白鲜皮水提物对ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化早期病变形成的抑制作用
2010-09-09秦蒙国汉邦许扬
秦蒙,国汉邦,许扬
(1.中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所,北京 100193;
2.卫生部北京医院老年医学研究所生化室,北京 100730)
研究报告
白鲜皮水提物对ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化早期病变形成的抑制作用
秦蒙1,国汉邦2,许扬1
(1.中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所,北京 100193;
2.卫生部北京医院老年医学研究所生化室,北京 100730)
目的研究白鲜皮水提物对载脂蛋白E基因缺损小鼠主动脉弓粥样硬化早期病变形成的影响。方法将40只ApoE-/-小鼠随机分成空白对照组和白鲜皮高、中、低三剂量组(白鲜皮水提物3.2、1.6、0.8 g/kg)给药,计算各组主动脉弓粥样硬化病变的面积。体内检测血清中的脂质含量以及抗氧化指标丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽-S转移酶(GST)的活性变化。测定白鲜皮水提物对Cu2+介导的人血清低密度脂蛋白(LDL-C)氧化易感性的影响。结果与对照组相比,白鲜皮各给药组小鼠动脉粥样硬化早期病变面积均小于对照组,血清中MDA的含量降低,SOD、CAT活性增高,GST变化不明显,血清脂质含量组间没有显著差异。白鲜皮水提物明显延长Cu2+介导的人血清LDL氧化滞留时间和达峰时间。结论白鲜皮水提物对ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化早期病变形成具有显著的抑制作用,其作用机制可能是通过对抗脂蛋白的过氧化作用而实现。
白鲜皮;ApoE基因缺损小鼠;动脉粥样硬化;抗氧化;低密度脂蛋白
白鲜皮为芸香科植物白鲜Dictamnus dascarpus Turcz.的干燥根皮。因其具有清热燥湿、祛风解毒的功效,在传统中药学上归为清热燥湿类。临床主要用于湿热疮毒、皮肤搔痒、湿疹、风疹、疥癣、疮癞、风湿热痹、黄疸尿赤等[1],但其在心血管疾病中是否具有治疗作用的研究无文献报道。在笔者以前对清热燥湿中药的系统研究中,发现该类中药对动脉粥样硬化无论针对致病的危险因素,还是从发病机制的干预方面,8种中药及其配方在抗炎、抗氧化、降脂、抑制血小板聚集、抵制异常的免疫反应方面存在一项或多项相一致的作用中药[2],随着进一步研究的深入,很多新的药理作用将不断发现。
从已有的研究结果出发,我们对全国高等院校教材《中药学》中的清热燥湿药进行了系统的筛选,发现白鲜皮水提物对载脂蛋白E基因缺损(ApoE-/-)小鼠主动脉弓的动脉粥样硬化斑块形成具有明显的抑制作用,并从抗脂质过氧化的角度探究了白鲜皮抑制早期动脉粥样硬化病变形成的机制。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 动物:ApoE-/-小鼠40只,雌性,6周龄。购于北京大学医学部实验动物中心[SCXK(京)2006-0008]。饲养于中国医学科学院药用植物研究所SPF级动物房内[SCXK(京)2008-0019]。20℃,12 h昼夜交替。
1.1.2 药材:白鲜皮(购于河北省安国药材市场,由本研究所常琪教授鉴定)生药100 g。2 L蒸馏水4℃冷浸24 h,超声波提取25 min过滤,再重复2次加入2 L蒸馏水超声波提取25 m in过滤,合并提取液,于旋转蒸发仪上80℃浓缩至100 m L,即得含生药量1 g/m L的白鲜皮水提物。
1.1.3 仪器:上海亚荣RE52AA旋转蒸发仪,日立7060全自动生化分析仪,美国Beckman XL-90超速离心机,美国Beckman Coulter离心管切割机,美国Hamilton MicroLab 500稀释器,德国Leica 1900冰冻切片机,德国Leica DM4000M正置显微镜,美国Bio-Tek酶标仪,上海仪器有限UV-2102C/PC/PCS型分光光度计。
1.1.4 试剂:血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)、高密度脂蛋白(HDL-C)试剂盒(中生北控生物科技股份有公司,北京),血清丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)试剂盒(南京建成生物技术研究所,南京),油红O染料(sigma,USA),PBS(中杉金桥生物技术有限公司,北京),OTC包埋剂(日本樱花精机株式会社,东京),人血清样品(收集自北京医院和同仁医院检验科的新鲜血清标本)。
1.2 实验方法
1.2.1 动物分组:40只6周龄的apoE-/-雌性小鼠随机分成4组,每组10只。分别为白鲜皮高、中、低三剂量各1组,空白对照组1组。所有小鼠均以高脂饲料(含0.3%胆固醇,20%脂肪,其余成分与普通饲料相同,购于中国医学科学院动物研究所)喂养,自由摄食和饮水。
1.2.2 给药方法:将白鲜皮水提物1 g/m L分别稀释成高、中、低三个浓度,每组按每只每天3.2、1.6、0.8 g/kg剂量灌胃,空白对照组按相同剂量给予稀释药物用的灭菌纯净水。每两周称重一次,调整给药量,连续给药6周。
1.2.3 血脂测定:每组给药前后测定血脂各项指标,包括TC、TG、LDL-C、HDL-C。各组小鼠于给药前后禁食12 h,眼眶取血,5000 r/min离心10 min,分离上层血清,-80℃保存。实验结束后,用日立全自动生化仪一次全部测定完毕。
1.2.4 主动脉粥样硬化病变面积定量分析:各组给药结束后,小鼠经乙醚麻醉后开胸,以灭菌PBS液(0.01 mol/L,pH=7.2)经心室灌流5 m in后,分离主动脉根部和升主动脉,OCT包埋,制作6 μm厚冰冻切片。从第一张血管腔及主动脉瓣可见处开始留取切片,每只鼠连续切80张。每5张抽取一张切片(共16张)作油红O染色,苏木素复染细胞核。组织切片在40倍显微镜下摄取图像,参照文献的方法[3]作病变面积定量分析。用Image Pro plus(版本6.0,Media Cybernetics,美国)软件分析斑块面积,计算斑块面积占总血管面积之比。
