張童童,隋曉辰,夏詠梅,Khaing zar myint,陳俊名,劉 湘
(江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院,食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫 214122)
甜菊提取物主要由甜菊糖苷和很少量(一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%)的多酚、黃酮和單寧等組成。甜菊提取物如甜菊糖苷現(xiàn)已被用于各種食品,如軟飲料、水果、巧克力、醬油、口香糖、酸奶等[1]。隨著甜菊糖苷應(yīng)用的迅速開展,甜菊提取物的抗氧化活性和抗炎活性也受到進(jìn)一步關(guān)注。文獻(xiàn)中通常用體外自由基清除能力衡量甜菊提取物的抗氧化活性,用脂多糖(LPS)刺激生長的巨噬細(xì)胞Raw264.7作為體外炎癥模型表征其抗炎活性。但是,由于文獻(xiàn)報(bào)道的甜菊提取物樣品和研究對象的多樣性,對甜菊提取物的抗氧化活性和抗炎活性的認(rèn)識很難統(tǒng)一;因此需要提供進(jìn)一步的依據(jù)來判別甜菊提取物中何種成分具有抗氧化活性和抗炎活性。
目前文獻(xiàn)中大都采用混合甜菊提取物為原料考察相應(yīng)的抗氧化性。以甜菊糖苷為研究樣品時(shí),López等[2]研究證明斯替夫苷在體外不具備抗氧化性,但有文獻(xiàn)報(bào)道甜菊糖苷在機(jī)體內(nèi)有很好的抗氧化性,例如,甜葉菊莖稈的熱水提取物可防止魚油的氧化[3];甜葉菊的超臨界二氧化碳、甲醇水溶液提取物可抑制鮭魚醬的脂質(zhì)氧化[4]。在大鼠心臟成纖維細(xì)胞中,以斯替夫苷和萊鮑迪苷A為主要成分的混合甜菊糖苷,可增加細(xì)胞內(nèi)還原型谷胱甘肽含量及超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性[5],從而降低了氧化應(yīng)激效應(yīng)。在小麥植株成長過程中,用10-8mol/L的斯替夫苷溶液澆灌植株,發(fā)現(xiàn)相比對照組,植物體內(nèi)過氧化氫酶酶活受重金屬污染物的影響減弱很多[6]。當(dāng)以含多酚和甜菊糖苷的甜菊提取物為研究樣品時(shí),同樣發(fā)現(xiàn)其在體外具有一定抗氧化能力。例如López等[2]考察了0~250 μg/mL甜葉菊乙醇提取物(SREE)清除DPPH自由基和超氧化物自由基的能力,當(dāng)濃度達(dá)到250 μg/mL時(shí),SREE的DPPH自由基和超氧化物自由基清除率分別為90%和81%。在抗炎方面,Boonkaewwan等[7-8]發(fā)現(xiàn)1 mmol/L的斯替夫苷可顯著抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的TNF-α和IL-1β的釋放;斯替夫苷及其代謝產(chǎn)物甜菊醇還可通過IκBα/NF-κB信號通路影響細(xì)胞介素基因的表達(dá),從而減弱LPS誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞介素的產(chǎn)生。Choi等[9]發(fā)現(xiàn)在LPS刺激的RAW264.7中,250 μmol/L的萊鮑迪苷A可能通過MAPK和NF-κB抑制炎癥反應(yīng)。
以上對甜葉菊提取物抗氧化性的研究中,采用的甜葉菊提取物樣品多為甜菊糖苷混合的粗品,因而可能含有其它脂溶性混合物,例如多酚、黃酮和縮合單寧等抗氧化劑或具有抗炎作用的化合物[3,10],而對甜菊糖苷缺乏研究,更無法根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果對甜菊糖苷的抗氧化或抗炎作用進(jìn)行系統(tǒng)比較。本文擬系統(tǒng)考察代表性甜菊糖苷及其代謝產(chǎn)物清除DPPH和ABTS自由基的能力,初步探討甜菊糖苷結(jié)構(gòu)的不同對其清除自由基能力的影響,并以脂多糖(LPS)刺激生長的巨噬細(xì)胞Raw264.7作為體外炎癥模型,考察上述甜菊化合物的抗炎作用,以期為甜菊糖苷的使用提供參考。
