藜蒿叶提取物缓解痛风炎症的活性成分鉴定及其分子机制研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyhf_lwh
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痛风是一种由于尿酸水平过高导致尿酸钠(monosodiumurate,MSU)沉积在关节等组织,引起机体炎症反应的代谢性疾病。黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XOD)是尿酸生成的关键酶,来源于食品中的活性成分可以有效抑制XOD和痛风炎症。藜蒿是一种分布在我国多个省份的蔬菜,富含多酚、三萜等活性成分的藜蒿叶被报道具有抗氧化、抑制XOD和抑制白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)的活性。然而,藜蒿叶抑制XOD的化学成分尚有待明晰,且藜蒿叶是否具有缓解痛风炎症的活性目前尚不明确。因此,本文旨在探究藜蒿叶体外缓解痛风的活性成分及其分子机制。首先,采用活性导向分离和高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(High performance liquid chromatography of quadrupole time of flight mass spectrometry,HPLC-Q/TOF-MS)方法,明确了藜蒿叶体外抑制XOD和缓解痛风相关炎症因子白细胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的物质基础;其次,从抑制XOD的角度,采用荧光光谱、圆二色谱、分子对接等手段分析藜蒿叶重要活性成分抑制XOD的机理;从缓解痛风炎症的角度,采用THP-1巨噬细胞建立MSU诱导的痛风炎症模型,借助酶联免疫分析(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)、免疫荧光技术、实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,qPCR)、蛋白免疫印迹技术(Western Blot)探究了藜蒿叶活性组分及其重要活性成分缓解痛风炎症的分子机制,本研究将为藜蒿叶开发成预防痛风的食品提供借鉴。主要研究结果如下:(1)以XOD和IL-1β为评价指标,明确了双咖啡酰奎宁酸(di-caffeoylquinic acid,di-CQA)是藜蒿叶体外抑制XOD和缓解痛风炎症的活性成分。采用活性导向分离方法,锚定藜蒿叶提取物乙酸乙酯部位是抑制XOD活力和MSU诱导的IL-1β分泌最强的活性部位;采用HPLC-Q/TOF-MS技术鉴定了藜蒿叶提取物乙酸乙酯部位中的化学成分,结果显示,di-CQA类化合物是藜蒿叶发挥抑制XOD活力和MSU诱导的IL-1β分泌的物质基础,藜蒿叶中的di-CQA主要包括1,4-diCQA、1,5-diCQA、3,4-diCQA、3,5-diCQA和4,5-diCQA。其中,1,4-diCQA在藜蒿叶中的发现为首次报道,且与其他结构的di-CQA相比具有更强的抑制XOD活性。(2)研究了不同结构的di-CQA抑制XOD活力和抑制MSU诱导的IL-1β分泌的影响。构效关系结果表明,不同咖啡酸取代位置对di-CQA抑制XOD的影响强弱为C1取代>C4取代>C5取代>C3取代。分子对接的结果表明,6种di-CQA抑制XOD的差异与其作用于XOD形成氢键的氨基酸残基不同有关,当di-CQA抑制XOD的活性较高时,其更易与XOD的氨基酸残基Ser1082、Asp1084和Thr1077形成氢键。不同咖啡酸取代位置影响di-CQA抑制MSU诱导的IL-1β分泌的活性,表现的规律为C1取代>C5取代>C3取代,C4取代≥C5取代。(3)采用紫外光谱、荧光光谱、圆二色谱方法,探究了藜蒿叶重要活性成分1,4-diCQA抑制XOD的机理。酶抑制动力学结果表明,1,4-diCQA抑制XOD的反应是可逆的竞争型抑制类型,1,4-diCQA与XOD仅有一个结合位点。荧光光谱结果表明,1,4-diCQA与XOD的结合主要由氢键和范德华力驱动。圆二色谱结果表明,1,4-diCQA与XOD的相互作用导致了 XOD二级结构的变化,表现为β-折叠含量的增加,α-螺旋、β-转角和无规螺卷曲含量的降低。所有结果表明,1,4-diCQA通过与黄嘌呤竞争XOD的钼蝶呤(molybdopterin,Mo-pt)活性中心、诱导XOD的二级结构变化的方式来降低XOD的催化活性。