于少朋,曾 銳,韓 珍,曾元蓮,楊 玲,瞿 燕,秦旭華*
1.成都中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,四川 成都 611137
2.西南民族大學(xué)藥學(xué)院,四川 成都 610041
秦艽為龍膽科龍膽屬Gentiana(Tourn.) L.秦艽組(Sect.Cruciata Gaudin)多年生草本植物的干燥根,《中國(guó)藥典》2020年版規(guī)定其法定來(lái)源為植物秦艽Gentiana m acrophyllaPall.、麻花秦艽G.stramineaMaxim.、粗莖秦艽G.crassicaulisDuthie ex Burk.或小秦艽G.dahuricaFisch.。其中粗莖秦艽主要分布于四川、貴州、云南、西藏等海拔2700~3800 m 的高山草甸、山坡草地、灌叢及林緣中,為中國(guó)西南地區(qū)秦艽的代表品種,也是人工種植和市場(chǎng)流通規(guī)模較大的品種[1]。秦艽始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》列為中品,至今已有2000 多年的藥用歷史。秦艽是重要的中藥,也是藏、蒙和彝等多民族用藥,具有祛風(fēng)濕、清濕熱、止痹痛、退虛熱的功效,中醫(yī)用于治療風(fēng)濕痹痛、中風(fēng)半身不遂、筋脈拘攣,黃疸等證[2]。目前認(rèn)為秦艽的抗炎、抗風(fēng)濕活性成分主要集中在其環(huán)烯醚萜類(lèi)、黃酮類(lèi)及三萜類(lèi)等成分,其他成分研究較少。近年來(lái),多項(xiàng)研究表明中藥多糖同樣具有生物活性,如抗凝血、抗氧化、免疫活性[3-5]等。目前秦艽多糖的研究甚少,主要有陳克克等[6]使用HPLC 測(cè)定了秦艽多糖的單糖組成,本課題組前期對(duì)粗莖秦艽多糖的提取優(yōu)化進(jìn)行了研究,本研究從粗莖秦艽中分離純化制備多糖,運(yùn)用光譜、色譜以及核磁共振等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并使用小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW 264.7模型評(píng)價(jià)其抗炎活性,為粗莖秦艽多糖的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。
粗莖秦艽采自四川阿壩州黑水縣,經(jīng)西南民族大學(xué)劉圓教授鑒定為粗莖秦艽G.crassicaulisDuthie ex Burk.的根。對(duì)照品D-甘露糖(批號(hào)140651-201502,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.4%)、L-鼠李糖(批號(hào)111683-201505,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%)、D-葡萄糖醛酸(批號(hào)140648-201505,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%)、D-半乳糖醛酸(批號(hào)111646-201506,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%)、D-無(wú)水葡萄糖(批號(hào)110833-201506,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)、D-半乳糖(批號(hào)100226-201506,質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)、L-阿拉伯糖(批號(hào)150624-201507,質(zhì)量分?jǐn)?shù) 99.8%)、葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品(批號(hào) 140639-201203),均購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院;CCK-8檢測(cè)試劑盒、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)檢測(cè)試劑盒和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)檢測(cè)試劑盒(南京建成生物工程研究所);一氧化氮(NO)檢測(cè)試劑盒(上海碧云天生物技術(shù)有限公司);碘甲烷(分析純,北京化學(xué)試劑公司);DEAE-52 陰離子樹(shù)脂、SephadexG-100 凝膠(上海源葉生物化學(xué)試劑有限公司);其他試劑均為分析純級(jí)別。
