doi: 10.7541/2017.161
水飞蓟素抑制草鱼肝细胞脂质蓄积的作用及其机制研究
萧培珍1 吉 红1 张宝彤2 叶元土3 孙 健1 杨 洲1 李雪贤1 田晶晶1(1. 西北农林科技大学动物科技学院, 杨陵 712100; 2. 北京市营养源研究所水产动物系统营养研究开放实验室, 北京 100069;3. 苏州大学基础医学与生命科学学院, 苏州 215123)
摘要: 为探究水飞蓟素(Silymarin)对草鱼肝细胞脂质蓄积的作用及其机理, 体外培养草鱼肝细胞, 在用400 μmol/L油酸对其进行蓄脂诱导的同时, 采用不同质量浓度的水飞蓟素处理24h, 检测了肝细胞活力、脂质蓄积状况、抗氧化指标和脂质代谢相关基因表达状况。结果显示, 水飞蓟素质量浓度在75—125 μg/mL对草鱼肝细胞活力无影响(P>0.05); 与单独采用油酸进行蓄脂诱导的油酸组比较, 水飞蓟素和油酸共同处理的水飞蓟素组中, 随着水飞蓟素质量浓度的增加, 肝细胞内的脂质含量逐渐降低, 且水飞蓟素质量浓度在100—150 μg/mL时的肝细胞脂质蓄积水平显著降低(P<0.05); 与油酸组相比, 100 μg/mL水飞蓟素处理组的脂质含量以时间依赖性的模式显著降低(P<0.05), 还原型谷胱甘肽含量显著升高(P<0.05), 脂肪酸合成酶和硬脂酰辅酶A去饱和酶1的mRNA表达量显著下调(P<0.05)。研究表明, 水飞蓟素能够抑制草鱼肝细胞脂质蓄积, 其作用可能与其抑制脂质合成基因的表达有关; 同时, 水飞蓟素可能通过提高肝细胞的抗氧化能力发挥保护肝细胞的作用。关键词: 水飞蓟素; 脂质蓄积; 肝细胞; 草鱼; 油酸中图分类号: S963.7 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2017)06-1301-10
饲料油脂不仅能够为鱼体提供能量, 而且是养殖鱼类必需脂肪酸的重要来源[1]。研究表明, 提高饲料中脂肪水平能够节约蛋白质, 提高鱼体生长性能, 这已成为当前水产饲料配方技术发展的主要方向之一[2, 3]。然而, 过量的脂肪摄入, 会抑制养殖对象生长, 引发脂质在鱼体组织如肝胰脏和腹腔脂肪组织中的过度蓄积, 进而引起鱼类出现高脂血症、脂肪肝和脂质过氧化反应等症状[4—8]。由于饲料能量摄入过多或营养素不平衡导致肝细胞内脂质过度蓄积, 引起肝细胞脂肪变, 称为鱼类营养性脂肪肝[9]。当前几乎所有的主要养殖鱼类均有发生脂肪肝的报道, 脂肪肝不仅造成鱼体对摄入能量的浪费,而且严重威胁着鱼类健康[10, 11]。因此, 预防养殖鱼类脂肪肝的发生, 对提高鱼类生产性能、改善鱼类健康状况具有重要意义。水飞蓟素(Silymarin)是一种黄酮类植物提取物, 从紫花水飞蓟(Silybum marianum L.)的干燥果实中提取, 主要由4种黄酮类化合物组成, 包含水飞蓟宾A和B (Silibinin A and B)、异水飞蓟素宾A和B(Isosilibinin A and B)、水飞蓟亭(Silychristin)、水飞蓟宁(Silydianin)[12, 13]。在哺乳动物上, 水飞蓟素具有保护肝脏、抗氧化、抗炎、抗癌等作用[14—16]。在鱼类上, 水飞蓟素能够修复CCl4诱导的鲤肝损伤[17], 降低虹鳟血浆胆固醇含量[18], 抑制斑马鱼的脂质蓄积[19]。本研究室前期研究发现, 水飞蓟素能够降低高脂日粮诱导的草鱼肝脏脂质含量的增加[20]。草鱼(Ctenopharyngodon idellus)属于草食性鱼类, 是我国主要的淡水养殖品种之一, 2015年总产量为5.68×109 kg, 占全国淡水鱼总产量的20.91%(中国渔业统计年鉴, 2016)。有学者指出, 草鱼对饲料脂肪的利用能力较低[4, 21]。