoquinone imine,NAPQI)[2]。在治療劑量下,NAPQI與谷胱甘肽(glutathione,GSH)結(jié)合,形成半胱氨酸衍生物和硫醇尿酸而解毒。若給予過(guò)量的APAP,生成的NAPQI超過(guò)體內(nèi)GSH能處理的量時(shí),可造成機(jī)體內(nèi)NAPQI堆積,NAPQI具有親電性和很強(qiáng)的氧化作用,可與肝細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合,使生物膜系統(tǒng)發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化[3-4],引起肝細(xì)胞壞死[5-7]。此外,APAP致肝損傷的機(jī)制還與氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)有關(guān)。因此,可抑制細(xì)胞色素P450酶活性,減少APAP通過(guò)細(xì)胞色素P450酶的代謝[8-9],增加機(jī)體GSH含量和抗氧化能力,均有緩解或預(yù)防APAP引起的肝損傷的作用[10-12]。水飛薊素是一種有效的抗氧化劑,可通過(guò)保護(hù)肝細(xì)胞膜,促進(jìn)肝細(xì)胞的自我修復(fù)及再生等作用發(fā)揮保肝功效,是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最具肝臟疾病療效的類黃酮物質(zhì)。
本實(shí)驗(yàn)室先前的研究發(fā)現(xiàn),富硒玉米肽(seleniumenriched corn peptides,SeCPs)可以提高機(jī)體GSH的供應(yīng)量,且具有抗氧化活性及保護(hù)肝臟的作用[13],至于SeCPs是否具有拮抗APAP致肝損傷的作用目前鮮有報(bào)道,故本研究采用APAP致小鼠肝損傷模型,通過(guò)考察SeCPs對(duì)代謝APAP各相關(guān)酶指標(biāo)的影響及觀察小鼠肝臟病理學(xué)變化,以期闡明SeCPs對(duì)APAP致肝損傷模型鼠的保護(hù)作用,并分析其可能的作用機(jī)制。
昆明種雄性小鼠,體質(zhì)量(20±2)g,SPF級(jí),購(gòu)于湖北省疾病預(yù)防控制中心實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。許可證號(hào):SCXK(鄂)2011-0012。
富硒玉米通過(guò)在玉米植株葉面噴施硒肥得到,硒含量為2.192 mg/kg;SeCPs實(shí)驗(yàn)室自制(分子質(zhì)量小于5 kDa,肽含量為95.05%,有機(jī)硒含量32.37 mg/kg);堿性蛋白酶(Alcalase 3.0 T,24萬(wàn) U/g) 丹麥諾維信公司;亞硒酸鈉(Na2SeO3,純度≥98%) 德國(guó)Sigma-Aldrich公司;水飛薊素膠囊 德國(guó)馬博士大藥廠;對(duì)乙酰氨基酚片 北京曙光藥業(yè)有限責(zé)任公司;谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、還原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)試劑盒南京建成生物工程研究所;細(xì)胞色素P4502E1(cytochrome P4502E1,CYP2E1)、細(xì)胞色素P4501A2(cytochrome P4501A2,CYP1A2)、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST)、UGT、SULT試劑盒 上海源葉生物技術(shù)有限公司。
ML20型電子天平、FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 梅特勒-托利多(上海)儀器有限公司;TDZ5-W臺(tái)式低速離心機(jī)湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司;Microfuge 20R高速冷凍離心機(jī) 貝克曼庫(kù)爾特商貿(mào)(中國(guó))有限公司;LGJ-12冷凍干燥機(jī) 北京松源華興科技發(fā)展有限公司;Laborota 4000 eきcient旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 