GC-MS-QP2010 型氣質(zhì)聯(lián)用儀(日本Shimadzu公司);EQUINOX 55 型傅里葉紅外光譜儀(德國(guó)Bruker 公司);Waters 515 液相色譜儀(配置Waters 2410 示差檢測(cè)器,Waters 公司);Agilent1260 型高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司);水相凝膠色譜柱TSK-GelG4000PWXL(300 mm×7.5 mm,10 μm,日本TOSOH公司);Bruker AVIII-600 NMR光譜儀(美國(guó)Bruker 公司);Elx808 型酶標(biāo)儀(Bio-Tek 公司)。
取干燥粗莖秦艽藥材500 g,切段并打粉,過(guò)三號(hào)篩,加入10 倍量石油醚脫脂(30~60 ℃,6 h)。干燥后殘留物加 14 倍量水超聲輔助熱水浸提(25 ℃超聲20 min,80 ℃,1.5 h,2 次),提取液經(jīng)脫脂棉濾過(guò)后,合并濾液,55 ℃真空濃縮至總體積的1/3;按4 倍體積加20% Sevage 試劑[二氯甲烷-正丁醇(4∶1)]除去蛋白質(zhì),重復(fù)幾次,直至無(wú)明顯蛋白質(zhì)為止。濃縮,加入4 倍體積無(wú)水乙醇沉淀,4 ℃冷藏12 h,再進(jìn)行離心(2000 r/min、15 min),然后用丙酮、乙醚洗滌,揮干,即得粗莖秦艽粗多糖。然后將粗多糖過(guò)DEAE-52 柱依次用蒸餾水和0.5、1 mol/L NaCl 溶液梯度洗脫,隔管檢測(cè)吸光度(A)值(硫酸-苯酚法),收集洗脫的各組分,洗脫得到2 個(gè)多糖組分,即水洗脫組分和0.5 mol/L NaCl 溶液洗脫組分。0.5 mol/L NaCl 溶液洗脫組分經(jīng)SephadexG-100 凝膠色譜柱純化,用0.1 mol/L NaCl 溶液等度洗脫,透析后冷凍干燥得均一多糖GCP-1。
通過(guò)改良的硫酸-苯酚法對(duì)總糖含量進(jìn)行測(cè)定。以0.5 mg/mL 葡萄糖溶液為標(biāo)準(zhǔn)液,然后分別量取標(biāo)準(zhǔn)液0、10、20、30、40、50 μL 加雙蒸水補(bǔ)足至100 μL 工作液,向工作液中加6%苯酚溶液200 μL,快速加入濃硫酸1.5 mL,混合均勻。于100 ℃的水浴鍋中加熱10 min,取出冷卻,然后量取200 μL 加入96 孔板中,于490 nm 波長(zhǎng)下檢測(cè)A值,以對(duì)照品葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),A值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
色譜條件:TSK-GelG4000PWXL 凝膠色譜柱(300 mm×7.5 mm,10 μm),流動(dòng)相為0.1 mol/L NaNO3溶液,進(jìn)樣量20 μL,體積流量0.6 mL/min,柱溫與檢測(cè)器溫度均為40 ℃。
先將不同相對(duì)分子質(zhì)量的葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品(5.0×104、8.0×104、1.5×105、2.7×105、6.7×105、1.4×106、2×106、5.3×106)配成2 mg/mL 的水溶液,用微孔濾膜(直徑50 mm、孔徑0.45 mL)濾過(guò)后進(jìn)樣,然后將樣品配成2 mg/mL 的水溶液,過(guò)微孔濾膜(直徑50 mm、孔徑0.45 mL)后進(jìn)樣,測(cè)定樣品的保留時(shí)間,以相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo),以對(duì)保留時(shí)間為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,根據(jù)線性回歸方程計(jì)算樣品相對(duì)分子質(zhì)量。
取2 mg GCP-1,加入3 mL 2 mol/L 三氟乙酸(TFA),密封,110 ℃水解6 h。加等體積的甲醇于水解產(chǎn)物中,并在減壓情況下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥,重復(fù)上述過(guò)程幾次以除去過(guò)量的TFA。取全水解液100μL,堿性條件下進(jìn)行PMP 衍生化,衍生后除去多余的PMP,進(jìn)行HPLC 分析。
色譜條件:采用Agilent Eclipse XDB-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm)色譜柱;檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器;進(jìn)樣量為10 μL;在245 nm 檢測(cè)波長(zhǎng)下,檢測(cè)溫度為35 ℃,以0.1 mol/L 磷酸鹽緩沖液(pH 6.7)-乙腈(83∶17)為流動(dòng)相,按體積流量1 mL/min 進(jìn)行檢測(cè)。
服務(wù)器:云服務(wù)器,Windows2008Server 服務(wù)器系統(tǒng)和Apache為平臺(tái),MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
