牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷HepG2細胞蛋白羰基含量及抗氧化酶活性的影響

吳相佚，劉斯，宋馨然，李天歌，姜巖世，毛學(xué)英*

1(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京，100083) 2(西藏高原之寶牦牛乳業(yè)股份有限公司，西藏 拉薩，850000)

牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷HepG2細胞蛋白羰基含量及抗氧化酶活性的影響

吳相佚1，劉斯1，宋馨然1，李天歌1，姜巖世2，毛學(xué)英1*

1(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京，100083) 2(西藏高原之寶牦牛乳業(yè)股份有限公司，西藏 拉薩，850000)

為探究牦牛乳酪蛋白酶解物緩解氧化應(yīng)激損傷的作用，利用過氧化氫(H2O2)建立氧化損傷細胞模型，以細胞蛋白質(zhì)羰基含量及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase, CAT)的活性為指標(biāo)評價牦牛乳酪蛋白酶解物的活性。結(jié)果表明，利用酶解物處理H2O2損傷的HepG2細胞，能夠緩解H2O2誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)羰基含量升高，并增加細胞內(nèi)SOD、CAT、GSH-Px的活性，從而提高機體抗氧化能力，緩解H2O2引發(fā)的氧化應(yīng)激狀態(tài)。研究證明，牦牛乳酪蛋白酶解物具有緩解氧化應(yīng)激損傷的作用，為牦牛乳資源的進一步開發(fā)利用及乳源活性肽應(yīng)用于抗氧化功能食品提供了依據(jù)。

牦牛乳酪蛋白酶解物；氧化損傷；抗氧化酶

由于細胞呼吸和能量代謝，人體內(nèi)時刻發(fā)生著有氧氧化，在細胞中產(chǎn)生活性氧分子(reactive oxygen species, ROS)，如超氧陰離子和羥自由基。當(dāng)細胞受到內(nèi)外環(huán)境的刺激后，ROS增多，從而破壞了機體氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡，最終導(dǎo)致氧化應(yīng)激[1]。研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致機體衰老和與衰老相關(guān)疾病的根本原因，并能夠引發(fā)多種疾病，如動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病等[2]。因此，對氧化應(yīng)激的防治成為近年來研究的熱點。

牦牛乳具有豐富的營養(yǎng)成分以及無污染、純天然等優(yōu)點，具有巨大的生產(chǎn)潛力和廣闊的發(fā)展空間。然而，牦牛乳資源并未得到充分的開發(fā)利用，其中60%的乳及乳制品用于當(dāng)?shù)啬撩裣M，牧民將其加工成“酥油、糌粑、曲拉” 等特色乳制品，產(chǎn)品附加值低[3-4]。牦牛乳中約80%的蛋白質(zhì)是酪蛋白，利用商業(yè)化蛋白酶酶解牦牛乳酪蛋白，可以得到多種活性生物肽，如阿片肽、酪啡肽、免疫調(diào)節(jié)肽、抗氧化肽等[5-8]，從而增加牦牛乳酪蛋白的附加產(chǎn)值。

目前關(guān)于酪蛋白及其酶解物抗氧化活性的研究僅限于其體外清除自由基能力的評價，利用細胞模型研究關(guān)于酪蛋白及其酶解物對氧化應(yīng)激損傷的保護作用尚未見報道。因此，本研究以牦牛乳酪蛋白為研究對象，探討其酶解物對HepG2細胞氧化損傷的保護作用，為研究乳源性生物活性肽在調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)方面的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

HepG2(人肝癌細胞)，購自北京協(xié)和醫(yī)院；牦牛乳酪蛋白(西藏高原之寶牦牛乳業(yè)股份有限公司)；MEM高糖培養(yǎng)基(HyClone)；胎牛血清(Bioin)；青鏈霉素雙抗溶液(100×)、非必須氨基酸(100×)、0.25%胰蛋白酶(含EDTA)(Gbico)；木瓜蛋白酶(P3250-25G，Sigma)、MTT(0793-1G， Amrecso)、DEPC、DMSO(細胞培養(yǎng)級)、BCA蛋白測定試劑盒(天根生化科技)、SOD、GSH-Px、CAT試劑盒(南京建成生物工程研究所)；DCFH-DA、DNPH(Sigma)。

1.2儀器與設(shè)備

MCO-17AC二氧化碳培養(yǎng)箱，日本Sanyo公司；SCIENTZ-ⅡD 細胞超聲破碎儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；iMarkTMMicroplate Reader 酶標(biāo)儀，美國Bio-rad公司； UV-2600 紫外可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1 HepG2細胞培養(yǎng)