然而, 在实际生产中, 草第 41 卷 第 6 期水 生 生 物 学 报Vol. 41, No. 6 2017 年 11 月ACTA HYDROBIOLOGICA SINICANov., 2017 收稿日期: 2017-01-04; 修订日期: 2017-03-17基金项目: 陕西省水产健康生态养殖技术集成与示范(2014-TS-36)资助 [Supported by the Technical Integration and Demonstration ofAquaculture Health Ecology in Shaanxi Province (2014-TS-36)]作者简介: 萧培珍(1980—), 女, 山西忻州人; 博士研究生在读; 主要研究方向为水生生物研究方法与技术。E-mail: peizhenxiao2012@通信作者: 吉红(1967—), 男, 河南灵宝人; 博士, 教授, 博士生导师; 主要研究方向为水产动物营养与饲料。E-mail: jihong@鱼饲料脂质水平越来越高, 导致鱼体脂肪肝现象频繁发生。研究报道, 过量的游离脂肪酸摄入引起肝脏脂质过度蓄积, 导致肝细胞出现脂肪变性, 同时过量的游离脂肪酸也是产生脂毒性的重要介质, 引起细胞受损[22]。因此, 研究草鱼脂肪肝防控技术具有重要的理论和应用上的意义。目前, 关于水飞蓟素降脂作用的研究有一些报道[19, 23—25], 但评价手段较为单一。在哺乳动物上, 有学者通过构建细胞离体培养体系, 采用游离脂肪酸诱导建立脂肪肝细胞模型, 对一些功能性成分进行筛选[26—30], 在鱼类上,杜金梁等[31]用油酸构建了建鲤原代脂肪肝细胞损伤模型, 并获得了泽泻提取物对油酸诱导的脂肪肝具有保护作用, 而有关就水飞蓟素作用离体评价的研究还未见报道。因此, 本研究采用油酸与水飞蓟素共同处理草鱼肝细胞的技术路线, 探讨水飞蓟素对草鱼肝细胞脂质蓄积的作用和分子机制, 为养殖鱼类脂肪肝的防治和功能性饲料添加剂的开发提供参考资料。1 材料与方法1.1 主要试剂M199培养基、胎牛血清和无脂肪酸牛血清白蛋白购自Gibco公司, 水飞蓟素、油红O、MTT和油酸均购自Sigma公司, 二甲亚砜(Dimethyl sulfo-xide, DMSO)、碳酸氢钠、无水乙醇等化学试剂均为国产分析纯。Trizol、反转录试剂盒及荧光定量试剂盒购自TaKaRa公司。1.2 草鱼肝细胞的培养草鱼肝细胞(L8824)购自中国典型培养物保藏中心(China Center for Type Culture Collection,CCTCC)。将肝细胞置于10%胎牛血清的M199培养液中, 并于28℃、5% CO2饱和湿度培养箱中培养。隔天换液, 待细胞生长至汇合后, 用于试验。1.3 油酸溶液和水飞蓟素溶液的配制油酸用无水乙醇配制成100 mmol/L贮存液, 保存于–20℃, 使用前用2%无脂肪酸牛血清白蛋白的M199培养基将油酸稀释成10 mmol/L储备液。之后用10%胎牛血清的M199培养液配置成400 μmol/L油酸溶液待用。水飞蓟素用DMSO溶液配制成10 mg/mL贮存液, 保存于–20℃, 使用前用10%胎牛血清的M199培养液配制成不同质量浓度(5、25、50、75、100、125、150和200 μg/mL, 简写为SM5、25、50、75、100、125、150和200)的水飞蓟素工作液待用。1.4 试验处理根据本实验室前期研究成果, 选用400 μmol/L油酸处理草鱼肝细胞, 作为诱导肝细胞脂肪化的浓度[32]。试验组别设为对照组、油酸组和水飞蓟素处理组。其中: 对照组为不经任何处理的, 用10%胎牛血清的M199培养液培养肝细胞24h, 为正常肝细胞组(Control); 油酸组(OA组)为用含400 μmol/L油酸的培养液培养肝细胞24h; 水飞蓟素处理组(SM组)为用含有400 μmol/L油酸并同时添加不同质量浓度的水飞蓟素的培养液培养肝细胞24h。