季紅福,鄭文豪,肖竹錢,2,3,毛建衛(wèi),2,3,4,王永江,2,3
(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院,杭州 310023;2.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310023; 3.浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心,杭州 310023;4.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃酒學(xué)院,浙江 紹興 312000)
食鹽是人類日常飲食中不可或缺的調(diào)料之一,它除了維持細(xì)胞滲透壓之外,還與一些疾病如高血壓、肥胖等密切相關(guān)[1]。竹鹽是將日曬海鹽放入新鮮楠竹桶中,用黃土封蓋,以松枝為燃料,在800~1 300 ℃高溫下煅燒而成。經(jīng)過9次煅燒的竹鹽,因其顏色表現(xiàn)為藍(lán)紫色,又稱之為紫竹鹽[2]。
經(jīng)過高溫煅燒,竹鹽與竹筒、黃土中的微量元素充分融合,使得其中金屬元素(如鈣、硅、鉀、鎂、鐵、鋅、硒等)的種類和含量均高于普通食鹽;此外,高溫煅燒還可以有效降低砷、鉛和汞等重金屬及有機(jī)污染物(二噁英和多氯聯(lián)苯等)含量,因而具備了一些獨(dú)特的功能。金屬微量元素是人體所必需的礦物元素,對人體的生理健康起重要作用。人體的一些疾病與某些金屬微量元素的失衡有關(guān),一旦高于或者低于平衡水平,就可能會(huì)引發(fā)人體疾病[3]。目前,對竹鹽的研究主要集中在1次煅燒制得的竹鹽上,且主要研究其抗氧化[4-5]、抗炎[6-7]、抑菌[8]、保護(hù)肝臟、治療胃腸道疾病[9-10]、抑制腫瘤細(xì)胞增殖[11-12]及抗皮膚衰老[13-14]等方面。紫竹鹽是經(jīng)過9次煅燒工藝而制得的產(chǎn)品,其礦物元素含量多于1次煅燒竹鹽、精制海鹽和粗海鹽,與1次煅燒竹鹽相比,紫竹鹽具有更好的生理活性和保健功效。目前關(guān)于紫竹鹽對抗細(xì)胞炎癥和抗肝癌的作用研究較少,因此,研究紫竹鹽抗炎活性的功效及對肝癌細(xì)胞和正常肝細(xì)胞凋亡的影響,能為紫竹鹽產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)提供理論依據(jù)。
紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽,浙江臨安三和園竹鹽食品有限公司;鷹的最小培養(yǎng)基(minimum eagle’s medium,MEM)、達(dá)爾伯克改良鷹的培養(yǎng)基(Dulbecco’s modified eagle’s medium,DMEM)、胎牛血清、紫杉醇、青霉素、鏈霉素、人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人正常肝細(xì)胞(WRL68),武漢普諾賽生命科技有限公司;3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromide,MTT),脂多糖(lightning protection system,LPS),賽國生物科技有限責(zé)任公司;格里斯試劑盒(Griess試劑盒)、聚氰基丙烯酸正丁酯試劑盒(BCA試劑盒)、腫瘤壞死因子-α試劑盒(TNF-α試劑盒)、白細(xì)胞介素-1β試劑盒(IL-1β試劑盒)、細(xì)胞凋亡檢測試劑盒(Annexin V-FITC試劑盒),武漢博士德生物工程有限公司;小鼠單核巨噬細(xì)胞(RAW264.7),上海富衡生物科技有限公司;多功能酶標(biāo)儀(SpectraMax iD3),美谷分子儀器有限公司;二氧化碳培養(yǎng)箱(BB150)、A2型Ⅱ級生物安全柜(MSC-AdvantageTM),美國賽默飛世爾科技公司;倒置顯微鏡(CKX53),日本奧林巴斯公司;CytoFLEX流式細(xì)胞儀,美國貝克曼庫爾特有限公司。
1.2.1 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對RAW264.7細(xì)胞炎癥的影響的測定
1.2.1.1 RAW264.7細(xì)胞傳代培養(yǎng) RAW264.7細(xì)胞復(fù)蘇后,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液,于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。傳至3代后,待細(xì)胞狀態(tài)穩(wěn)定后分組試驗(yàn)。
1.2.1.2 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對RAW264.7細(xì)胞增殖的測定 試驗(yàn)分組:配制最終樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%的DMEM細(xì)胞培養(yǎng)液。在96孔板中加入混合均勻的細(xì)胞懸浮液100 μL(每孔1×104個(gè)細(xì)胞),培養(yǎng)24 h后棄培養(yǎng)液,按上述分組加入100 μL鹽樣品培養(yǎng)基,于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。采用MTT法[11]測定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)樣品對細(xì)胞存活率的影響。
1.2.1.3 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞因子的影響的測定 將RAW264.7細(xì)胞計(jì)數(shù),在24孔板中加入混合均勻的細(xì)胞懸浮液1 mL(每孔1×105個(gè)細(xì)胞),于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,分組試驗(yàn),每組3個(gè)復(fù)孔。試驗(yàn)分組:正常對照組、LPS組(1 mg/L)、LPS(1 mg/L)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的粗海鹽組、LPS(1 mg/L)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的精制海鹽組、LPS(1 mg/L)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的紫竹鹽組。棄培養(yǎng)液,按上述分組各孔加入1 mL鹽樣品培養(yǎng)基,于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)再24 h,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,收集細(xì)胞上清液,采用Griess試劑盒測定不同鹽樣品對RAW264.7細(xì)胞的NO釋放量,采用TNF-α、IL-1β試劑盒測定上清液中TNF-α、IL-1β的含量。收集上清液,采用BCA蛋白濃度測定試劑盒測定每孔蛋白含量。