斯替夫苷(St,97% HPLC)、萊鮑迪苷A(RA,99% HPLC) 常州牛塘化工有限公司;萊鮑迪苷C(RC,85% HPLC) 青島GLG生命科技集團(tuán);懸鉤子苷[11](Ru,96% HPLC)、甜菊醇雙糖苷[12](Sbio,99% HPLC)、甜菊醇[13](Ste,99% HPLC)、異甜菊醇[14](Isoste,98% HPLC) 自制;葡萄糖基甜菊糖苷(St-glu,各組分峰面積百分比分別為:St 11.23%,RA 4.68%,單葡萄糖基斯替夫苷37.52%,二葡萄糖基斯替夫苷10.73%,單葡萄糖基瑞鮑迪苷A 35.83%) 韓國國立全南大學(xué)功能性糖酶和微生物基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室贈送;甜菊酚(43% HPLC,還原糖20%,水分4.6%,甜菊糖苷0.13%) 諸城浩天藥業(yè)有限公司;胰蛋白酶(2500 U/mg,BR) 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;DMEM培養(yǎng)基(高糖) 美國Gibco公司;胎牛血清 杭州四季青有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH) GR,上海華藍(lán)科技有限公司;噻唑藍(lán)(MTT)、青霉素-鏈霉素溶液(100 μg/mL鏈霉素和100 U/mL青霉素) 上海碧云天生物技術(shù)有限公司;脂多糖(LPS) 美國Sigma公司;96孔細(xì)胞培養(yǎng)板 美國Costar公司;細(xì)胞刮刀 美國Corning公司;鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7(ATCC TIB-71) 中國科學(xué)院細(xì)胞所;95%乙醇、二甲基亞砜、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、乙二胺四乙酸二鈉、亞硝酸鈉、濃磷酸、對氨基苯磺酸、N-1-萘乙二胺鹽酸鹽 AR,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;Griess A試劑:用三蒸水充分溶解無水對氨基苯磺酸1.0 g和濃磷酸(85%)6 mL,定容至100 mL;Griess B試劑:用三蒸水充分溶解N-1-萘乙二胺鹽酸鹽0.1 g,定容至100 mL;脂多糖(LPS)溶液:用三蒸水配制1 mg/mL的LPS儲備液,用0.22 μm無菌過濾器過濾除菌,再用無菌的PBS溶液稀釋成100 μg/mL的工作用液,4 ℃避光保存,臨用時(shí)用DMEM培養(yǎng)基稀釋到1 μg/mL。
3111二氧化碳培養(yǎng)箱 美國Thermo Epectron Corporation;XDS-1A倒置顯微鏡 上海精密儀器儀表有限公司;SW-CJ-2PD雙人單面凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司;HH-4恒溫水浴鍋 江蘇金壇市宏華儀器廠;MM-I微量振蕩器 上海精科實(shí)業(yè)有限公司;μQuant酶標(biāo)儀 美國Bio-Tek公司。
1.2.1 甜菊糖苷抗氧化活性的測定 分別測定1 mg/mL待測樣品對DPPH·和·OH的清除率,并進(jìn)一步測定了2~20 mg/mL甜菊雙糖苷、甜菊醇和異甜菊醇對DPPH·清除率的影響及懸鉤子苷對·OH清除率的影響。分別測定1 mg/mL甜菊酚(含量43%)和VC(99%)的DPPH·和ABTS+·清除率。
1.2.1.1 DPPH·清除率測定 將1 mL待測樣品(1 mg/mL)加入3 mL的DPPH溶液(0.25 mg/mL)中,在30 ℃水浴中避光反應(yīng)30 min,在517 nm處測定樣品所對應(yīng)的吸光值。根據(jù)DPPH標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中DPPH的含量,按照式2計(jì)算出樣品對DPPH·的清除率[15]。