1.2.5 血清抗氧化指标测定:每组给药前后使用酶标仪测定血清中MDA含量,以及SOD、CAT、GST的活性。
1.2.6 人血清低密度脂蛋白(LDL)的分离和氧化:人LDL经超高速序列离心法分离获得,使用稀释器的稀释功能将血清分别与1.006 g/m L和1.063 g/ mL的NaBr密度液加入厚壁聚碳酸酯离心管(1 m 1.8 mm×51 mm Beckman),采用Type25转头在20℃、23 000 r/min下离心18.5 h经离心管切割器切割得到LDL,4℃经PBS(0.01mol/L,pH=7.2)透析48 h去除NaBr,每隔8h换液,Low ry’s法测定蛋白含量。超滤除菌,4℃保存。
LDL的氧化修饰的反应体系为2 m L,LDL(0.01 mg/mL)PBS稀释液中加入CuSO4溶液至其终浓度为5 μmol/L,再分别加入0.1 g/m L白鲜皮水提物0、16、24、28、32 μL(白鲜皮生药含量相当于0、1.6、2.4、2.8、3.2 mg),37℃孵育,每隔10 min,234 nm波长下经紫外分光光度计检测吸光度。绘制各组△A234随时间变化曲线图,得到LDL氧化滞留时间(Lag time)和达峰时间(Tmax)。
1.2.7 统计学分析:所有数据输入计算机,应用SPSS (版本16.0)软件,根据资料要求进行方差分析。
2 结果
2.1 给药前后对动物体重的影响
各组给药前和给药结束后均称量体重,对照组、低剂量组、中剂量组、高剂量组的体重分别为(16.04±0.62)、(19.78±0.95),(16.01±0.53)、(19.01±0.34),(16.17±0.70)、(19.71±0.69),(16.07±0.60)、(19.67±1.29)g,经统计学处理各组间差异无显著性(P>0.05),说明白鲜皮给药后对小鼠体重不造成明显影响。同时,对各组小鼠的摄食情况观察表明,对照组和三个给药组小鼠摄食和饮水均正常,活泼程度亦未见明显差异。
2.2 给药前后血脂各项指标的变化
对各组小鼠血清脂质水平测定表明,对照组与三个给药组实验结束时血清中TC、TG、HDL-C、LDL-C含量虽有一定下降(表1),但经统计学处理差异无显著性(P>0.05),说明白鲜皮水提物没有明显的降低血脂的作用。
表1 各组小鼠血脂含量的比较(±s,n=10)Tab.1 Comparison of the serum lipid contents in m ice of the 4 groups(±s,n=10)
表1 各组小鼠血脂含量的比较(±s,n=10)Tab.1 Comparison of the serum lipid contents in m ice of the 4 groups(±s,n=10)
注:(1)BA:Before drug administration;AA:After drug adm inistration;HD:High dose,MD:Medium dose,LD:low dose.(2)*与对照组比较P>0.05*Compared with the control group,P>0.05
组别Group TC(mmol/L)TG(mmol/L)HDL-C(mmol/L)LDL-C(mmol/L)给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA对照组Control 4.96±1.08 21.43±2.82 1.43±0.29 3.62±0.75 1.14±0.17 2.00±0.20 2.09±0.48 6.32±1.06高剂量HD 4.91±1.02 21.29±1.48*1.44±0.36 3.37±0.42*1.03±0.14 2.03±0.46*2.17±0.79 6.41±0.76*中剂量MD 5.71±1.30 19.43±3.90*1.43±0.26 3.03±0.36*1.04±0.16 1.92±0.40*2.40±0.56 4.89±1.36*低剂量LD 5.67±1.22 19.59±3.16*1.47±0.12 3.38±0.38*1.07±0.18 1.96±0.36*2.27±0.43 5.23±1.09*
2.3 给药后对动脉粥样硬化病变面积的影响
apoE-/-小鼠于6周龄开始给予高脂负荷饲料至12周龄,诱导早期动脉粥样硬化病变的形成。白鲜皮水提物各剂量组与空白对照组相比均能显著抑制动脉粥样硬化早期病变面积(图1,彩插2)。定量分析表明,对照组与白鲜皮水提物高、中、低剂量组的病变面积分别为(9.79±1.78)%、(3.68± 1.56)%、(3.86±1.34)%、(5.41±0.96)%,经统计学处理,各给药组病变面积与对照组比较差异有显著性(P<0.01)。对动脉粥样硬化早期病变的抑制效果上看,各给药组具有量效正相关关系。
2.4 给药前后血清脂质过氧化物及抗氧化酶指标变化
各组小鼠在给药的同时给予高脂负荷饲料,实验结束时测定各组小鼠血清中脂质过氧化物及抗氧化酶的活性。结果表明,对照组小鼠血清的MDA含量升高,SOD、CAT、GST的活性下降,白鲜皮高中剂量给药后明显减少血清中MDA含量,并且使SOD、CAT活性升高,但对GST的下降没有明显的提升趋势(表2)。
表2 各组小鼠血清MDA含量及抗氧化酶活性变化(±s,n=10)Tab.2 Comparison of serum MDA contents and antioxidant enzyme activities in the mice of the 4 groups
表2 各组小鼠血清MDA含量及抗氧化酶活性变化(±s,n=10)Tab.2 Comparison of serum MDA contents and antioxidant enzyme activities in the mice of the 4 groups
