棕櫚酸對綿羊單核巨噬細胞炎性因子和氧化應激水平的影響

姚玉昌，趙多維，肖十雨，盧暢，亓美玉

（1.黑龍江普通高等學校動物遺傳育種與繁殖重點實驗室，哈爾濱 150030；2.東北農業大學動物科學技術學院，哈爾濱 150030；3.黑龍江省農業科學院畜牧研究所，哈爾濱 150086）

脂肪酸（Fatty acid，FA）是由偶數個碳原子組成的直鏈脂肪族羧酸，可調節細胞內信使傳遞[1]、影響部分關鍵基因轉錄[2]，對細胞代謝存在直接調控作用。脂肪酸按其碳鏈長度可分為短鏈（2-4 C）、中鏈（6-10 C）及長鏈（12-26 C）脂肪酸，按其飽和度又可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。研究表明，高濃度長鏈飽和脂肪酸具有一定細胞毒性，可誘導炎性因子過量表達[3]、ROS產生、細胞自噬和凋亡通路的激活[4]；而長鏈n-3多不飽和脂肪酸則具有一定程度緩解作用[5]。棕櫚酸（Palmitic acid，PA）作為一種典型長鏈飽和脂肪酸，具有較強的脂毒性作用，可引起細胞內過度炎癥反應[6]和氧化應激[7]。亞麻酸（Linoleic acid,LNA）作為一種n-3類多不飽和脂肪酸，可緩解過度炎癥反應[8]，改善細胞氧化應激狀態[9]。

Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）作為一種模式識別受體，可特異性識別革蘭氏陰性菌細胞壁的脂多糖（LPS）成分，激活MyD88依賴和非依賴信號通路，在多種細胞中誘發炎癥、氧化應激、自噬和凋亡等生物學反應[10-12]。TLR4基因除可被LPS激活外，其還可被長鏈飽和脂肪酸激活，進一步活化其下游信號通路[13]，誘發細胞中過度炎癥和氧化應激產生[14]。前期研究結果表明，在活體水平上高濃度PA可誘發綿羊單核巨噬細胞和脂肪組織中炎性因子表達上調，激活TLR4基因下游MyD88依賴信號通路，但TLR4基因確切介導作用仍不明確[15]。

因此，本研究分離培養綿羊單核巨噬細胞，揭示PA處理后細胞中炎性因子表達和氧化應激水平變化趨勢，探討TLR4基因在此過程中介導作用，分析LNA可能存在的緩解效應，為闡明長鏈飽和脂肪酸調控免疫細胞代謝相關機制提供幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及樣品收集

選擇健康、體況良好18~21月齡德國肉用美利奴公羊6只，飼養于東北農業大學綿羊新品種培育基地，每日提供全價精飼料0.5 kg，自由采食羊草，自由飲水。頸靜脈采集全血50 mL，置于含有肝素的抗凝管中，用于單核巨噬細胞分離。

1.2 脂肪酸：BSA絡合物制備

將0.2 g PA加入至1 mL無水乙醇中溶解，作為儲存液；利用預熱槍頭取10μL儲存液加入至1 mL 10%無脂肪酸的BSA（A6003，Sigma）中，震蕩30 min，42℃加熱30 min，重復此過程至完全溶解。37℃水浴過夜絡合后，0.22μm濾器過濾，-20℃保存待用。

將0.1 g LNA加入至2 mL無水乙醇中溶解，環境中充入氮氣排氧，避免LNA被氧化，作為儲存液；取40μL儲存液加入至1 mL 10%無脂肪酸的BSA（A6003，Sigma）中，震蕩30 min，42℃加熱30 min，重復此過程至完全溶解。37℃水浴過夜絡合后，0.22μm濾器過濾，-20℃保存待用。

1.3 單核巨噬細胞分離及培養

采集的抗凝血用HBSS按1∶1稀釋，小心加至等體積淋巴細胞分離液（購自天津灝洋生物制品科技有限公司）液面上，2 500 r·min-1（×500 g）離心20 min，此時離心管中由上至下細胞分4層，收集第2層絮狀乳白色淋巴細胞至離心管中，2 300 r·min-1（×500 g）離心7 min，棄上清。將所得沉淀細胞利用PBS吹打重懸2次，再用RPMI-1640培養基重懸后，以每個孔1×105個細胞密度接種于12孔板中，待單核巨噬細胞貼壁生長后，再用含0.2% FBS的低血清RPMI-1640培養基在37℃、5%CO2恒溫培養箱培養。