1.5 MTT法评估水飞蓟素对肝细胞活力的影响采用MTT法, 分别评估了不同质量浓度水飞蓟素对未加油酸和同时添加油酸的草鱼肝细胞活力的影响。具体操作如下:(1) 将草鱼肝细胞均匀接种于96孔板(150 μL/孔), 28℃, 5% CO2培养24h。之后, 更换为含有不同质量浓度(5、25、50、100和200 μg/mL)水飞蓟素的培养液培养肝细胞24h, 然后MTT法评估水飞蓟素对未加油酸的肝细胞活力的影响。(2) 将草鱼肝细胞均匀接种于96孔板(150 μL/孔), 28℃, 5% CO2培养24h。之后, 更换为含有油酸和不同质量浓度(75、100、125 μg/mL)水飞蓟素的培养液培养肝细胞24h, 然后MTT法评估水飞蓟素对添加油酸的肝细胞活力的影响。MTT法操作步骤为: 细胞经上述处理后, 向每孔加入20 μL的MTT溶液(5 mg/mL), 在28℃、5%CO2条件下继续培养4h, 吸弃培养液, 用PBS洗1次,吸弃, 每孔加入150 μL DMSO, 于28 ℃孵育10 min,溶解细胞中的甲臢。用Gen5 酶标仪于490 nm波长处测定吸光值, 每组6个重复。1.6 油红O染色提取法及试剂盒法测定细胞甘油三酯含量将草鱼肝细胞均匀接种于96孔板, 根据1.4方式处理肝细胞后, 吸弃培养基, 每孔用PBS洗2次, 加入10%的甲醛溶液固定30min, PBS洗2次, 加入新鲜配制的油红O染液浸染15min, 之后用PBS清洗2次,于倒置显微镜下观察细胞内脂滴的染色情况, 拍照记录。之后每孔加入150 μL的异丙醇萃取脂质, 用Gen5 酶标仪于490 nm波长处测定吸光值。每组6个重复。此外, 用甘油三酯试剂盒定量测定细胞内甘油三酯含量(北京普利莱基因技术有限公司), 进一步确定水飞蓟素抑制脂质积累的质量浓度。1.7 抗氧化指标的检测将草鱼肝细胞均匀接种于24孔板, 按照1.4方式处理肝细胞后, 吸弃培养基, 胰蛋白酶消化细胞, 待细胞接近圆球形时, 立即加入含10%胎牛血清的1302水 生 生 物 学 报41 卷M199培养液终止消化, 用移液器反复轻轻吹打, 收集细胞悬液, 1000 r/min离心5min, 弃上清液, 加PBS吹打均匀, 1000 r/min离心5min, 弃上清液, 收集细胞待用, 用于抗氧化指标测定。抗氧化指标包括超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase, SOD)和还原型谷胱甘肽(Reduced gluta-thione, GSH), 均采用试剂盒进行测定(南京建成生物工程研究所)。细胞蛋白含量用Bradford蛋白浓度测定试剂盒测定蛋白含量(碧云天生物技术有限公司)。1.8 实时定量PCR检测脂质代谢相关基因mRNA的表达将草鱼肝细胞均匀接种于24孔板, 按照1.4方式处理肝细胞后, 吸弃培养基, PBS清洗2次, 提取总RNA, 并反转录。采用CFX-96实时定量PCR仪(Bio-Rad, USA)测定相关基因的mRNA表达量。20 μL反应体系, 包括: 上下游引物(10 mmol/μL)各0.6 μL、cDNA 1 μL、2×SYBR Premix Ex TaqTM II10 μL、灭菌双蒸水加至20 μL。反应条件是: 95℃,10s; 95℃, 15s; 57℃, 15s; 40个循环。实时定量检测基因β-actin、FAS、ACC、SCD1、ATGL、HSL、CPT1的引物序列见表 1。在反应结束后, 利用溶解曲线对产物的唯一性进行分析。β-actin作为内参,相对定量法比较Ct值(2–ΔΔCt), 计算基因表达量, 并作图分析, 每组3个重复。1.9 统计分析所有数据均以平均值±标准误(Mean±SE)表示。采用SPSS18.0软件中的单因素方差分析(One-way ANOVA)以及Duncan氏多重比较, t-检验对数据进行统计学分析。