稱(chēng)取干燥的GCP-1 樣品約3.0 mg,與適量干燥的KBr 粉末置于瑪瑙研缽中研磨均勻,壓片,在4000~400 cm-1的范圍內(nèi)進(jìn)行IR 掃描。
2.6.1 甲基化實(shí)驗(yàn) 稱(chēng)取GCP-1 樣品約10 mg,通過(guò)碳二亞胺方法[7]將GCP-1 羧基還原,通過(guò)IR 確定羧基還原程度;根據(jù)文獻(xiàn)方法[8],完全還原后的GCP-1 進(jìn)行甲基化,通過(guò)IR 確定甲基化程度,甲基化完成后,進(jìn)行酸水解和乙酰化衍生,采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)行分析。
2.6.2 質(zhì)譜條件 連接處溫度250 ℃;EI 離子源,電子能量70 eV,離子溫度230 ℃;DB-5 石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),體積流量1 mL/min;升溫程序?yàn)?20 ℃保持3 min,然后在8 ℃/min 至250 ℃的溫度下保持10 min;進(jìn)樣量1 μL。
GCP-1(30 mg)溶解在1 mL D2O 中,并在25 ℃的Bruker AVIII-600 NMR 光譜儀上進(jìn)行1H-NMR、13C-NMR、1H-13C HSQC 分析。
2.8.1 小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW264.7 的增殖實(shí)驗(yàn)將指數(shù)生長(zhǎng)期的小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW 264.7 以4.8×105個(gè)/孔的密度接種在96 孔板中。加入不同質(zhì)量濃度(10、50、100、200 μg/mL)GCP-1,每個(gè)樣品質(zhì)量濃度設(shè)置3 個(gè)平行組。參考文獻(xiàn)方法[9],進(jìn)行CCK-8 實(shí)驗(yàn),通過(guò)酶標(biāo)儀在570 nm 的波長(zhǎng)下測(cè)量每組的A值,以細(xì)胞培養(yǎng)液處理細(xì)胞作為對(duì)照組,按公式計(jì)算細(xì)胞活力。
細(xì)胞活力=A570實(shí)驗(yàn)/A570對(duì)照
2.8.2 ELISA 法檢測(cè)IL-1β、NO 和TNF-α 的水平將小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW 264.7(1×105個(gè)/孔)接種到24 孔板中,用脂多糖(LPS)1 μg/mL 處理1 h后,加入不同質(zhì)量濃度(10、50、100、200 μg/mL)的GCP-1。24 h 后,收集培養(yǎng)上清液。每個(gè)樣品質(zhì)量濃度設(shè)置3 個(gè)平行組,同時(shí)以細(xì)胞培養(yǎng)液處理細(xì)胞作為對(duì)照組。根據(jù)試劑盒說(shuō)明書(shū)操作,用酶標(biāo)儀在540 nm 的波長(zhǎng)下測(cè)量每組的A值。根據(jù)A值,通過(guò)測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算細(xì)胞培養(yǎng)上清液中抗炎因子TNF-α、IL-1β 和NO 水平。
2.8.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以±s表示,應(yīng)用SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)的差異統(tǒng)計(jì)分析均采用單因素方差分析(one-way ANOVA)。
通過(guò)超聲輔助熱水浸提法提取,進(jìn)行脫蛋白,濃縮,無(wú)水乙醇沉淀,然后用丙酮、乙醚洗滌,揮干,得粗莖秦艽粗多糖,得率為4.32%;粗多糖經(jīng)DEAE-cellulose 柱色譜分離得到2 個(gè)組分:水洗脫組分、0.5 mol/L NaCl 洗脫組分,見(jiàn)圖1。因水洗脫組分含量相對(duì)較少,故將0.5 mol/L NaCl 洗脫組分通過(guò)SephadexG-100 柱進(jìn)一步純化,得GCP-1,得率為3.48%。硫酸-苯酚法測(cè)得GCP-1 總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84.38%。如圖2 所示,凝膠色譜法測(cè)定GCP-1 相對(duì)分子質(zhì)量為6.87×104。GCP-1 的峰單一且對(duì)稱(chēng),表明其純度高且結(jié)構(gòu)均勻,可用于后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析。
圖1 粗莖秦艽粗多糖經(jīng)DEAE-cellulose 柱的分離圖Fig.1 Elution cruve of G.crassicaulis crude polysaccharide on DEAE-cellulose column