注:(1)BA:Before drug administration,AA:After drug adm inistration,HD:High dose,MD:Medium dose,LD:Low dose.(2)与对照组比较*P<0.05**P<0.01。Compared with the control group,*P<0.05**P<0.01
组别Group MDA(nmol/m L)SOD(U/m L)CAT(U/m L)GST(U/m L)给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA给药前BA给药后AA对照组Control 4.76±0.43 27.41±1.32 365.58±47.32 277.28±31.77 2.96±0.19 2.21±0.13 28.17±2.37 23.40±1.98高剂量HD 5.15±0.48 8.15±0.78**382.98±51.24 387.68±42.80*2.71±0.20 3.25±0.23*27.14±3.08 27.94±2.87中剂量MD 5.38±0.49 12.59±0.69**330.76±41.39 333.81±30.17*3.16±0.41 3.21±0.19*28.32±2.11 27.30±1.66低剂量LD 4.97±0.33 15.19±1.19**313.35±39.21 319.21±29.20 2.84±0.13 3.12±0.21*27.45±2.34 28.57±1.94
2.5 白鲜皮体外对人LDL氧化易感性的作用
与空白对照组比较,白鲜皮水提物在体外对人LDL的氧化修饰具有明显的抑制作用,白鲜皮水提物给药后LDL氧化易感性降低,反映于氧化滞留的延长和达峰时间的推迟(表3),并且这种氧化抑制与白鲜皮的浓度呈正性相关。
3 讨论
随着生活水平的提高,饮食结构和生活习惯的改变,近年来,冠状动脉粥样硬化性心脏病(以下简称冠心病)已成为严重威胁人们生命安全的重大疾病。动脉粥样硬化病变形成机制复杂,高脂血症尤其是LDL胆固醇升高是引起病变发生和发展的最主要因素之一[4],然而,而在近年来的的研究中发现,天然LDL本身并无致动脉粥样硬化的作用,必须经过氧化修饰才会促进斑块的形成[5],氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)在动脉硬化斑块形成过程中的作用得到重视。早期病变形成过程中,脂质的过氧化引起动脉血管内膜下的巨噬细胞表面的清道夫受体大量表达,巨噬细胞吞噬大量的氧化脂质,形成泡沫细胞,逐渐形成动脉粥样硬化的斑块病变。这种病变在动脉粥样硬化模型小鼠-apoE-/-小鼠上具有明确的特征[6,7]。因此,在目前临床上严重缺乏有效防治动脉粥样硬化的药物情况下,从抗脂质过氧化的角度寻找高效低毒的抗氧化剂对减少冠心病的发生和病死率有很大的研究空间。
表3 白鲜皮对Cu2+诱导的LDL氧化易感的影响(±s)Tab.3 Effect of Cortex Dictamni(CD)on the susceptibility of LDL to oxidation induced by Cu2+(±s)
表3 白鲜皮对Cu2+诱导的LDL氧化易感的影响(±s)Tab.3 Effect of Cortex Dictamni(CD)on the susceptibility of LDL to oxidation induced by Cu2+(±s)
注:*与对照组比较P<0.01。Note:Compared with the control group,P<0.01
组别Group氧化滞留时间(min) Lag time(min)达峰时间(min) Tmax(min) LDL+Cu 68.4±2.4 152.8±5.8 LDL+Cu+CD 1.6 mg 86.8±3.5*173.4±6.6*LDL+Cu+CD 2.4 mg 91.9±2.9*177.3±9.8*LDL+Cu+CD 2.8 mg 128.5±3.7*203.9±11.2*LDL+Cu+CD 3.2 mg 201.2±4.6*267.3±14.3*
白鲜皮是清热燥湿中药中的一种,迄今的研究表明,白鲜皮具有明显的抗炎[8]、抑制免疫反应[9]的作用。因而推测其在抑制动脉粥样硬化病变方面具有相应的药理作用。通过对apoE-/-小鼠给药后的实验研究表明,白鲜皮的水提物对早期动脉粥样硬化的形成具有显著的抑制作用,且这种作用以高剂量组最为明显。但是,白鲜皮水提物在给药前后对apoE-/-小鼠的血清脂质各项指标虽有不同程度的降低作用,但经统计学处理与对照组差异无显著性,说明白鲜皮抑制动脉粥样硬化作用的机制并不体现在降低血清脂质水平上。
为了研究白鲜皮抑制动脉粥样硬化的作用机制,我们从抗脂质过氧化的途径进行了相关的研究。在体外通过Cu2+介导的人LDL氧化易感性实验结果表明,白鲜皮水提物能显著降低LDL的氧化易感性,体现在氧化过程中共轭双稀含量升高的滞留时间(Lag time)和达峰时间(Tmax)随剂量增加而延长。同时,apoE-/-小鼠在高脂负荷饲料喂养6周后,空白组血清中的MDA含量急剧升高而抗氧化酶SOD、CAT、GST的活力下降,而给予白鲜皮水提物的小鼠血清中脂质过氧化产物MDA含量明显降低,并且逆转甚至升高了SOD、CAT的活性。表明白鲜皮在体内增强了血清的总抗氧化能力,提高了重要的抗氧化酶的活性,对血清中脂质的过氧化具有明确而持久的抑制作用。白鲜皮水提物能够在不降低血清脂质水平的条件下使脂质的过氧化得到抑制而显著减少动脉粥样硬化病变面积的作用,在其他中药中也有报道,如黄连解毒汤,给予因高脂负荷形成的动脉粥样硬化家兔模型时,对家兔主动脉弓的粥样硬化斑块具有显著的抑制作用,但对血脂各成分亦没有明显影响。其机制是激活了抗氧化系统的功能[10]。而在西红花酸对高脂血症家兔LDL氧化易感性的研究中西红花酸抗兔动脉粥样硬化并不依赖于其调血脂作用,而主要与其提高血清TAC及LDL抗氧化能力、降低血清ox-LDL水平有关[11]。说明天然药物中的抗氧化剂可以不通过降脂作用达到抗动脉粥样硬化的作用,因此推断白鲜皮水提物抑制动脉粥样硬化早期病变的形成的关键机制是通过抑制血清中脂质的过氧化而实现的。
(本文图1见彩插2。)