細胞貼壁面積達到80%～90%時開始傳代，棄去培養(yǎng)基后用1 mL PBS沖洗殘留培養(yǎng)液，加入1 mL 0.25%胰蛋白酶消化，結(jié)束后加入2 mL新鮮培養(yǎng)基不斷吹打平皿底壁使細胞均勻分散重懸，接種到新的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。取對數(shù)生長期的細胞用于實驗。

1.3.2 蛋白質(zhì)羰基含量測定

參考貢慧等[9]的方法。蛋白溶液離心去除上清液，加入1.5 mL 2,4-二硝基苯肼的HCl溶液，25 ℃避光反應(yīng)1 h，每15 min振蕩1次，空白組中加入不含2,4-二硝基苯肼的HCl溶液。反應(yīng)后加入2 mL TCA溶液，于8 000 r/min離心5 min，棄上清液，沉淀用1 mLV(乙醇)∶V(乙酸乙酯)=1∶1的混合液清洗，8 000 r/min 離心15 min，重復(fù)3 次。清洗結(jié)束后，棄清洗液，加入250 μL 6 mol/L 鹽酸胍溶液振蕩，37 ℃水浴60 min，使蛋白質(zhì)重新溶解。于370 nm波長下測定吸光值。

1.3.3 細胞過氧化氫酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性的測定

取對數(shù)生長期的細胞，消化后接種，培養(yǎng)24 h后分為：

空白組：正常細胞；

模型組：細胞+ H2O2(H2O2濃度為400 μmol/L)；

實驗組：細胞+ H2O2+0.5 mg/mL樣品；細胞+ H2O2+1.0 mg/mL樣品；細胞 + H2O2+2.0 mg/mL樣品(H2O2濃度為400 μmol/L)。

細胞培養(yǎng)12 h后，模型組提前加入不同濃度的樣品50 μL 預(yù)孵2 h，取出去除上清液后，再在培養(yǎng)基中加入50 μL H2O2和不同濃度樣品，同其他組繼續(xù)培養(yǎng)12 h后，超聲破碎細胞1 min，測定CAT、SOD和GSH-Px指標(biāo)，操作按照試劑盒說明書進行。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。統(tǒng)計分析均采取版本為17.0的SPSS軟件(SPSS Inc., Chicago, 1L)進行。當(dāng)多組數(shù)據(jù)間進行顯著性分析時，使用單因素方差分析(one way ANOVA)伴隨Duncan多重比較，當(dāng)plt;0.05認為具有顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1誘導(dǎo)HepG2細胞損傷所需H2O2濃度的確定

為確定氧化應(yīng)激損傷條件，HepG2細胞分別用不同濃度的H2O2(50、100、200 、400 、800 μmol/L)處理0、3、6、12 h。MTT檢測結(jié)果顯示，隨著H2O2濃度增加，HepG2細胞存活率逐漸降低(如圖1)，呈濃度依賴效應(yīng)。與處理0小時相比，當(dāng)H2O2濃度為400 μmol/L，HepG2細胞處理6 h時，細胞存活率為(53.91±4.63)%(plt;0.05)；當(dāng)H2O2濃度為800 μmol/L時，細胞存活率僅為(29.57±1.45)%。說明800 μmol/L的H2O2對細胞有明顯的毒性作用。出于時間和效率的考慮，后續(xù)實驗以400 μmol/L H2O2處理6 h為建模條件，進一步探討牦牛乳酪蛋白酶解物對HepG2的保護作用。

圖1 H2O2對細胞存活率的影響Fig.1 Effect of H2O2 on the viability of HepG2 cells

2.2牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的HepG2細胞蛋白羰基含量的影響

細胞氧化損傷可由蛋白質(zhì)羰基含量表征。如圖2所示，與正常對照組相比，H2O2可顯著誘導(dǎo)HepG2細胞蛋白質(zhì)氧化損傷(plt;0.05)，H2O2損傷組細胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基含量從(33.54±1.28) nM/mg pro上升到(65.33±2.08) nM/mg pro。而牦牛乳酪蛋白酶解物在H2O2前干預(yù)細胞顯著抑制了H2O2誘導(dǎo)的蛋白羰基增多；與H2O2損傷組相比，隨著牦牛乳酪蛋白酶解物干預(yù)濃度升高，H2O2損傷的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基含量顯著降低(plt;0.05)，并且呈現(xiàn)濃度依賴效應(yīng)。結(jié)果表明LAH可以緩解H2O2誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)氧化損傷。

圖2 牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)HepG2細胞蛋白質(zhì)羰基含量的影響Fig.2 Effect of yak milk casein hydrolysates on the protein carbonyl content of H2O2-induced HepG2 cells