圖2 GCP-1 高效凝膠色譜Fig.2 HPGPC of GCP-1
3.2.1 GCP-1 的單糖組成 如圖3 所示,GCP-1 由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖7 種單糖組成,其物質(zhì)的量比為0.07∶3.07∶0.42∶1.98∶1.33∶5.22∶6.76。
圖3 混合對(duì)照品溶液 (A) 和GCP-1 的單糖組成 (B) 的HPLC 分析Fig.3 Monosaccharide composition analysis of mixed standard and GCP-1 by HPLC
圖4 GCP-1 的紅外光譜分析Fig.4 FT-IR characterization of GCP-1
3.2.2 GCP-1 的紅外光譜分析 GCP-1 的IR 光譜中,具有多糖的典型吸收帶(圖4)。在3600~3200 cm-1、3000~2800 cm-1處出現(xiàn)特征吸收峰[10]。GCP-1 在3398 cm-1處有一強(qiáng)而寬的吸收峰,該峰是由于羥基的伸縮振動(dòng)形成,說(shuō)明存在分子內(nèi)、分子間氫鍵。2929 cm-1處是一弱的吸收峰,由C-H的伸縮振動(dòng)造成[10]。1742 和1612 cm-1處的吸收峰由酯羰基(COOR)和羧酸酯(COO-)伸縮振動(dòng)造成[11-12],表明GCP-1 是酸性多糖。GCP-1 在1541 cm-1處沒(méi)有吸收峰,表明它不含蛋白質(zhì)[13]。
3.2.3 GCP-1 的甲基化分析 GCP-1 經(jīng)過(guò)脫羧基、甲基化、酸水解以及乙酰化之后進(jìn)行GC-MS 分析,結(jié)果見(jiàn)表1。因?yàn)楦事短呛推咸烟撬岬暮康陀诩谆治龇椒z測(cè)限度,因此信號(hào)不明顯。
3.2.4 GCP-1 的核磁分析 →2)-α-L-Rhap(1→和→2,4)-α-L-Rhap-(1→殘基的確定:13C-NMR 譜(圖5)中δ16.5 處的化學(xué)位移和1H-NMR 譜(圖6)中δ1.24和1.16 處化學(xué)位移,以及HSQC 譜(圖7)上δ16.8/1.22和16.6/1.16處的化學(xué)位移對(duì)應(yīng)于α-L-Rhap的C-6/H-6,結(jié)合甲基化分析結(jié)果可知,GCP-1 含有→2)-α-L-Rhap(1→和→2,4)-α-L-Rhap-(1→殘基[14-15];結(jié)合文獻(xiàn)可知,→2)-α-L-Rhap(1→和→2,4)-α-LRhap-(1→殘基表示GCP-1存在I型鼠李糖半乳糖醛酸聚糖(RGI)區(qū)域[16]。
表1 GCP-1 的甲基化分析結(jié)果Table 1 Analysis of GCP-1 methylation
圖5 GCP-1 的1H-NMR 譜Fig.5 1H-NMR spectrum of GCP-1
→4)-α-D-GalpA-(1→殘基的確定:δ100.2/4.87,68.0/3.64,68.5/3.92,78.6/4.38,70.5/5.06 處的化學(xué)位移(圖5、6)分別對(duì)應(yīng)于→4)-α-D-GalpA-(1→的C-1/H-1、C-2/H-2、C-3/H-3、C-4/H-4,C-5/H-5[15]。結(jié)合文獻(xiàn)可知,GCP-1 存在高半乳糖醛酸聚糖(HG)區(qū)域;在13C-NMR 譜(圖5)中,→4)-α-D-GalpA-(1→殘基酯化和未酯化C-1 的化學(xué)位移分別為δ100.0和99.4,對(duì)應(yīng)C-6 處化學(xué)位移分別為δ170.6 和175.1,分別來(lái)自甲酯的羰基碳和羧基碳;酯化的甲基碳在δ52.8 處有信號(hào)[17-18]。HSQC 譜(圖7)上化學(xué)位移δ20.5/2.09 和20.4/2.01 是典型乙?;鶊F(tuán)的信號(hào)[19]。綜上可知,GCP-1 存在高半乳糖醛酸聚糖(HG),并且殘基→4)-α-D-GalpA-(1→被部分甲基化和乙?;?。
α-L-Araf 基團(tuán)的確定:13C-NMR 譜(圖5)中δ106.3,106.8,107.4 處的化學(xué)位移均為α-L-Araf 基團(tuán)的信號(hào),結(jié)合HSQC 譜(圖7)可知,δ106.8/5.16和106.8/5.07 處的化學(xué)位移分別對(duì)應(yīng)于→3,5)-α-LAraf-(1→和→5)-α-L-Araf-(1→的C-1/H-1[17-18],→3,5)-α-L-Araf-(1→和→5)-α-L-Araf-(1→的大量存在表明GCP-1 存在阿拉伯聚糖[18,20-22]。
β-D-Galp 基團(tuán)的確定:13C-NMR 譜(圖5)中δ104.3 (C-1),77.6 (取代的C-4),74.4 (C-5),73.6(C-3),71.8 (C-2) 和61.0 (C-6) 處的化學(xué)位移以及HSQC 譜(圖7)上δ102.7/4.42、103.9/4.56 和103.3/4.36 處的化學(xué)位移均屬于β-D-Galp 基團(tuán),結(jié)合甲基化結(jié)果可知,大量的β-D-Galp 的存在表明GCP-1 存在I 型阿拉伯半乳聚糖(AGI)和II 型阿拉伯半乳聚糖(AG II),通常存在于側(cè)鏈中[18,20-22]。