DPPH·的清除率(%)=(1-C樣品/C空白)×100
式(1)
式中,空白對照樣品中用水代替甜菊糖苷溶液,C樣品-樣品中DPPH含量,C空白-空白DPPH含量。
1.2.1.2 ·OH清除率測定 取1 mL 6.57×10-3mol/L FeSO4水溶液,2 mL 0.24 mg/mL水楊酸乙醇溶液,取 1 mg/mL的待測樣品2 mL于15 mL具塞試管中,空白用水代替,在37 ℃水浴中預(yù)熱30 min,加入引發(fā)劑1 mL 0.01 mol/L H2O2,在37 ℃水浴中反應(yīng)40 min,在510 nm處測定不同樣品所對應(yīng)的吸光值,按照式3計(jì)算樣品對·OH的清除率[16]。
·OH的清除率(%)=(1-A樣品/A空白)×100
式(2)
式中,A樣品-樣品的吸光度,A空白-空白的吸光度。
1.2.1.3 ABTS+·清除率測定 稱取0.0768 g ABTS和0.0133 g過硫酸鉀溶解于10 mL pH7的PBS緩沖液(4.5×10-3mol/L)中,25 ℃避光孵育12 h得ABTS+·溶液。用乙醇將上述溶液稀釋至414 nm吸光度為1.50。取0.6 mL待測樣品加入至4 mL稀釋的ABTS+·溶液中測量其414 nm處吸光度[17]。
ABTS+·的清除率(%)=(1-A樣品/A空白)×100
式(3)
式中,A樣品-樣品的吸光度,A空白-空白的吸光度。
1.2.2 甜菊糖苷抗炎活性的測定
1.2.2.1 鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7的培養(yǎng) 將細(xì)胞接種于含100 U/mL青霉素、100 mg/mL鏈霉素和10%的胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基中,置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
1.2.2.2 MTT法檢測甜菊糖苷對Raw264.7細(xì)胞增殖的影響 在有無LPS存在(1 μg/mL)的情況下,分別檢測甜菊糖苷對Raw 264.7細(xì)胞增殖的影響。用細(xì)胞刮刀刮取對數(shù)生長期的細(xì)胞,用0.25%胰蛋白酶37 ℃消化5 min,調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度至5×104個(gè)/mL。將細(xì)胞接種于96孔板中,每孔100 μL,置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至細(xì)胞長至對數(shù)生長期。吸棄上清液,加入用培養(yǎng)基配制的25~250 μg/mL甜菊糖苷溶液150 μL(其中甜菊醇雙糖苷、甜菊醇、異甜菊醇用含有0.5% DMSO的培養(yǎng)基配制),空白以新培養(yǎng)基或者含有0.5% DMSO的新培養(yǎng)基替代,每個(gè)樣品設(shè)6個(gè)復(fù)孔。將加藥后的96孔板于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。每孔加入0.5 mg/mL MTT溶液100 μL,37 ℃培養(yǎng)4 h,吸棄上清液,每孔加入150 μL DMSO,在微量振蕩器上振蕩10 min,用酶標(biāo)儀在570 nm下測定每孔所對應(yīng)的吸光度,計(jì)算細(xì)胞存活率。
細(xì)胞存活率(%)=(A實(shí)驗(yàn)組/A對照組)×100
式(4)
式中,A實(shí)驗(yàn)組-藥物作用后樣品的吸光度,A對照組-未經(jīng)藥物作用樣品的吸光度。