根據文獻報道[16-17]和課題組前期研究，本試驗中給予1 mmol·L-1的PA和LNA處理細胞。設置對照組（含有等濃度BSA，相同體積的培養液）、LPS（100 ng·mL-1）處理組（L4391，Sigma）、PA（1 mmol·L-1）處 理 組（P5585，Sigma）、LNA（1 mmol·L-1）處理組（L1012，Sigma）、PA（1 mmol·L-1）+TAK242（3μmol·L-1）共處理組和PA（1 mmol·L-1）+LNA（1 mmol·L-1）共處理組。其中TAK-242提前預處理6 h，LNA預處理1 h。每組設置3個重復孔，于處理后4 h收集樣品用于后續分析。

1.4 實時熒光定量PCR

收取單核巨噬細胞，按照RNA提取試劑盒（RE-03113，FORE GENE）說明書提取總RNA。取1μL RNA樣品在1.5%瓊脂糖凝膠上120 V電壓電泳10 min，檢測RNA完整度。利用超微量分光光度計（61010-1，DeNovix）檢測RNA樣品純度和濃度，調整RNA濃度至同一水平。按照反轉錄試劑盒（RR037Q，TaKaRa）說明書，反轉錄后得到cDNA。利用ABI7300實時熒光定量PCR檢測系統和FastStart Universal SYBR Green Master（S2024，Roche）試劑盒，檢測TLR4、IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-6、SOD、iNOS、CAT等基因表達水平，以β-actin為內參基因，采用相對定量法測定基因表達水平。所用的引物信息見表1，由南京金唯智生物技術公司合成。擴增體系為10μL反應混合體系，含有5μL SYBR Green Master，上、下游引物各0.4μL，3.2μL ddH2O和1μL cDNA模板；反應條件為：50℃2 min，95℃10 min；95℃15 s，退火1 min，40個循環；每孔設置3個重復。

表1 PCR引物序列Table 1 PCR primer sequence

1.5 Western blot

收集PA和LNA處理4 h后單核巨噬細胞，利用含有蛋白酶抑制劑（SCP0110，Roche）和PMSF（329-98-6，Roche）的RIPA緩沖液（P0013B，Bey?otime）裂解。隨后，使用BCA蛋白質檢測試劑盒（P0012S，Beyotime）對蛋白質進行定量。將等量蛋白質在12%SDS-PAGE上分離，并轉移到PVDF膜（DVPP00010，Millipore）上，與抗TLR4（1∶1 000；AF7017，Affinity）的一抗孵育后，和辣根過氧化物酶偶聯的二抗（1∶1 000；A0208，Beyotime）孵育，通過化學發光使膜可視化（Thermo Fisher Scientific），利用ImageJ軟件分析蛋白質條帶。

1.6 ROS染色

在各組處理結束前40 min時，于37℃條件下將10μmol·L-1DCFH-DA（E004，南京建成）加入至細胞培養液中，利用熒光顯微鏡（Olympus，X71）觀察細胞內氧化DCF引起的熒光值，綠色熒光信號代表ROS水平。

1.7 氧化和抗氧化指標檢測

于PA和LNA處理4 h后，刮取培養皿上單核巨噬細胞并離心收集沉淀，超聲波破碎。利用總抗氧化能力（T-AOC）測定試劑盒（A015-1，南京建成）、超氧化物歧化酶（SOD）測定試劑盒（A001-3，南京建成）、過氧化氫酶（CAT）測定試劑盒（A007，南京建成）、一氧化氮合酶（NOS）測定試劑盒（A014-1，南京建成）檢測細胞中氧化和抗氧化指標水平，具體操作步驟和判定標準參照說明書執行。

1.8 數據分析

利用SPSS 18.0軟件對數據作單因素方差分析（ANOVA）分析和Duncan多重比較。“*”代表P<0.05，表示差異顯著；“**”代表P<0.01，表示差異極顯著。所有數據均為平均值±標準誤（Mean±SEM）。