圖6 GCP-1 的13C-NMR 譜Fig.6 13C-NMR spectrum of GCP-1
圖7 GCP-1 的1H-13C HSQC 譜Fig.7 1H-13C HSQC spectrum of GCP-1
綜上可知,GCP-1 是一種典型的果膠多糖,含有HG 和RG I 區(qū)域及AG I 和AG II 側(cè)鏈。在碳譜中,δ100.0 和99.4 處為→4)-α-D-GalpA-(1→酯化和未酯化C-1 的化學(xué)信號(hào)值,對(duì)應(yīng)C-6 處化學(xué)位移分別為δ170.6 和175.1,酯化羰基的甲基碳在52.8 處有信號(hào),C-2~5 信號(hào)化學(xué)位移值依次為68.0、68.5、78.6、70.5;這些光譜數(shù)據(jù)表明存在甲基酯化的HG[17]。Vincken 等[16]研究發(fā)現(xiàn)HG 可能作為RGI的側(cè)鏈存在。結(jié)合單糖分析中GalpA 含量不是很高,因此推測(cè)此多糖含有HG 區(qū)域,且可能作為RGI 的側(cè)鏈存在。
由圖8 可知,GCP-1 對(duì)小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW264.7 作用24 h 后,與對(duì)照組相比,GCP-1 在質(zhì)量濃度為10、50、100、200 μg/mL 時(shí)均可顯著促進(jìn)小鼠單核巨噬細(xì)胞RAW264.7 細(xì)胞的增殖(P<0.01)。
由圖9 可知,與對(duì)照組相比,LPS 能顯著增加IL-1β、NO 和TNF-α 的產(chǎn)生;由圖9-c 可知,與LPS組相比,GCP-1在質(zhì)量濃度為10、50、100、200 μg/mL時(shí)均可顯著抑制NO 的產(chǎn)生;如圖9-a、b,隨著GCP-1 質(zhì)量濃度的增大,對(duì)TNF-α 和IL-1β 的產(chǎn)生抑制越大;在GCP-1 質(zhì)量濃度為200 μg/mL 時(shí)對(duì)IL-1β、NO 和TNF-α 的抑制作用最大;說(shuō)明GCP-1通過(guò)抑制細(xì)胞因子IL-1β、NO 和TNF-α 的產(chǎn)生發(fā)揮抗炎功能。
圖8 GCP-1 對(duì)RAW264.7 細(xì)胞的增殖活性 (±s,n=3)Fig.8 Effects of GCP-1 on proliferation of RAW264.7 cells(±s,n=3)
GCP-1 經(jīng)HPGPC 譜圖分析為均一性多糖,其相對(duì)分子質(zhì)量為6.87×104;由單糖分析表明GCP-1由甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖7 種單糖組成,其物質(zhì)的量比依次為0.07∶3.07∶0.42∶1.98∶1.33∶5.22∶6.76;其中半乳糖醛酸、葡萄糖和阿拉伯糖含量比較高,甘露糖和葡萄糖醛酸含量較少;而同時(shí)GC-MS 和NMR 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其含有由殘基→4)-α-DGalpA-(1→構(gòu)成的HG 區(qū)域,但單糖分析中GalpA含量不是很高,推測(cè)是該多糖RGI 的側(cè)鏈可能含有HG;其同時(shí)含有由α-L-Araf 和β-D-Galp 基團(tuán)組成的阿拉伯聚糖、AG I 和AG II 區(qū)域;這些都是典型的果膠多糖所具有的結(jié)構(gòu)。通過(guò)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明GCP-1 能明顯增強(qiáng)RAW264.7 細(xì)胞的增殖,并能抑制RAW264.7 細(xì)胞TNF-α、IL-1β 和NO 的產(chǎn)生,呈現(xiàn)顯著的抗炎活性。
圖9 GCP-1 對(duì)RAW264.7 細(xì)胞釋放TNF-α (a)、IL-1β (b) 和NO (c) 的影響 (±s,n=3)Fig.9 Effects of GCP-1 on TNF-α (a),IL-1β (b),and NO (c) of RAW264.7 cells (±s,n=3)
GCP-1 結(jié)構(gòu)和抗炎活性的探討,對(duì)于深入研究粗莖秦艽抗炎作用的物質(zhì)基礎(chǔ)具有重要意義。對(duì)中藥均一多糖結(jié)構(gòu)的研究,可為以多糖為主要成分的中藥質(zhì)量控制水平的提升奠定基礎(chǔ),避免現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)中多采用的總多糖測(cè)定方法存在的抗干擾能力弱的問(wèn)題。
利益沖突所有作者聲明不存在利益沖突