德國(guó)Heidolph公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 武漢亨泰達(dá)儀器設(shè)備有限公司;全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀 美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司;MWCO 5 kDa再生纖維素卷式膜包(有效膜面積0.09 m2) 美國(guó)Millipore公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司;AFS-822型原子熒光光度計(jì)北京吉天儀器有限公司;DM3000熒光顯微鏡 徠卡儀器(德國(guó))有限公司。
1.3.1 玉米肽的制備
玉米籽粒磨碎得玉米粉,以1∶13(m/V)的比例加入堿醇液(0.1 mol/L NaOH與體積分?jǐn)?shù)95%乙醇的比例1∶1,V/V),于45 ℃下水浴攪拌提取2 h,離心得上清液,調(diào)pH值至6.3左右,靜置并離心,所得沉淀凍干即為玉米蛋白粉。取適量玉米蛋白粉,按1∶35(m/V)的比例加入蒸餾水,在60 ℃,pH 8.0的條件下用堿性蛋白酶(酶與底物比值為0.6%,m/m)在恒溫加熱磁力攪拌器中酶解4 h。將所得酶解液進(jìn)行超濾,取分子質(zhì)量小于5 kDa的產(chǎn)物,濃縮,冷凍干燥,得SeCPs,硒含量為32.37 mg/kg,保存于干燥器中備用。
1.3.2 動(dòng)物分組及模型的建立
將70 只體質(zhì)量為(20±2)g的昆明種雄性小鼠隨機(jī)分成7 組,每組10 只,分別為正常對(duì)照組、APAP模型組、水飛薊素陽(yáng)性對(duì)照組(50 mg/kg mb)、玉米肽組(corn peptides,CPs。400 mg/kg mb)、亞硒酸鈉組(Na2SeO3,28.36 μg/kg mb)、亞硒酸鈉+玉米肽組(Na2SeO3+CPs,28.36 μg/kg mb+400 mg/kg mb)、SeCPs組(SeCPs,400 mg/kg mb),其中玉米肽組、亞硒酸鈉+玉米肽組及富硒玉米肽組的肽含量相同,亞硒酸鈉組、亞硒酸鈉+玉米肽組及SeCPs組的硒含量相同。各組均以小鼠標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng),自由飲水。室溫25 ℃下適應(yīng)7 d后,開始灌胃,每天灌胃1 次,正常對(duì)照組和模型組每日灌胃等劑量生理鹽水,小鼠每?jī)商旆Q1 次體質(zhì)量,連續(xù)灌胃14 d。于第15天,小鼠禁食12 h,按上述劑量灌胃1次,2 h后,除正常組外其余組均腹腔注射280 mg/kg mbAPAP的水溶液(于40 ℃水浴加熱),正常組小鼠腹腔注射等劑量的生理鹽水。小鼠再禁食12 h后,眼眶取血,脫臼處死后取肝臟做相關(guān)檢測(cè)。
1.3.3 小鼠肝臟指數(shù)的計(jì)算
小鼠肝臟指數(shù)的計(jì)算按照下式進(jìn)行。
1.3.4 小鼠各項(xiàng)生化指標(biāo)的測(cè)定
小鼠血液離心后取上清液,按試劑盒說(shuō)明書操作步驟進(jìn)行AST活力的測(cè)定。小鼠肝臟用生理鹽水制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的肝勻漿,離心取上清液,按試劑盒說(shuō)明書操作步驟進(jìn)行CYP2E1、CYP1A2、GST、UGT質(zhì)量濃度,SULT、GSH-Px活力及GSH含量的測(cè)定。
1.3.5 組織病理學(xué)HE染色觀察
切取小鼠肝臟1 cm3左右,立即用體積分?jǐn)?shù)4%的多聚甲醛溶液固定,進(jìn)行常規(guī)石蠟包埋切片,厚度5 μm,蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色,于熒光顯微鏡下觀察肝組織的變化,并進(jìn)行圖像采集。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件,采用Duncan法進(jìn)行顯著性分析處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以表示,P<0.05表示差異顯著。