1.2.2.3 Griess法檢測甜菊糖苷對Raw264.7細(xì)胞的NO的釋放量 取對數(shù)生長期的Raw264.7細(xì)胞,用細(xì)胞刮刀刮取細(xì)胞,調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度至5×105個(gè)/mL。將細(xì)胞接種于96孔板中,每孔100 μL,置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至細(xì)胞長至對數(shù)生長期。吸棄上清液,加150 μL藥品,藥品設(shè)置空白組、LPS組(1 μg/mL)、藥品組和LPS+藥品組,每個(gè)樣品設(shè)6個(gè)復(fù)孔。將加藥后的96孔板于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。取每孔上清液加入50 μL Griess A試劑,在微量振蕩器上振蕩數(shù)次,于37 ℃培養(yǎng)箱中反應(yīng)10 min,再向各孔中加入50 μL Griess B試劑,在微量振蕩器上振蕩數(shù)次,于37 ℃培養(yǎng)箱中反應(yīng)10 min,用酶標(biāo)儀在540 nm波長下測定各孔所對應(yīng)的吸光度值,根據(jù)NO標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0211x(R2=0.9991)計(jì)算NO的含量。
每個(gè)樣品設(shè)3個(gè)平行,采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。測定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。
2.1.1 甜菊糖苷的體外抗氧化性 本實(shí)驗(yàn)選取一系列甜菊化合物研究其抗氧化活性(圖1)。所選擇的甜菊糖苷中,甜菊醇苷元上糖基取代基數(shù)量依次為:萊鮑迪苷A(RA)、萊鮑迪苷C(RC)>斯替夫苷(St)>懸鉤子苷(RU)>甜菊醇雙糖苷(Sbio)>甜菊醇(Ste)、異甜菊醇(Isoste)。RU、St、RA和St-glu等在C19位上有一個(gè)葡萄糖基,C13位上的葡萄糖基團(tuán)則依次增多;而Sbio、Ste和Isoste的共同點(diǎn)是其C19位無葡萄糖基,以羧酸形式存在。一般認(rèn)為,多羥基化合物如多糖具有一定還原能力或DPPH·清除力[18-20],因此若羥基在清除自由基中起主要作用,推測糖基取代基數(shù)量多的樣品應(yīng)該具備稍強(qiáng)的清除自由基能力。
圖1 甜菊糖苷對DPPH·和·OH的清除率
如圖1A所示,多葡萄糖基的甜菊糖苷清除DPPH·的能力很弱,這與López等[2]認(rèn)為斯替夫苷無DPPH·清除能力相符,而Sbio、Ste和Isoste的DPPH·清除能力相對較強(qiáng),并呈濃度依賴關(guān)系(圖1B)。因此葡萄糖基的增加沒有明顯影響清除DPPH·的能力,這說明甜菊化合物的DPPH·清除能力不是由羥基主導(dǎo)的。圖1C則表明甜菊糖苷清除·OH較弱且無明顯的構(gòu)效關(guān)系,其中RU清除·OH的能力較強(qiáng)并呈濃度依賴關(guān)系(圖1D)。López等[2]研究發(fā)現(xiàn)St在體外不具備DPPH·和超氧自由基的清除能力,這與本文研究發(fā)現(xiàn)甜菊提取物中主要甜菊糖苷清除DPPH·的能力較弱一致。
2.1.2 甜菊酚的體外抗氧化性 由2.1.1結(jié)果可知甜菊糖苷清除·OH的能力較弱,清除DPPH·的能力與其結(jié)構(gòu)相關(guān),而且甜菊提取物中主要甜菊糖苷清除DPPH·的能力并不強(qiáng)。而López選用的甜葉菊乙醇提取物含有28 wt%的甜菊糖苷(全部折算成St)和2.2 wt%的多酚[2],250 μg/mL下甜葉菊提取物和VC兩者的DPPH·清除能力接近的結(jié)果。為了研究文獻(xiàn)中甜菊提取物自由基清除能力的來由,實(shí)驗(yàn)以VC對照,測定了相同質(zhì)量濃度(1 mg/mL)甜菊酚(含量43%)的DPPH·和ABTS+·清除率(圖2)。