1.2.2 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對HepG2細(xì)胞和WRL68細(xì)胞增殖及凋亡的影響的測定
1.2.2.1 HepG2細(xì)胞和WRL68細(xì)胞傳代培養(yǎng) HepG2和WRL68細(xì)胞復(fù)蘇后,分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的MEM和DMEM培養(yǎng)液于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。傳至3代后,待細(xì)胞狀態(tài)穩(wěn)定后分組試驗(yàn)。
1.2.2.2 細(xì)胞存活率檢測 分別在96孔板中加入100 μL的HepG2和WRL68細(xì)胞懸液(每孔1×104個(gè)細(xì)胞),培養(yǎng)24 h,棄培養(yǎng)液,加入100 μL最終鹽樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%的細(xì)胞培養(yǎng)液,每組設(shè)置6個(gè)復(fù)孔,于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,采用MTT法測定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)樣品對細(xì)胞存活率的影響。
1.2.2.3 流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡 細(xì)胞培養(yǎng)和處理方法同1.2.2.2節(jié),收集經(jīng)0.6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽樣品處理過的細(xì)胞,磷酸緩沖鹽溶液潤洗2次后重懸細(xì)胞計(jì)數(shù),取1×105重懸的細(xì)胞,1 000 g離心5 min,棄上清液,依次加入195 μL Annexin V-FITC結(jié)合液、5 μL Annexin V-FITC、10 μL碘化丙啶染色液,輕輕混勻,室溫避光孵育10~20 min,置于冰浴中備用。用流式細(xì)胞儀檢測并記錄數(shù)據(jù)。
1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)及顯著性分析,用Origin8.0軟件繪制圖表。
2.1.1 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對RAW264.7細(xì)胞增殖的影響結(jié)果分析
紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對RAW264.7細(xì)胞增殖的影響如圖1所示。經(jīng)MTT法檢測發(fā)現(xiàn),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的鹽樣品作用于RAW264.7細(xì)胞24 h后,與對照組相比,細(xì)胞活力無顯著性差異。而隨著鹽樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,RAW264.7細(xì)胞的存活率與鹽樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。這可能是隨著鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,細(xì)胞培養(yǎng)基中的滲透壓也會(huì)增加,從而影響細(xì)胞生長,故我們選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的鹽樣品進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
圖1 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對RAW264.7細(xì)胞增殖的影響
2.1.2 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對RAW264.7細(xì)胞炎癥的影響結(jié)果分析
當(dāng)LPS對RAW264.7細(xì)胞產(chǎn)生刺激時(shí),RAW264.7細(xì)胞會(huì)被激活,產(chǎn)生炎癥介質(zhì)NO和炎癥細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β等,故測定炎癥細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β的含量是評價(jià)炎癥嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)[15-16]。根據(jù)林楊等[17]的研究結(jié)果,選擇質(zhì)量濃度為1 mg/L的LPS進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。圖2為鹽樣品對LPS誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞炎癥的影響,其中a表示在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下與LPS組無顯著性差異,b表示在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下與LPS組有顯著性差異,c表示在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下與紫竹鹽組有顯著性差異。