肝損傷小鼠因其肝臟腫大,導(dǎo)致肝臟指數(shù)增大,故模型組小鼠的肝臟指數(shù)顯著高于正常對(duì)照組(表1),CPs組、SeCPs組及CPs+Na2SeO3組均可以顯著降低小鼠肝臟指數(shù);水飛薊素陽(yáng)性對(duì)照組及Na2SeO3組小鼠的肝臟指數(shù)雖有所降低,但與模型組相比尚未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。
表1 SeCPs對(duì)小鼠肝臟指數(shù)的影響(n=10)Table 1 Effects of SeCPs on liver index of mice (n= 10)
AST是指示肝損傷的靈敏指標(biāo),在肝細(xì)胞受損時(shí),會(huì)從細(xì)胞內(nèi)溢出進(jìn)入血液,使血液中AST活力大幅度上升,CYP2E1及CYP1A2參與APAP的代謝并生成肝毒性物質(zhì),當(dāng)大量APAP攝入時(shí),機(jī)體的自我保護(hù)作用會(huì)使得肝臟中CYP2E1和CYP1A2的質(zhì)量濃度下降。
圖1 SeCPs對(duì)小鼠血清中AST活力的影響(n=10)Fig. 1 Effects of SeCPs on serum AST activity in mice (n = 10)
圖2 SeCPs對(duì)小鼠肝勻漿中CYP2E1、CYP1A2質(zhì)量濃度的影響(n=10)Fig. 2 Effects of SeCPs on CYP2E1 and CYP1A2 levels in liver homogenate of mice (n = 10)
如圖1、2所示,與正常對(duì)照組相比,模型組小鼠血清中AST活力顯著上升(P<0.05),肝勻漿中CYP2E1質(zhì)量濃度顯著下降(P<0.05),CYP1A2質(zhì)量濃度有所降低,但尚未達(dá)到顯著性水平(P>0.05);相比于模型組,陽(yáng)性對(duì)照物水飛薊素可顯著性降低血清中AST活力及肝勻漿中CYP2E1和CYP1A2的質(zhì)量濃度;CPs組小鼠血清AST活力及肝勻漿中CYP1A2質(zhì)量濃度明顯降低,效果與水飛薊素相當(dāng),但CPs對(duì)CYP2E1的質(zhì)量濃度沒有顯著影響;Na2SeO3顯著降低了血清中AST活力,使肝勻漿中CYP1A2質(zhì)量濃度雖然有所降低,但未達(dá)顯著水平,而對(duì)CYP2E1的質(zhì)量濃度無(wú)顯著影響;CPs+Na2SeO3組可明顯降低小鼠血清AST及肝勻漿中CYP2E1和CYP1A2的質(zhì)量濃度,且效果優(yōu)于CPs組及Na2SeO3組,差異顯著(P<0.05);SeCPs可大幅度降低AST活力以及CYP2E1、CYP1A2質(zhì)量濃度,且對(duì)血清AST活力和肝勻漿中CYP1A2質(zhì)量濃度的降低作用顯著優(yōu)于CPs+Na2SeO3,與其他給藥組相比,SeCPs表現(xiàn)出了最佳的抑制肝毒性物質(zhì)產(chǎn)生的作用。
圖3 SeCPs對(duì)小鼠肝勻漿中GSH-Px活力的影響(n=10)Fig. 3 Effects of SeCPs on GSH-Px activity in liver homogenate of mice (n = 10)
圖4 SeCPs對(duì)小鼠肝勻漿中GST質(zhì)量濃度及GSH含量的影響(n=10)Fig. 4 Effects of SeCPs on GST and GSH levels in liver homogenate of mice (n = 10)
有毒代謝產(chǎn)物NAPQI與GSH的結(jié)合解毒過(guò)程需要GST的催化,而GSH-Px是有效的抗氧化酶,硒是其活性中心。如圖3、4所示,模型組小鼠肝臟中GSH-Px活力及GSH含量較正常對(duì)照組顯著性降低,GST質(zhì)量濃度有所降低,但未達(dá)到顯著水平;與模型組相比,CPs顯著提高了GSH含量及GSH-Px活力,部分提高GST質(zhì)量濃度;Na2SeO3僅顯著性提高了GSH-Px活力,效果優(yōu)于CPs,但沒有達(dá)到顯著性水平,這源于硒是GSH-Px的重要組成部分;CPs+Na2SeO3對(duì)這3 種物質(zhì)均起到了正向調(diào)節(jié)作用,且對(duì)GSH含量的增加顯著性高于Na2SeO3組,對(duì)GSH-Px活力的提升作用顯著性優(yōu)于CPs;SeCPs相比于CPs+Na2SeO3對(duì)這3 種物質(zhì)的正向調(diào)節(jié)作用進(jìn)一步大幅增加(P<0.05)。