2 結果與分析

2.1 單核巨噬細胞中TLR4基因表達變化

利用實時熒光定量PCR和Western blot檢測各處理組中TLR4基因表達水平，結果見圖1。在1 mmol·L-1PA處理4 h后，TLR4基因表達水平上調，與LPS刺激后趨勢相似，均顯著高于對照組（P<0.05）；利用TAK242抑制TLR4基因后，其表達水平顯著下調（P<0.05），與對照組間差異不顯著（P>0.05）；PA與LNA共處理后，TLR4基因的表達水平也顯著下調（P<0.05），與對照組間差異不顯著（P>0.05）；而LNA單獨處理對TLR4基因表達水平無顯著影響（P>0.05）。

圖1 不同處理條件下綿羊單核巨噬細胞中TLR4基因表達水平Fig.1 Expression of TLR4 gene in sheep mononuclear macrophages under different treatment

2.2 單核巨噬細胞中炎性因子表達變化

利用實時熒光定量PCR檢測各處理組中IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性因子表達水平，結果見圖2。在1 mmol·L-1PA處理4 h后，IFN-γ、TNF-α、IL-1β和IL-6基因表達上調，其中IFN-γ和IL-1β基因表達水平顯著高于對照組（P<0.05），TNF-α和IL-6基因表達水平極顯著高于對照組（P<0.01），整體上各炎性因子表達變化與LPS刺激后趨勢相似；利用TAK242抑制TLR4基因后，TNF-α和IL-6基因表達水平極顯著下調（P<0.01），4種炎性因子表達水平與對照組間均差異不顯著（P>0.05）；PA與LNA共處理后，TNF-α和IL-6基因表達水平也極顯著下調（P<0.01），4種炎性因子表達水平與對照組間均差異不顯著（P>0.05）；而LNA單獨處理對以上4種炎性因子表達無顯著影響（P>0.05）。

圖2 不同處理條件下綿羊單核巨噬細胞中各炎性因子表達水平Fig.2 Expression levels of inflammatory factors in sheep mononuclear macrophages under different treatment

2.3 單核巨噬細胞中氧化應激相關指標的變化

利用實時熒光定量PCR檢測各處理組中iNOS、SOD、CAT等氧化應激相關基因表達水平，結果見圖3。在1 mmol·L-1PA處理4 h后，iNOS基因表達水平顯著高于對照組（P<0.05），SOD和CAT基因表達水平顯著低于對照組（P<0.05），整體上與LPS刺激后趨勢相似；利用TAK242抑制TLR4基因后，iNOS基因表達水平顯著下調（P<0.05），3個氧化應激相關基因表達水平與對照組間均差異不顯著（P>0.05）；PA與LNA共處理后，對3個氧化應激相關基因表達無顯著影響（P>0.05）；而LNA單獨處理對以上3種氧化應激相關基因表達也無顯著影響（P>0.05）。

圖3 不同處理條件下綿羊單核巨噬細胞中氧化應激相關基因表達水平Fig.3 Expression levels of oxidative stress related genes in sheep mononuclear macrophages under different treatment

利用氧化應激試劑盒檢測各處理組中iNOS、CAT、SOD、T-AOC等氧化和抗氧化指標變化結果見圖4。在1 mmol·L-1PA處理4 h后，iNOS水平顯著升高（P<0.05），SOD、CAT、T-AOC水平顯著降低（P<0.05），整體上與LPS刺激后趨勢相似；利用TAK242抑制TLR4基因后，iNOS水平顯著下降（P<0.05），T-AOC水平顯著升高（P<0.05），4個氧化應激相關指標水平與對照組間均差異不顯著（P>0.05）；PA與LNA共處理后，iNOS水平也顯著下降（P<0.05），T-AOC水平顯著升高（P<0.05），4種氧化和抗氧化指標水平與對照組間均差異不顯著（P>0.05）；而LNA單獨處理對以上4種氧化和抗氧化指標水平無顯著影響（P>0.05）。

圖4 不同處理條件下綿羊單核巨噬細胞中氧化和抗氧化指標水平Fig.4 Expression levels of oxidation and antioxidant indices in sheep mononuclear macrophages under different treatments

2.4 單核巨噬細胞中ROS水平變化

DCFH-DA染色結果表明見圖5。在1 mmol·L-1PA處理4 h后，ROS的水平顯著升高（P<0.05），與LPS刺激后趨勢相似；利用TAK242抑制TLR4基因后，ROS水平顯著下降（P<0.05），與對照組間差異不顯著（P>0.05）；PA與LNA共處理后，ROS水平也顯著下降（P<0.05），與對照組間差異不顯著（P>0.05）；而LNA單獨處理對ROS水平無顯著影響（P>0.05）。