由圖2(a)可知,與對照組相比,LPS組RAW264.7細(xì)胞的NO釋放量提高極顯著(p<0.01)。粗海鹽組和精制海鹽組與LPS組相比,RAW264.7細(xì)胞的NO釋放量均無顯著性差異(p>0.05),而紫竹鹽組可顯著降低RAW264.7細(xì)胞的NO釋放量(p<0.05),說明紫竹鹽具有一定的抗炎作用。由圖2(b)和(c)可知,LPS組中TNF-α、IL-1β的含量顯著高于對照組(p<0.05)。粗海鹽組和精制海鹽組與LPS組相比,RAW264.7細(xì)胞中TNF-α、IL-1β的含量均無顯著性差異,而紫竹鹽組可顯著降低LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞中TNF-α、IL-1β的含量(p<0.05)。上述試驗(yàn)結(jié)果表明:紫竹鹽可通過下調(diào)RAW264.7細(xì)胞中TNF-α、IL-1β的分泌而起到抗炎作用。尹湘君[18]的研究表明石膏水煎液對LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞炎癥反應(yīng)模型有一定的抗炎藥效,其發(fā)揮抗炎藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)是有Ca元素,Ca元素可以通過影響TLR4/NF-κB通路而發(fā)揮其抗炎作用。紫竹鹽相比精制海鹽和粗海鹽,含有一定量的Ca元素,故能發(fā)揮一定的抗炎功效。
圖2 鹽樣品對LPS誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞炎癥的影響
2.2.1 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對HepG2細(xì)胞和WRL68細(xì)胞增殖的影響結(jié)果分析
紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對HepG2和WRL68增殖的影響如圖3所示,從圖中可以看出(H代表HepG2細(xì)胞,W代表WRL68細(xì)胞),在0.1%~0.8%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi),隨著鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,3種鹽樣品對HepG2和WRL68細(xì)胞的抑制率呈質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴關(guān)系,在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,其樣品對HepG2和WRL68細(xì)胞有很大的毒性。對于HepG2細(xì)胞,在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),粗海鹽組和精制海鹽組存活率為75%,而紫竹鹽組存活率為63%。在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí),粗海鹽組和精制海鹽組存活率降至30%,而紫竹鹽組存活率降至25%。對于WRL68細(xì)胞,在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),粗海鹽組和精制海鹽組存活率為80%,紫竹鹽組存活率為95%;而在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí),粗海鹽組和精制海鹽組存活率降至65%,紫竹鹽組存活率降至75%。試驗(yàn)結(jié)果表明,紫竹鹽抑制肝癌增殖效果優(yōu)于粗海鹽和精制海鹽,而對WRL68細(xì)胞的損傷程度小于粗海鹽和精制海鹽。陳湄沁[19]的研究表明竹鹽和巖鹽對正常人胃黏膜細(xì)胞(GES1)無明顯影響,對人胃癌細(xì)胞(SGC7901和BGC823)和人腸癌細(xì)胞(Caco2) 3種胃腸道癌細(xì)胞具有較好的體外增殖抑制效果,且竹鹽的抗癌效果優(yōu)于巖鹽;同時(shí)還表明細(xì)胞的耐酸性要強(qiáng)于耐堿性,甚至有一些細(xì)胞在偏酸環(huán)境中更易生長,癌細(xì)胞生長環(huán)境pH值一般為6.85~6.95,癌細(xì)胞在酸性體液環(huán)境下很容易生長和擴(kuò)散,而紫竹鹽的pH值呈明顯的弱堿性,可以推測紫竹鹽可能通過調(diào)節(jié)體液酸堿度,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
圖3 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對HepG2和WRL68增殖的影響
2.2.2 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對HepG2細(xì)胞凋亡影響的結(jié)果分析
由2.2.1節(jié)可知,在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)(0.8%),3種鹽樣品均對HepG2細(xì)胞產(chǎn)生較大毒性,細(xì)胞存活率低于30%,壞死細(xì)胞過多,不易進(jìn)行凋亡率測定;在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)(0.1%~0.4%),3種鹽樣品對HepG2細(xì)胞毒性較弱,細(xì)胞存活率均大于80%,細(xì)胞凋亡區(qū)別不顯著;而在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),3種鹽樣品開始對HepG2細(xì)胞產(chǎn)生毒性,細(xì)胞存活率低于70%,故選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的鹽樣品處理細(xì)胞。紫杉醇是世界公認(rèn)的強(qiáng)活性廣譜抗癌藥物,研究表明其對多種腫瘤細(xì)胞具有抑制增殖,誘導(dǎo)凋亡的作用[20],故選擇10 μg/mL的紫杉醇作為陽性對照組。