圖2 粗甜菊酚的自由基清除率
圖2中43%的粗甜菊酚即表現(xiàn)出與VC接近的DPPH·清除率;以凈物質(zhì)計(jì)算,甜菊酚的DPPH·清除率可能達(dá)到VC的2倍,ABTS+·清除率則略低于VC;Can等[21]用DPPH和ABTS法測得甜葉菊甲醇提取物的半清除率分別介于0.533~0.398 mg/mL和6.637~17.382 mg/mL之間,本研究結(jié)果與Can的實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢一致。由此可見,文獻(xiàn)報(bào)道的甜菊提取物的抗氧化性應(yīng)該主要是由于其中的甜菊酚產(chǎn)生的[2],但考慮到López的樣品中如此低的甜菊酚含量(總酚2.2 wt%),以及他們報(bào)道的St沒有自由基清除能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,那么或許也存在組分間相互作用的結(jié)果。另一方面,Yu等[3]起初也認(rèn)為他們獲得的甜菊熱水提取物中總酚含量很低,提取物對魚油的氧化抑制應(yīng)該不來自于甜菊酚,但是通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),其中抗氧化性最強(qiáng)的仍然是一種甜菊酚,只是它的DPPH·清除率也不高。
2.2.1 甜菊糖苷對鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7的作用 本研究先以LPS刺激鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7生長,以較高濃度(250 μg/mL)的甜菊糖苷考察其對Raw264.7的細(xì)胞毒性,同時(shí)初步確定無細(xì)胞毒性的甜菊糖苷濃度范圍,再以此濃度考察甜菊糖苷對鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7的抗炎效果。
如圖3所示,在有LPS與無LPS的條件下,除Sbio、Ste、Isoste以外,濃度為250 μg/mL的其余5種甜菊糖苷處理后的Raw264.7的存活率大都在100%左右,細(xì)胞毒性等級為0級。圖3的結(jié)果表明,由于Sbio、Ste和Isoste相對其它五種甜菊糖苷的最大結(jié)構(gòu)差異是其C19位無葡萄糖基,以羧酸形式存在,因此其細(xì)胞毒性可能與此羧基有關(guān)。
圖3 甜菊糖苷對Raw264.7細(xì)胞存活率的影響
另一方面,實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了不同濃度Sbio、Ste、Isoste對的Raw264.7的存活率的影響,結(jié)果如圖4所示。在有LPS與無LPS的條件下,Raw264.7的存活率與Sbio、Ste、Isoste的濃度呈負(fù)相關(guān),且上述兩種條件下0~100 μg/mL的Sbio、Ste和Isoste處理的細(xì)胞存活率均仍然接近100%且三者均呈濃度依賴關(guān)系。而目前研究中Boonkaewwan[7-8,22-23]考察了1 mmol/L的St對幾種炎癥細(xì)胞的作用;發(fā)現(xiàn)1 mmol/L的St可顯著抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的TNF-α和IL-1β的釋放;St及Ste抗炎的機(jī)制是通過IκBα/NF-κB信號通路影響細(xì)胞介素基因的表達(dá),從而減弱LPS誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞介素的產(chǎn)生。進(jìn)一步地,Li等[24]研究了St對Raw264.7抗炎作用及其信號通路,發(fā)現(xiàn)St對Raw264.7的抗炎作用并不明顯,但其作用機(jī)制和Boonkaewwan報(bào)導(dǎo)的抗炎作用機(jī)制是基本一致的,主要原因在于兩者實(shí)驗(yàn)中的St最高劑量相差4倍之多。由此可知,Li等[24]在研究St對Raw264.7抗炎作用時(shí)使用的劑量(50~200 μg/mL)是合理的,但其僅測定了St的抗炎作用,因此本文進(jìn)一步考察了幾種典型甜菊糖苷的抗炎作用。