显著水平为P<0.05, 极显著水平为P<0.01。2 结果2.1 水飞蓟素对草鱼肝细胞活力的影响首先评估了水飞蓟素对未加油酸的草鱼肝细胞活力影响(图 1), 结果显示, 与对照组比较, 水飞蓟素质量浓度在25—100 μg/mL时显著增加了细胞活力(P<0.05), 而在5和200 μg/mL时均与对照组无显著差异(P>0.05)。进一步评估了水飞蓟素和油酸共同处理草鱼肝细胞24h后, 对肝细胞活力的影响(图 2), 结果显示, 与对照组比较, 油酸组(OA组)显著提高了肝细胞活力(P<0.05)。与油酸组(OA组)比较, SM75、SM100组均显著提高了细胞活力(P<0.05), 而SM125组无显著影响(P>0.05)。这表明水飞蓟素质量浓度在75—125 μg/mL并同时添加400 μmol/L油酸对草鱼肝细胞活力无抑制作用。2.2 水飞蓟素对草鱼肝细胞脂质蓄积的抑制作用采用不同质量浓度的水飞蓟素和油酸处理草鱼肝细胞24h后, 通过油红O染色对细胞形态进行了观察(图 3A), 随着水飞蓟素质量浓度的增加, 草鱼肝细胞内红色脂滴含量呈现出减少的趋势, 且脂滴变小, 颜色变浅。同时, 用油红O染色提取比色法定量分析细胞内脂质含量(图 3B), 结果显示, 与对照组比较, 油酸组(OA组)的脂质含量显著增加(P<0.05)。与油酸组(OA组)比较, SM5组的脂质含量显著增加(P<0.05), 之后随着水飞蓟素质量浓度的增加, 肝细胞内的脂质含量逐渐降低, 且水飞蓟素质量浓度在100—150 μg/mL时的脂质含量显著降低(P<0.05)。进一步用甘油三酯试剂盒定量检测肝细胞甘油三酯含量(图 4), 结果显示水飞蓟素100 μg/mL处理肝细胞24h后, 肝细胞内甘油三酯含量显著低于油酸组(OA组), 但高于对照组(P<0.05); 油酸组(OA组)肝细胞内甘油三酯含量则显著高于对照组(P<0.05)。2.3 水飞蓟素对草鱼肝细胞脂质蓄积抑制作用的时间依赖关系研究了水飞蓟素对草鱼肝细胞脂质蓄积抑制作用的时间依赖关系(图 5)。选择质量浓度为100 μg/mL的水飞蓟素处理肝细胞, 油红O染色提取比色法定量分析细胞脂质含量(图 5B)。结果显示, 与油酸组(OA组)相比, 随着水飞蓟素处理时间的延长, 在12h时肝细胞脂质含量出现显著降低(P<0.05), 在18h和24h时肝细胞内脂质含量均极显著降低(P<0.01)。油红O染色后光学显微镜观察细胞形态(图 5A), 随着水飞蓟素处理时间的延长, 在同一时间点肝细胞内的红色脂滴少且颜色浅于油酸组。表 1 实时定量PCR引物序列Tab. 1 Primers used in real-time quantitative PCR基因Targetgene序列号Accessionnumber引物Primers(5′—3′)β-actinDQ211096TCCTGGACAAACGTTACCTGGTGTAAGGTGGTCTCATGGATACCGCAAFASGQ466046ATGACCTTTCCAACAACACACCGTTGCCTTCCTCAAACAAAGCGTACCHM142590TGGAGGTGGCCTTCAACAATACCAAAGGGTCCATGATGACAGTTGGGASCD1AJ243835GCCTTCCAGAATGACATCTACGCCGATGTGAGCAAAGAATGLHQ845211AGTGATGGTGGTCTTCAGCTCCGAAGTGTCGGACTTCAGCTCCAAAGAHSLHQ446238TGGAACGTTACTGAGTCTGGAAGCGCACGTTGACTGGCPT1JF728839GTTACACTGGATGACACAGAGTTAAGGCCCATAGTTCCATTC6 期萧培珍等: 水飞蓟素抑制草鱼肝细胞脂质蓄积的作用及其机制研究1303