由此可見,單純補(bǔ)充無(wú)機(jī)硒或CPs,無(wú)法有效提高或只能部分提高機(jī)體排出有毒物質(zhì)NAPQI能力,同時(shí)補(bǔ)充CPs和無(wú)機(jī)硒,可進(jìn)一步提升機(jī)體的解毒能力,而補(bǔ)充SeCPs,其對(duì)機(jī)體解毒能力的提升作用在CPs+Na2SeO3的基礎(chǔ)上又有大幅提升(P<0.05),提示SeCPs中CPs與有機(jī)硒具有協(xié)同保肝作用。
APAP進(jìn)入體內(nèi)后大部分經(jīng)UGT及SULT催化,與葡萄糖醛酸及硫酸結(jié)合,最終以無(wú)毒的酯或鹽的形式排出體外,這兩種酶質(zhì)量濃度或活力的變化將會(huì)影響APAP在體內(nèi)不同代謝途徑處理量。
圖5 SeCPs對(duì)小鼠肝勻漿中UGT質(zhì)量濃度及SULT活力的影響(n= 10)Fig. 5 Effects of SeCPs on UGT content and SULT activity in liver homogenate of mice (n = 10)
由圖5可以看出,模型組小鼠肝臟中UGT質(zhì)量濃度及SULT活力較正常對(duì)照組均顯著下降;而相比于模型組,CPs可顯著性降低小鼠肝臟中UGT質(zhì)量濃度,Na2SeO3對(duì)UGT的質(zhì)量濃度及SULT的活力均無(wú)顯著影響,CPs+Na2SeO3可顯著性降低UGT質(zhì)量濃度及SULT活力,但SeCPs對(duì)這兩種酶的抑制作用較CPs+Na2SeO3又明顯增大,提示SeCPs等可通過(guò)降低UGT質(zhì)量濃度及SULT活力,從而降低APAP在體內(nèi)的代謝。
由圖6可知,正常對(duì)照組小鼠肝臟結(jié)構(gòu)完整,小葉輪廓清晰,肝細(xì)胞索呈明顯的放射狀排列,無(wú)肝細(xì)胞壞死現(xiàn)象,細(xì)胞形狀規(guī)則,核結(jié)構(gòu)清晰可見;模型組小鼠肝臟結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,有明顯的灶狀壞死現(xiàn)象,肝細(xì)胞索排列呈紊亂狀,且細(xì)胞壞死嚴(yán)重;相比于模型組,水飛薊素組小鼠肝組織病理變化得到顯著改善,表現(xiàn)為肝細(xì)胞壞死現(xiàn)象明顯減少,大部分肝細(xì)胞索仍存在,但仍有部分點(diǎn)狀壞死;Na2SeO3組小鼠肝臟病變?nèi)员容^嚴(yán)重,但灶狀壞死面積有所減??;CPs組小鼠肝臟灶狀壞死面積進(jìn)一步減小,肝細(xì)胞壞死現(xiàn)象也得到緩解;CPs+Na2SeO3組小鼠肝臟病變明顯改善,肝細(xì)胞再生明顯,細(xì)胞索紊亂現(xiàn)象減輕,灶狀壞死范圍明顯減小;SeCPs組小鼠肝臟的病理變化僅表現(xiàn)為有輕微的點(diǎn)狀壞死及部分肝細(xì)胞壞死,相比于模型組及其他給藥組,其肝臟情況良好。
圖6 小鼠肝組織HE染色(×200)Fig. 6 HE staining of liver slices of mice (× 200)
近年來(lái),隨著藥物品種的不斷增加,藥物性肝損害的發(fā)生率亦相應(yīng)增加。常見的能引起肝損傷的藥物主要有APAP[14-17]、咪唑硫嘌呤、阿霉素、環(huán)保霉素及抗結(jié)核藥物等[18],而在美國(guó)和英國(guó),APAP過(guò)量是肝損傷最常見的原因[19]。APAP致肝損傷模型被廣泛用于藥物性肝損傷的機(jī)制研究及藥物保肝作用的評(píng)價(jià)[20]。很多研究已經(jīng)表明,一些天然活性產(chǎn)物具有防治藥物性肝損傷的功能作用。本實(shí)驗(yàn)采用APAP致小鼠肝損傷的模型研究SeCPs對(duì)其的防護(hù)作用。研究結(jié)果顯示,小鼠腹腔注射280 mg/kg mb的APAP后,引起嚴(yán)重的肝損傷,而SeCPs可以通過(guò)多種方式拮抗APAP的肝毒性。首先,SeCPs可顯著性降低小鼠肝臟中CYP1A2及CYP2E1的質(zhì)量濃度,而CYP1A2和CYP2E1是代謝APAP產(chǎn)生毒性產(chǎn)物的主要酶系[21]。