圖5 不同處理條件下綿羊單核巨噬細胞中ROS水平Fig.5 ROS levels in sheep mononuclear macrophages under different treatments

3 討論

脂肪酸對細胞代謝調控作用與其碳鏈長度、雙鍵數量及位置密切相關。目前，研究表明長鏈飽和脂肪酸具有明顯脂毒性，過量累積導致免疫細胞中炎癥激活，促炎因子分泌增加[3]。飽和脂肪酸脂毒性與碳鏈長度呈正比，PA作為含有16個碳的長鏈飽和脂肪酸，可增加巨噬細胞中IL-1β和TNF-α分泌[18]。本研究結果表明，PA處理綿羊單核巨噬細胞后，IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性因子表達水平顯著上調，與陽性對照LPS處理組表現相近趨勢。除LPS以外，脂肪酸也可作為配體激活TLR4基因[13]，其中，PA可被TLR4胞膜外區結構識別，并活化其下游信號通路[19]。Suganami等發現飽和脂肪酸處理TLR4基因突變的小鼠巨噬細胞后，TNF-α合成量顯著減少[20]。Sunita等在神經細胞中研究結果也顯示，PA可能通過TLR4引起TNF-α和IL-6釋放，誘發炎癥產生[21]。本研究結果表明，PA處理綿羊單核巨噬細胞后，導致TLR4基因表達上調，炎性因子表達水平升高，而抑制TLR4基因后炎性因子的表達水平顯著下降，進一步證明TLR4基因在介導PA誘發的炎性反應過程中扮演重要角色。部分不飽和脂肪酸可起到一定抗炎作用，亞油酸可以在肝癌細胞系中逆轉PA誘導的炎癥反應，顯著抑制IL-8產生[22]；鼠單核細胞研究也表明，n-3類二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸可降低IL-1、IL-2、TNF-α等炎性因子表達水平[23]。本研究表明，LNA作為一種n-3類多不飽和脂肪酸，對綿羊單核巨噬細胞中TLR4基因和炎性因子表達無顯著影響，但可在一定程度上緩解PA促炎作用。

一般認為過度氧化應激狀態導致免疫細胞中蛋白質翻譯異常，影響細胞正常代謝過程。PA可通過損傷線粒體氧化呼吸鏈正常功能，誘導細胞發生氧化應激反應[24]。PA可在牛輸卵管上皮細胞中誘導ROS水平升高[18]。Liu等在大鼠心臟細胞研究中發現PA可通過TLR4下游MAPK通路增強ROS產生，進一步說明ROS產生可能與TLR4激活有關[25]。本研究結果表明，PA處理綿羊單核巨噬細胞后，ROS水平顯著升高，而抑制TLR4基因后ROS水平顯著下降。PA刺激炎癥并分泌產生ROS[26]，ROS可通過TLR4信號通路激活iNOS，導致NO釋放，NO通過產生過氧化物酶和超氧化物幫助消滅氧化應激源頭[27]。Juntian等發現，PA可以顯著提高iNOS表達，導致細胞氧化應激水平提高[28]。

本研究結果表明，PA處理綿羊單核巨噬細胞后，氧化指標水平提高、抗氧化指標水平降低，導致細胞中整體氧化應激水平提高。而抑制TLR4基因后，iNOS等細胞氧化指標顯著下降，降低氧化應激水平。多不飽和脂肪酸可抑制飽和脂肪酸誘導的TLR4基因表達[29]，緩解細胞內氧化應激水平。n-3類多不飽和脂肪酸可以抑制巨噬細胞中iNOS表達[30]；攝入n-3類多不飽和脂肪酸后，血液中二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸含量增加，誘發抗氧化指標SOD水平升高，緩解氧化應激狀態[31]。本研究表明，LNA對綿羊單核巨噬細胞中TLR4基因表達和抗氧化指標無顯著影響，但可在一定程度上通過降低氧化水平緩解PA誘發的氧化應激反應。

4 結論

PA處理后導致綿羊單核巨噬細胞炎性因子和氧化應激水平升高，TLR4基因在此過程中起重要介導作用，LNA可能在一定程度上緩解PA誘發的細胞炎癥反應和氧化應激。