(4)采用MSU刺激的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)预孵育的(LPS-primed)THP-1巨噬细胞建立的痛风炎症模型,探究藜蒿叶di-CQA提取物通过调控核苷酸结合寡聚化结构域样受体3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing pyrin domain 3,NLRP3)炎症小体和核转录因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2,Nrf2)抗氧化信号通路缓解痛风炎症的分子机制。qPCR和ELISA结果表明,藜蒿叶di-CQA提取物显著降低了 MSU诱导的LPS-primed THP-1 巨噬细胞炎症因子 IL-1β、白细胞介素 18(interleukin-18,IL-18)、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor α,TNF-α)的mRNA转录和蛋白表达水平,表明藜蒿叶di-CQA提取物具有缓解痛风炎症的效果。Westem Blot结果表明,藜蒿叶di-CQA提取物可以抑制κB抑制因子α(inhibitor of κBα,IκBα)的降解、p65的磷酸化,抑制核转录因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路的激活,进而抑制下游炎症相关蛋白IL-1β前体(pro-interleukin-1β,pro-IL-1β)、半胱天冬蛋白酶前体(pro-cysteine-dependent aspartate-directed protease-1,pro-caspase-1)、NLRP3蛋白的表达,从而抑制NLRP3炎症小体的启动。藜蒿叶di-CQA提取物可以抑制凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)的寡聚化,同时抑制NLRP3炎症小体活化产生的半胱天冬蛋白酶(cysteine-dependent aspartate-directed protease-1,caspase-1)、IL-1β 蛋白 的表达。此外,藜蒿叶 di-CQA 提取物可以激活Nrf2抗氧化信号通路,促进下游抗氧化蛋白醌氧化还原酶-1(NADPH quinone oxidoreductase-1,NQO1)和血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)的表达,降低活性氧(reactiveo xygen species,ROS)的产生。加入Nrf2蛋白转核抑制剂ML385后显著抑制了藜蒿叶di-CQA提取物诱导的Nrf2核转入,且降低了藜蒿叶di-CQA提取物对MSU诱导IL-1β分泌的抑制效果。以上结果表明,藜蒿叶di-CQA提取物通过抑制NLRP3炎症小体的活化及激活Nrf2抗氧化信号通路发挥缓解痛风炎症的活性。(5)采用MSU刺激的LPS-primed THP-1巨噬细胞建立的痛风炎症模型,探究藜蒿叶重要活性成分1,4-diCQA通过调控NLRP3炎症小体和腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)自噬信号通路缓解痛风炎症的分子机制。qPCR和ELISA结果表明,1,4-diCQA可以抑制痛风相关的炎症因子IL-1β、TNF-α和IL-6的mRNA转录和蛋白的表达,具有缓解痛风炎症的活性。Western Blot和免疫荧光结果表明,1,4-diCQA显著抑制了 LPS诱导的p65磷酸化和p65的入核,阻止了 NF-κB信号通路的激活,进而抑制下游炎症相关蛋白pro-IL-1β、pro-caspase-1和NLRP3蛋白的表达,抑制了 NLRP3炎症小体的启动;1,4-diCQA同时可以抑制ASC寡聚化及NLRP3炎症小体活化产生的caspase-1、IL-1β蛋白的表达;1,4-diCQA促进了 p-AMPK/AMPK 比值、沉默信息调节因子1(silent mating type information regulation 2 homolog 1,SIRT1)蛋白表达和 LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ 比值的增加,激活了 AMPK自噬信号通路,降低了 ROS的产生。加入自噬抑制剂3-MA后显著降低了 1,4-diCQA对LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ 比值的增加作用及对MSU诱导IL-1β分泌的抑制效果。以上结果表明,1,4-diCQA可以通过抑制NLRP3炎症小体的活化及激活AMPK自噬信号通路缓解痛风炎症。
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