人参为多年生五加科植物,具有补益元气、补脾益肺和生津安神等作用
[1]。人参多糖是一种高分子葡聚糖,主要由人参中性糖和人参酸性糖(即人参果胶)组成,其中人参果胶被认为是其主要药理活性组分
[2]。人参果胶结构复杂,富含半乳糖醛酸。现有研究
[3-4]发现:人参果胶具有抗肿瘤、降血糖、抗辐射及免疫调节等多种药理活性。然而,关于人参果胶对树突状细胞(dendritic cell,DC)功能的影响尚未见报道。DC细胞是机体关键的抗原提呈细胞,在启动适应性免疫应答中发挥关键作用,直接影响机体对外界刺激的免疫反应能力。本研究探讨人参果胶醇沉组分(whole ginseng pectin alcohol-precipitated polysaccharide fraction,WGPA)对DC细胞功能的影响,以期为深入阐明人参果胶的药理作用提供实验依据,为开发相关生物制品提供新思路。
1 材料与方法
1.1 实验动物、主要试剂和仪器
SPF级雌性ICR小鼠25只,体质量(22±2)g,购自吉林省长春市亿斯实验动物技术有限公司,生产许可证号:SCXK(吉)2023-0002。本研究动物实验操作经北华大学医学部伦理委员会审查批准(批准编号:2024122001)。人参购自吉林北芝生物科技有限公司,二乙氨基乙基(diethylaminoethyl,DEAE)纤维素购自北京佰尔瑞森生物科技有限公司,重组小鼠粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子(recombinant mouse granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,rmGM-CSF)、重组小鼠白细胞介素(interleukin,IL)-4、IL-10和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)均购自美国ABclonal公司。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)购自北京生工生物工程股份有限公司。IL-6、IL-12和 TNF-α 酶 联 免 疫 吸 附 测 定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒均购自武汉伊莱瑞特生物科技股份有限公司生物有限公司。荧光标记的小鼠CD80抗体和CD86抗体均购自美国BioLegend公司。荧光标记小鼠主要组织相容性复合物Ⅱ(major histocompatibility complex class Ⅱ,MHC-Ⅱ)抗体购自杭州联科生物技术股份有限公司,吞噬作用检测试剂盒购自美国赛默飞世尔公司,细胞计数试剂盒8 (cell counting kit-8, CCK-8)试剂购自北京鼎国生物技术有限公司。Waters 1515高效液相色谱仪(美国Waters公司),Waters 2414示差检测器(美国Waters公司),Ohpak SB-806M HQ聚合物基质水溶性分子排阻色谱柱(8 mm×300 mm)(日本Shodex公司),Infinite 200 PRO多功能酶标仪(瑞士Tecan公司),CytoFLEX LX流式细胞仪(美国Beckman Coulter公司)。
1.2 人参果胶醇沉组分的提取
取1 kg人参饮片,煮沸回流提取3次,每次3 h。合并提取液,60 ℃减压浓缩至终体积为1.5 L,45 000 r·min-1离心15 min,弃去沉淀。以75%乙醇终浓度醇沉上清液,室温过夜,离心弃上清。向沉淀中加入95%乙醇,充分搅拌直至形成悬浊液,离心弃上清,重复2次。向沉淀中加入无水乙醇,搅拌后离心弃上清,重复2次。将沉淀于60 ℃水浴中加热蒸除乙醇,得到干燥的人参总多糖。将人参总多糖上样至DEAE-Cellulose离子交换层析柱,分别用蒸馏水和0.5 mol·L-1氯化钠溶液洗脱,收集组分, 经透析、 浓缩、 冻干后, 得到WGPA。向WGPA中加入无水乙醇溶解,使乙醇体积分数达到30%,室温放置6 h,离心取沉淀,沉淀复溶冻干得到30%醇沉组分(WGPA30);向上清液中继续加入无水乙醇,使乙醇体积分数达到50%,其余步骤同上,得到50%醇沉组分(WGPA50);以同样的步骤操作,获得70%醇沉组分(WGPA70)。所有组分均冻干保存备用。
1.3 小鼠骨髓源性树突状细胞(bone marrow-derived dendritic cells,BMDCs)的分离和培养