2.3牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的HepG2細胞CAT活力的影響

過氧化氫酶(CAT)可催化體內(nèi)氧自由基O2-·歧化反應(yīng)生成的H2O2分解為H2O和O2，從而清除細胞內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，對機體有重要的保護作用[10]。牦牛乳酪蛋白酶解物對細胞CAT活性檢測結(jié)果見圖3。由表3可以看出，與空白組對比，模型組CAT活性明顯降低(plt;0.05)；與模型組對比，牦牛乳酪蛋白酶解物處理的細胞CAT活性顯著升高(plt;0.05)并呈現(xiàn)濃度依賴效應(yīng)。

圖3 牦牛乳酪蛋白酶解物對CAT活性的影響Fig.3 Effect of yak milk casein hydrolysates on the activity of CAT

2.4牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的HepG2細胞SOD活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是重要的機體內(nèi)抗氧化酶之一，SOD通過清除體內(nèi)過多的氧自由基延緩機體衰老、提高機體免疫力并增強對疾病的抵抗力[11]。由圖4可知，模型組的SOD活性明顯低于空白組(plt;0.05)；經(jīng)牦牛乳酪蛋白酶解物處理后，細胞內(nèi)SOD活性明顯高于模型組(plt;0.05)并呈現(xiàn)濃度依賴效應(yīng)。

圖4 牦牛乳酪蛋白酶解物對SOD活力的影響Fig.4 Effect of yak milk casein hydrolysates on the activity of SOD

2.5牦牛乳酪蛋白酶解物對H2O2誘導(dǎo)的HepG2細胞GSH-Px活性的影響

谷胱甘肽過氧化物酶 (GSH-Px)是廣泛存在于機體內(nèi)的一種重要的過氧化物分解酶，可以清除細胞代謝過程中產(chǎn)生的過多的羥自由基和過氧化物，減輕細胞膜的過氧化作用[12]。由圖5可知，與空白組相比，模型組GSH-Px活性明顯降低(plt;0.05)；經(jīng)牦牛乳酪蛋白酶解物處理后細胞內(nèi)GSH-Px明顯升高(plt;0.05)，且呈濃度依賴效應(yīng)。

圖5 牦牛乳酪蛋白酶解物對GSH-Px活力的影響Fig.5 Effect of yak milk casein hydrolysates on the activity of GSH-Px

3 討論

氧化應(yīng)激是指細胞暴露于高濃度氧分子或氧的化學(xué)衍生物而引起的細胞損傷，在代謝綜合癥中起著重要作用，它是肥胖、糖尿病、脂質(zhì)沉積、慢性炎癥等發(fā)生、發(fā)展的重要介導(dǎo)因素[13-14]。H2O2是一種重要的活性氧，其本身并不具有自由基的性質(zhì)，但它極易透過細胞膜，引發(fā)脂質(zhì)氧化、導(dǎo)致生物大分子損傷，是建立細胞氧化損傷的常用物質(zhì)之一，廣泛用于成骨細胞、神經(jīng)細胞、血管內(nèi)皮細胞、肝細胞等細胞模型中[15]。由于HepG2細胞具有與人正常肝細胞相同的功能，并完全表達肝細胞中的抗氧化酶及解毒酶，因此在探究外源化學(xué)物及天然抗氧化物質(zhì)的細胞保護作用中常作為一種良好的細胞模型[16]。