在嚙齒動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),CYP2E1和CYP1A2基因敲除小鼠對(duì)于APAP肝毒性的耐受明顯高于野生小鼠[22],提示降低CYP2E1和CYP1A2的表達(dá)水平,可減少有毒代謝產(chǎn)物NAPQI的產(chǎn)生,對(duì)于抗APAP的肝毒是有利的。其次,在本研究中,各給藥組相對(duì)于模型組其SULT活力顯著降低,SeCPs組更為顯著,各組UGT質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果也與此相似,即APAP經(jīng)UGT、SULT催化代謝這一途徑被抑制。Yao等[23]研究發(fā)現(xiàn),在大鼠的飼料中摻入表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG),可以降低其肝臟中APAP-葡萄糖醛酸酯的含量,降低幅度達(dá)到42%,即EGCG抑制了APAP致肝損傷大鼠肝微粒體內(nèi)UGT的活性。另外,大鼠進(jìn)食茶多酚后,其盲腸中由微生物產(chǎn)生的能分解APAP-葡萄糖醛酸酯的β-葡萄糖醛酸酶的活性降低[24]。由此推斷,SeCPs可能也發(fā)揮了類似作用,即通過(guò)降低腸中分解APAP-葡萄糖醛酸酯相關(guān)酶的活性,減少APAP在肝腸循環(huán)通路中的重吸收,降低了肝臟中APAP的濃度,從而減小其肝臟毒性。早在20世紀(jì)90年代已有研究表明,阿魏酸通過(guò)增加APAP致肝損傷小鼠體內(nèi)GST活性及GSH含量,起到保肝作用[25],表明此為有效防護(hù)APAP致肝損傷的途徑。乙酰紫堇靈能顯著減少小鼠由APAP引起的肝臟GSH耗竭,降低血中APAP的濃度,其對(duì)肝臟CYP450總量及GST活力有明顯誘導(dǎo)作用,而對(duì)代謝APAP的CYP450同工酶——CYP2E1活力卻有抑制作用,說(shuō)明乙酰紫堇靈對(duì)小鼠APAP肝損傷的防護(hù)作用與其選擇性地調(diào)節(jié)CYP450同工酶,誘導(dǎo)GST,加快機(jī)體對(duì)APAP的解毒代謝作用密切相關(guān)[26]。此外,在APAP引起肝損傷的過(guò)程中,活性氧產(chǎn)生于線粒體,它會(huì)損傷線粒體功能,影響細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo),并促使細(xì)胞死亡,有研究表明,線粒體的靶向抗氧化劑是治療過(guò)量APAP引起肝損傷的有效藥物,將現(xiàn)有的藥物針對(duì)性地用于抵抗氧化應(yīng)激及緩解由活性氧引起的其他并發(fā)癥狀,使其有可能用于過(guò)量服用APAP病人的治療中[27]。而有毒代謝物NAPQI的形成會(huì)使機(jī)體內(nèi)的GSH處于很低的水平,這樣會(huì)大幅度抑制GSH-Px的抗氧化解毒作用[28],因此,增加機(jī)體GST活力及GSH的含量格外重要。本研究中,SeCPs不僅能夠大幅度逆轉(zhuǎn)由過(guò)量APAP引起的GST質(zhì)量濃度及GSH含量下降的現(xiàn)象,還可以顯著性提高GSH-Px的活力,且相比于模型組,其提高幅度高達(dá)48.4%,雖然Na2SeO3也可顯著提高小鼠肝臟中GSH-Px的活力,但效果不及SeCPs,其中有機(jī)硒的貢獻(xiàn)功不可沒,說(shuō)明有機(jī)硒更利于機(jī)體吸收,有更好的生理活性。此外,小鼠肝臟HE染色觀察結(jié)果也顯示,SeCPs可以有效地逆轉(zhuǎn)由APAP引起的肝臟病理變化,佐證了其優(yōu)異的保肝作用。
綜上所述,其一,SeCPs可以降低肝臟中UGT質(zhì)量濃度及SULT的活力,抑制APAP的代謝;其二,SeCPs能有效地降低小鼠肝臟中CYP2E1及CYP1A2的質(zhì)量濃度,減少有毒物質(zhì)的產(chǎn)生;其三,SeCPs可提高GST質(zhì)量濃度及GSH的含量,提高機(jī)體排出有毒代謝物的能力,且其對(duì)GSH-Px活力的提升作用又加強(qiáng)了機(jī)體的抗氧化應(yīng)激能力。故SeCPs是通過(guò)上述3 個(gè)方面的共同作用,有效地保護(hù)肝臟,減弱APAP的肝毒對(duì)機(jī)體的侵害。
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