采用颈椎脱臼法处死小鼠,无菌条件下分离双侧股骨和腓骨,剥离肌肉组织,剪开骨两端,反复冲洗骨髓腔,直至变白。收集骨髓冲洗液,1 200 r·min-1离心10 min,弃上清;裂解红细胞,用无血清培养液洗涤、离心后,收集细胞。将收集的骨髓细胞重悬于含双抗的RPMI 1640培养基中(10%胎牛血清+100 IU·mL-1青霉素+100 mg·L-1链霉素),加入rmGM-SCF和IL-4,使其终浓度均为20 µg·L-1。培养3 d 后,将细胞随机分为2组:未成熟BMDCs组,在rmGM-SCF和IL-4基础上添加IL-10(20 µg·L-1)抑 制 成 熟;成 熟 BMDCs 组,在rmGM-SCF和IL-4基础上添加TNF-α(20 µg·L-1)促进成熟。于第7天分别收集2组细胞,用于后续实验。
1.4 CCK-8法检测不同浓度WGPA作用下成熟BMDCs细胞增殖活性
取成熟BMDCs组细胞,调整细胞浓度为1×105 mL-1,接种于96孔细胞培养板。分别加入不同浓度(100、200、400、800和1 600 mg·L-1)的3种WGPA,并设立仅含完全培养基的对照组。每组设3个复孔,培养48 h。每孔加入10 µL CCK-8溶液,孵育2 h后,采用酶标仪于450 nm波长处测定各孔吸光度(A)值,以A值平均值代表各组细胞增殖活性。选择细胞增殖活性最高的WGPA组分进行后续实验。
1.5 WGPA结构分析
1.5.1 相对分子质量测定
采用高效凝胶渗透色谱法(high performance gel permeation chromatography,HPGPC)检测WGPA相对分子质量。色谱条件:使用8 mm×300 mm串联色谱柱,柱温40 ℃;样品浓度5 g·L-1,经0.22 μm微孔滤膜过滤后进样,进样量为30 μL;流速 0.5 mL·min-1,流动相为超纯水。根据不同相对分子质量葡萄糖标准品的出峰时间和相对分子质量的对数绘制标准曲线,计算各WGPA组分的相对分子质量。
1.5.2 傅里叶变换红外光谱 (Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)分析
称取干燥WGPA样品和溴化钾粉末,研磨至粉末状后压片。使用FT-IR仪扫描样品,波长检测范围为 500~4 000 cm-1。校准基线后,根据特征吸收峰推断样品中物质结构和官能团组成。
1.5.3 单糖组成分析
采用Thermo U3000液相色谱系统进行分析。色谱柱为Agilent ZORBAX EclipseXDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm),柱温30 ℃,流动相为乙腈和磷酸盐缓冲液(体积比为17∶83)等度洗脱,流速为0.8 mL·min-1,检测波长250 nm,进样量10 μL。通过与标准单糖图谱进行比较,分析确定样品中可能的单糖组成。
1.6 流式细胞术检测各组成熟BMDCs 表面分子表达水平
取成熟BMDCs组细胞,调整细胞密度为1×106 mL-1,接种于6孔细胞培养板中,每孔2 mL。实验分为对照组(BMDCs+完全培养基)、LPS组(BMDCs+含1 mg·L-1 LPS培养基)和WGPA30组(BMDCs+含WGPA30培养基)。对照组和LPS组细 胞 连 续 培 养24 h;WGPA30 组 细 胞 中 加 入800 mg·L-1 WGPA30作用6 h后,加入1 mg·L-1 LPS,继续培养18 h。培养结束后,收集细胞,加入相应荧光标记的MHC-Ⅱ、CD86和CD80和抗体,避光孵育后洗涤。采用流式细胞术检测各组成熟BMDCs中MHC-Ⅱ、CD86和CD80荧光表达情况,以荧光表达阳性细胞百分率表示各组成熟BMDCs表面分子表达水平。
1.7 荧光微球吞噬实验检测各组未成熟BMDCs的吞噬活性和吞噬效率
收集未成熟BMDCs组细胞,调整细胞密度为1×106 mL-1后,接种于96孔细胞培养板。将细胞随机分为空白对照组(仅含无血清培养液)、对照组(未成熟BMDCs+无血清培养液)、LPS组(未成熟BMDCs+1 mg·L-1 LPS)和WGPA30组(未成熟BMDCs+800 mg·L-1 WGPA30)。培养至细胞贴壁后,弃上清,加入荧光标记的大肠杆菌悬液,每孔100 μL,培养2 h。弃上清,加入台盼蓝染液,每孔100 μL,室温放置1 min。采用多功能酶标仪于480 nm激发波长和520 nm发射波长下测量各孔荧光强度(单位为RFU),计算细胞吞噬活性和吞噬效率。吞噬活性=实验组荧光强度-空白对照组荧光强度,吞噬效率=实验组吞噬活性/对照组吞噬活性×100%。
1.8 ELISA法检测各组成熟BMDCs培养上清中细胞因子水平
收集成熟BMDCs组细胞,调整细胞密度为1×106 mL-1。将细胞随机分为空白对照组(无血清培养液)、对照组(成熟BMDCs+无血清培养液)、LPS组(成熟BMDCs+1 mg·L-1 LPS)和WGPA30组(成熟BMDCs+800 mg·L-1 WGPA30)。培养24 h后收集各组培养上清。严格按照ELISA试剂盒说明书操作,检测各组成熟BMDCs培养上清中IL-6、IL-12和TNF-α水平。根据试剂盒测量范围和预实验结果,检测IL-6和TNF-α时需对上清进行10倍稀释。根据各细胞因子标准品浓度及其对应A值绘制标准曲线,根据待测样本A值,计算各组细胞因子水平。每组设3个复孔。