圖4為紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對HepG2細(xì)胞凋亡的影響,其中紅色表示凋亡細(xì)胞部分,紫色表示存活細(xì)胞和壞死細(xì)胞部分,Q1-UL代表死細(xì)胞,Q1-UR代表晚期凋亡細(xì)胞,Q1-LR代表早期凋亡細(xì)胞,Q1-LL代表正常細(xì)胞,FITC-A代表指示劑FITC,PE-A代表PE通道信號(hào)。由圖4可知,采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的鹽樣品作用于HepG2細(xì)胞24 h后,與對照組相比,紫竹鹽組可顯著促進(jìn)HepG2細(xì)胞的凋亡,且促凋效果優(yōu)于粗海鹽組、精制海鹽組和紫杉醇組。紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對HepG2細(xì)胞凋亡率的影響見表1。由表1可知,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的鹽樣品作用HepG2細(xì)胞24 h后,紫竹鹽組的總凋亡率(66.56%±5.08%)高于粗海鹽組(31.02%±4.18%)、精制海鹽組(29.32%±5.13%)和紫杉醇組(41.16%±3.68%)。紫竹鹽主要促進(jìn)肝癌細(xì)胞的晚期凋亡,高達(dá)51.26%±3.28%。Yi等[12]的研究表明,不同煅燒次數(shù)的竹鹽對抑制小鼠體內(nèi)的腫瘤增殖效果存在顯著差異,其中9烤竹鹽對腫瘤增殖抑制效果優(yōu)于3烤竹鹽、1烤竹鹽,且不同煅燒次數(shù)的竹鹽對抑制腫瘤增殖效果均優(yōu)于精制食鹽和原鹽,與本試驗(yàn)的結(jié)果類似。紫竹鹽是經(jīng)過9次煅燒制得,紫竹鹽里K、Ca、Mg、Fe等元素的含量隨煅燒次數(shù)增多而增加,同時(shí)紫竹鹽比精制海鹽和粗海鹽具有更多的羥基,故表現(xiàn)出一定的抗癌活性。
圖4 紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對HepG2細(xì)胞凋亡的影響
表1 紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對HepG2細(xì)胞凋亡率的影響
2.2.3 紫竹鹽、精制海鹽和粗海鹽對WRL68細(xì)胞凋亡的影響結(jié)果分析
根據(jù)2.2.2節(jié),采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的鹽樣品處理WRL68細(xì)胞。圖5為紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對WRL68細(xì)胞凋亡的影響,其中紅色表示凋亡細(xì)胞部分,藍(lán)色表示存活細(xì)胞和壞死細(xì)胞部分,Q1-UL代表死細(xì)胞,Q1-UR代表晚期凋亡細(xì)胞,Q1-LR代表早期凋亡細(xì)胞,Q1-LL代表正常細(xì)胞,FITC-A代表指示劑FITC,PE-A代表PE通道信號(hào)。由圖5可知,與對照組相比,紫竹鹽組WRL68細(xì)胞的凋亡率遠(yuǎn)低于粗海鹽組、精制海鹽組和紫杉醇組,說明紫竹鹽對WRL68細(xì)胞凋亡的影響較小。紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對WRL68細(xì)胞凋亡率的影響見表2。由表2可知,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的鹽樣品作用于WRL68細(xì)胞24 h后,與對照組相比,紫竹鹽組的細(xì)胞凋亡率為8.56%±0.41%,遠(yuǎn)低于紫杉醇組(23.89%±2.28%)、粗海鹽組(21.45%±0.47%)和精制海鹽組(16.82%±1.49%)。試驗(yàn)結(jié)果表明,紫杉醇作為抗癌藥物,誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡的同時(shí)也會(huì)誘導(dǎo)WRL68細(xì)胞凋亡。而在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí),紫竹鹽對WRL68細(xì)胞的損傷程度低于粗海鹽、精制海鹽和紫杉醇。Zhao等[21]的研究表明,竹鹽可以顯著降低肝損傷的大鼠血清中天門冬氨酸氧基轉(zhuǎn)移酶和谷氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的活性,降低大鼠肝臟組織的受損程度,表明竹鹽對正常組織和細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用,與本試驗(yàn)的結(jié)果類似。
圖5 紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對WRL68細(xì)胞凋亡的影響
表2 紫竹鹽、精制海鹽、粗海鹽和紫杉醇對WRL68細(xì)胞凋亡率的影響
本研究對比分析了粗海鹽、精制海鹽和紫竹鹽對LPS誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞的炎癥和肝癌細(xì)胞增殖的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:紫竹鹽能顯著抑制RAW264.7細(xì)胞的NO釋放及降低TNF-α、IL-1β分泌,顯著抑制肝癌細(xì)胞的增殖。在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),紫竹鹽對肝癌細(xì)胞的凋亡率高達(dá)66.56%±5.08%,高于紫杉醇(41.16%±3.68%)、粗海鹽(31.02%±4.18%)和精制海鹽(29.32%±5.13%);在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況下,紫竹鹽對正常肝細(xì)胞的凋亡率為8.56%±0.41%,遠(yuǎn)低于紫杉醇(23.89%±2.28%)、粗海鹽(21.45%±0.47%)和精制海鹽(16.82%±1.49%)。因此,紫竹鹽抗炎活性優(yōu)于粗海鹽和精制海鹽,對肝癌細(xì)胞的抑制作用優(yōu)于紫杉醇、粗海鹽和精制海鹽,它對正常肝細(xì)胞的損傷程度低于紫杉醇、粗海鹽和精制海鹽。紫竹鹽作為一種功能性鹽,可以作為功能性食品添加劑代替部分普通食鹽,具有較好的應(yīng)用前景。