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Cortex Dictam ni Inhibits Form ation of Ear ly Atherosclerotic Lesions in ApoE-Deficient M ice
QIN Meng1,GUO Han-bang2,XU Yang1
(1.Institute of Medicinal Plant Development,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100193,China;
2.Biochemistry Laboratory,Institute of Geriatrics,Beijing Hospital,Beijing 100730)
Objective Cortex Dictamni(CD)is a commonly used Chinese herb medicine in the treatment of skin diseases.In a previous study we had shown that CD has an anti-inflammatory effect and regulates immune function.The aim of this study was to determine whether CD has any effect on the early formation of aortic atherosclerotic lesions in ApoE-/-mice and explore the possible mechanisms involved.M ethods 40 female apoE-/-mice(weighing 15-16 g,6 weeks of age)were kept in a temperature-controlled facility with a 12-h light/12-h dark photoperiod,and free access to food and water.The mice were random ly divided into four groups:the control group(n=10),high dose CD group(n= 10),medium dose CD group(n=10)and low dose CD group(n=10).All animals were fed a high fat diet and the three CD groups were orally administered with CD at different doses(3.2 mg/g,1.6 mg/g,0.8 mg/g)for 6 weeks while the control group got the same volume of distilled water.The fresh blood of all overnight fasted animals were obtained from the eye vein at 0 week and 6 weeks and serum was obtained by low-speed centrifugation.The serum levels of lipids including total cholesterol(TC),triglyceride(TG),high-density lipoprotein cholesterol(HDL-C),low-density lipoproteincholesterol(LDL-C)were determ ined.Serum malondialdehyde(MDA)content and the activities of superoxide dismutase (SOD),catalase(CAT)and glutathione S-transferase(GST)were also tested.At the end of the experiment,the heart and proximal aorta were removed from the mice.The hearts were then cut directly under and parallel to the aortic cusps and the upper portions were embedded in OCT compound.The samples were cut into a total of 80 sections(6 μm)and then stained with oil red-O every fifth section(16 samples from each mouse).The size of the atherosclerotic lesion in each aortic section was evaluated on the basis of oil red-O-staining using Image-Pro Plus 6.0 software.In vitro,the human lowdensity lipoproteins(density<1.063 g/m L)was isolated from the human serum by density gradient ultracentrifugation. The influence of CD at different concentrations(0 mg,1.6 mg,2.4 mg,2.8 mg and 3.2 mg)on the susceptibility of human LDL oxidation induced by Cu2+were examined.Lag time and Tmax were used as indices of LDL oxidation susceptibility.Resu lt In vivo experiment:(1)There was no significant difference in the intake of food and water between the three CD groups and the control group.