圖4 Sbio、Ste、Isoste對鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7存活率的影響
2.2.2 甜菊糖苷對Raw264.7細(xì)胞NO釋放量的影響 如圖5所示,Raw264.7在未被脂多糖刺激時(shí),也會產(chǎn)生少量的NO(<5 μmol/L),但被脂多糖刺激后,NO的產(chǎn)生量上升到15~20 μmol/L左右,這說明脂多糖刺激鼠巨噬細(xì)胞Raw 264.7引起了急性炎癥反應(yīng)。相對于空白對照,6種甜菊糖苷對未被脂多糖刺激的Raw264.7細(xì)胞NO的產(chǎn)生量沒有影響,說明甜菊糖苷不會誘導(dǎo)NO的產(chǎn)生,即本身不會引起炎癥反應(yīng)。但對于被脂多糖刺激的Raw264.7細(xì)胞,6種甜菊糖苷隨著濃度的增大會不同程度的抑制NO的產(chǎn)生,只是除了Isoste外,其它幾種物質(zhì)的影響都較低。異甜菊醇隨著濃度增大,NO的產(chǎn)生量逐漸降低,相對于脂多糖刺激后產(chǎn)生的NO含量,100 μg/mL時(shí)降低了約30.7%,這說明異甜菊醇對LPS刺激產(chǎn)生的炎癥模型,具有相對較好的抗炎效果。
圖5 甜菊糖苷對鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7的NO釋放量的影響
低濃度下(5 mg/mL),RU、St、RA和St-glc對DPPH·的清除率為VC的1.18%~1.69%,而Sbio、Ste和Isoste較其它幾種物質(zhì)對DPPH·的清除能力相對稍強(qiáng),其DPPH·的清除率是上述有甜味甜菊糖苷的4~6倍,清除DPPH·的能力與C13和C19位上葡萄糖基的個(gè)數(shù)或者糖基種類無關(guān),可能與C19和C13位上連接的官能團(tuán)不同有關(guān),其中Sbio、Ste和Isoste C19均為羧基,由此可推羧基可能有助于清除DPPH·。但所試驗(yàn)的甜菊化合物對ABTS+·的清除能力都弱,且沒有結(jié)構(gòu)相關(guān)性。簡言之,甜菊糖苷對兩種自由基的清除能力都較弱,但作為甜味劑使用的同時(shí),能兼具一定的抗氧化活性。因此文獻(xiàn)中甜菊提取物的抗氧化性應(yīng)該主要是由于樣品中的可能存在的甜菊酚產(chǎn)生的;除此之外,甜菊提取物中的甜菊糖苷在體內(nèi)外表達(dá)的抗氧化性可能與自由基清除以外的通路有關(guān)。
250 μg/mL的St、RA、RC、RU和St-glu對鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7均無細(xì)胞毒性,Sbio、Ste、Isoste對Raw264.7細(xì)胞的存活率呈濃度依賴關(guān)系。以1 μg/mL脂多糖刺激鼠巨噬細(xì)胞Raw264.7建立炎癥模型,考察6種甜菊糖苷的抗炎活性。發(fā)現(xiàn)6種甜菊糖苷對未被LPS刺激的Raw264.7細(xì)胞NO的產(chǎn)生量沒有影響,說明甜菊糖苷不會誘導(dǎo)NO的產(chǎn)生,即本身不會引起炎癥反應(yīng)。而對被LPS刺激的Raw264.7細(xì)胞,6種甜菊糖苷隨著濃度的增大會不同程度的抑制NO的產(chǎn)生量,除了Isoste外,其它幾種物質(zhì)的抑制作用都較低。Isoste隨著濃度增大,所誘導(dǎo)的NO產(chǎn)生量逐漸降低,相對于LPS刺激后NO的產(chǎn)生量,100 μg/mL的異甜菊醇對NO的產(chǎn)生量降低了約30.7%。因此在所試驗(yàn)的甜菊化合物中,Isoste是一種相對較好的抗炎藥物。