越來越多證據(jù)表明，當(dāng)活性氧的產(chǎn)生過量時，其會超過SOD、GSH-Px、CAT等保護性酶的保護作用，細胞膜磷脂、細胞蛋白、DNA和酶的氧化導(dǎo)致細胞呼吸的中止而引起細胞的凋亡[17]。乳蛋白是一種常見的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，國內(nèi)外研究者們已利用酶解、發(fā)酵等方式從酪蛋白和乳清蛋白中提取得到具有抗氧化活性的生物肽。天然乳源性抗氧化肽具有天然、安全、易吸收、副作用小等特點[18]。許多研究已表明體內(nèi)體外條件下不同蛋白酶解物及肽類對肝臟氧化損傷具有保護作用，可以提高肝組織及肝細胞中的抗氧化酶活力，清除過量ROS的生成，降低脂質(zhì)過氧化損傷水平[19]。酪蛋白酶解物具有較強的Fe2+螯合能力、羥自由基和ABTS自由基清除能力[17，20-21]，適量的酪蛋白酶解物能夠提高小鼠血漿和肝臟GSH-Px活性及肝臟SOD活性[22]。酪蛋白木瓜蛋白酶酶解物通過類蛋白反應(yīng)改善后，其產(chǎn)物具有更高的DPPH、羥自由基清除能力和還原力，且酶解物能夠?qū)2O2或半乳糖胺所致大鼠肝細胞氧化應(yīng)激損傷有顯著改善作用，降低脂質(zhì)過氧化損傷水平[23]。牛乳酪蛋白堿性蛋白酶酶解物經(jīng)過濾分級后得到的低分子量組分能夠通過增加肝細胞抗氧化酶活力及改善細胞凋亡來緩解H2O2誘導(dǎo)的HepG2細胞氧化應(yīng)激損傷[24]。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥誘導(dǎo)小鼠補充乳源性小肽后，小鼠體內(nèi)肝臟抗氧化酶的酶活顯著提高[25]。此外，乳源活性肽由于氨基酸組成種類不同和順序不同，具有不同的生理活性，如Leu-Leu-Met肽具有免疫調(diào)節(jié)作用，含巰基的肽類還具有抗氧化、捕獲自由基的作用。LI 等[26]從山羊奶酪蛋白酶解物中分離鑒定出5種新型抗氧化肽，其肽段組成分別為Val-Tyr-Pro-Phe，Phe-Gly-Gly-Met-Ala-His，Phe-Pro-Tyr-Cys-Ala-Pro，Tyr-Val-Pro-Glu-Pro-Phe，Tyr-Pro-Pro-Tyr-Glu-Thr-Tyr，具有良好的自由基清除能力、Fe2+結(jié)合能力及降低脂質(zhì)過氧化水平的能力。由此可知，酪蛋白源活性肽具有平衡細胞內(nèi)自由基生成及緩解氧化損傷的能力[27-28]。基于此結(jié)論，我們進一步采用細胞模型的生物評價方法，利用H2O2誘導(dǎo)HepG2細胞氧化損傷來評價牦牛乳酪蛋白酶解物緩解肝細胞氧化應(yīng)激損傷的活性。

本研究結(jié)果顯示，牦牛乳酪蛋白酶解物可以緩解H2O2所致的細胞存活率下降和細胞內(nèi)抗氧化酶活性的降低，這可能是由于酪蛋白糖巨肽經(jīng)酶解后，產(chǎn)生許多短肽，這些短肽的抗氧化作用大量淬滅了H2O2在細胞內(nèi)經(jīng)代謝產(chǎn)生的氧自由基，阻止了自由基對細胞膜的脂質(zhì)過氧化損傷，保護了細胞膜的同時，胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)可能也因此受到保護。

綜上所述，本部分研究表明，牦牛乳酪蛋白酶解物可通過增加細胞存活率、緩解蛋白質(zhì)氧化損傷，顯著抑制H2O2對HepG2細胞的損害，緩解H2O2對HepG2細胞活性的降低，發(fā)揮細胞保護效應(yīng)。

4 結(jié)論

本研究證明牦牛乳酪蛋白酶解物具有良好的抗氧化活性。利用0.5～2.0 mg/mL 牦牛乳酪蛋白酶解物孵育細胞能夠顯著減輕蛋白質(zhì)氧化損傷水平和抗氧化酶降低程度，從而發(fā)揮對HepG2細胞氧化應(yīng)激損傷的保護作用，為研究乳源性生物活性肽對調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)方面的應(yīng)用提供參考。

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EffectofyakmilkcaseinhydrolysatesonproteincarbonylcontentandactivityofantioxidantenzymesofoxidativedamagedHepG2cellsinducedbyH2O2

WU Xiang-yi1, LIU Si1, SONG Xin-ran1, LI Tian-ge1, JIANG Yan-shi2, MAO Xue-ying1*

1(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China) 2(Treasure of Plateau Yak Dairy Co.,Ltd, Lhasa 850000, China )

To evaluate the antioxidative activity of yak milk casein hydrolysatesinvitro, HepG2 cells were treated with H2O2to establish the oxidative model. The protein carbonyl content and the activity of SOD, GSH-Px and CAT of HepG2 cells pretreated with yak milk casein hydrolysates were measured to analyze the antioxidative activity of yak milk casein hydrolysates. The results showed that pretreatment with yak milk casein hydrolysates significantly alleviated the increase of protein carbonyl content induced by H2O2and increased the activity of SOD, CAT and GSH-Px, suggesting the antioxidative capacity of yak milk casein hydrolysates in vitro. The results suggested that yak milk casein hydrolysates possessed protective effects against H2O2-induced oxidative damage in HepG2 cells, which provided a basis for the further utilization of yak milk resources and for the application of the bioactive peptides as antioxidant functional foods.

yak milk casein hydrolysates; oxidative damage; antioxidant enzyme

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.015087

本科(毛學(xué)英教授為通訊作者,E-mail：maoxueying@cau.edu.cn)。

國家大學(xué)生科研創(chuàng)新項目計劃；北京市奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊(BAIC06-2017)；國家自然科學(xué)基金(31371753)

2017-07-03，改回日期：2017-08-03