(2)At 0 week and 6 weeks of the experiment,the average weights of the four groups were not significantly different(P>0.05).(3)A lthough the serum levels of TC,TG,HDL-C,LDL-C in the three CD groups were decreased in comparison with that in the control group,there was statistically no significant difference(P>0.05).(4)The high fat diet for 6 weeks caused early formation of aortic atherosclerotic lesions in ApoE-/-mice and the control mice showed advanced atherosclerotic lesions in the aortic root.Comparing with the control group,the atherosclerotic lesions of all the CD groups were significantly reduced.Quantitative analysis showed that atherosclerotic lesions of the control group,the high,medium and low dose CD groups showed significant differences(P<0.01)between the three CD groups and the control group.The inhibitory effect had a positive correlation with the dose of CD.In vitro experiment:(1)At the beginning and end of the experiment,the serum lipid peroxidation contents and antioxidant enzyme activities in all m ice were determ ined.The data indicated that the MDA content in the control group was highly increased. SOD,CAT and GST activities were all reduced because of the high fat diet.In the high,medium and low dose CD groups,the MDA contents were significantly decreased comparing with that in the control group(P<0.05)and the SOD,CAT activities in the high and medium dose groups were significantly increased compared with that in the control group(P<0.05).But the GST activity had no significant differences among the four groups(P>0.05).(2)The lag time and Tmax of Cu2+induced LDL oxidation in the CD-treated mice were prolonged.The LDL oxidation susceptibility was reduced after the CD administeration and this inhibition of oxidation was positively correlated with the concentration of CD.ConlusionCD can significantly inhibit the formation of early aortic atherosclerotic lesions in ApoE-/-mice.It has no influence on the weight and the serum lipid levels in the apoE-/-mice.The possible mechanism of action may be via the inhibition of lipid peroxidation by increasing the activities of antioxidant enzyme activities.
Cortex Dictamni;Apoe-/-mice;Atherosclerosis;Anti-oxidant enzyme,acivity;Low-density lipoprotein
R363
A
1005-4847(2010)03-0191-05
2009-10-22
“重大新药创制”科技重大专项“十一五”计划“创新药物研究开发技术平台建设”(2009ZX09301-003)。人事部留学人员科技活动项目资助(国中医药研2006LHR05号)。
秦蒙(1985-),女,药理学硕士研究生,研究方向为心血管药理学及心血管疾病分子生物学。
许扬(1965-),男,硕士生导师,副教授,医学博士,研究方向为心血管药理学及心血管疾病分子生物学。Tel:010-62817236,Email:xuyang65@hotmail.com