1.9 统计学分析
采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。各组细胞增殖活性、成熟BMDCs表面MHC-Ⅱ、CD86和CD80表达水平、未成熟BMDCs吞噬活性和吞噬效率以及成熟BMDCs培养上清中IL-6、IL-12和TNF-α水平均符合正态分布,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 细胞增殖情况和WGPA的有效浓度
与对照组比较,浓度为800和1 600 mg·L
-1时,WGPA
30组细胞增殖活性均明显升高(
P<0.01);WGPA
50和WGPA
70组细胞增殖活性无明显变化,差异无统计学意义(
P>0.05)。见
表1。因此,选择800 mg·L
-1 WGPA
30处理细胞进行后续实验。
2.2 WGPA的结构分析
2.2.1 WGPA30的相对分子质量
WGPA
30在33.8和42.2 min呈现2个吸收峰,其中42.2 min附近为流动相盐峰。表明WGPA
30是一种相对分子质量单一且均匀分布的多糖。根据标准品相对分子质量和相应保留时间建立回归方程:Log Mp=-0.213 6t+11.595 7,R²=0.990 1(Mp为相对分子质量,t为时间),计算得到WGPA
30的相对分子质量约为24 230。见
图1。
2.2.2 WGPA30红外光谱分析
红外光谱结果显示:样品于3 421、2 922和2 852 cm
-1处出现3个吸收峰,分别由O-H和C-H伸缩振动引起,为糖类特征性吸收峰。2 340 cm
-1处吸收峰可能是环境中或仪器光路中残留的CO
2的反对称伸缩振动引起的,不代表任何结构。1 746 cm
-1处吸收峰则是糖醛酸的特征性吸收峰,表明WGPA
30含有糖苷键,可能为酸性多糖
[5]。1 617和1 417 cm
-1 2处则由C=O非对称伸缩振动及C-H变角振动导致。1 107、1 080和1 022 cm
-1 3处是由C-O-C及C-O-H伸缩振动引起的吸收峰。835 cm
-1处吸收峰一般是由α-构型糖苷键产生。以上结果提示:WGPA
30属于吡喃糖,且由α-构型糖苷键连接而成
[6],其单糖的相对分子质量约为180.16。见
图2。
2.2.3 WGPA30单糖组成
图3A为11种标准单糖的组成气相图,
图3B为WGPA
30的单糖气相图。对比结果显示:WGPA
30主要包含葡萄糖醛酸、木糖、葡萄糖和半乳糖,其摩尔比为2.1∶2.3∶1.0∶1.0。
2.3 各组成熟BMDCs表面分子表达情况
流式细胞术结果显示:与对照组比较,LPS和WGPA
30组成熟BMDCs表面MHC-Ⅱ、CD86及CD80表达水平均明显升高(
P<0.01)。与LPS组比 较, WGPA
30 组 成 熟 BMDCs 表 面 MHC-Ⅱ、CD86和CD80表达水平均明显降低(
P<0.05)。见
图4和
表2。
2.4 各组未成熟BMDCs的吞噬活性和吞噬效率
与对照组(30 651 RFU±4 074 RFU)比较,LPS组(19 561 RFU±3 525 RFU)和WGPA30组(21 595±1 392 RFU)未成熟BMDCs吞噬活性均明显降低(P<0.05);LPS组与WGPA30组未成熟BMDCs吞噬活性比较差异无统计学意义(P>0.05)。LPS组(60.9%)和WGPA30组(70.4%)未成熟BMDCs吞噬效率均低于对照组(100.0%)。
2.5 各组成熟BMDCs上清中各细胞因子表达水平
ELISA检测结果显示:与对照组比较,LPS组和WGPA
30组成熟BMDCs上清中IL-6、IL-12及TNF-α水平均明显升高(
P<0.01),且LPS组升高幅度更大。与LPS组比较,WGPA
30组成熟BMDCs上清中IL-12和TNF-α水平明显降低(
P<0.01);2组成熟BMDCs上清中IL-6水平比较差异无统计学意义(
P>0.05)。见
表3。
3 讨 论
DC细胞是体内功能最强的专职抗原提呈细胞,是适应性免疫应答的启动者。根据表型和功能的差异,DC细胞可分为未成熟DC(immature DC,imDC)细胞和成熟DC(mature DC,mDC)细胞。imDC细胞具有较强的吞噬与胞饮能力,可有效摄取抗原,但由于表面MHC-Ⅱ类分子和共刺激分子表达水平较低,其抗原提呈能力较弱。在LPS或TNF-α等刺激下,imDC细胞可转化成mDC细胞,其表面MHC-Ⅱ和共刺激分子表达水平升高,抗原提呈能力增强,可激活初始T细胞
[7]。
尽管人参果胶的免疫调节作用已有报道,但其对DC细胞功能的影响尚不明确。本研究采用离子交换层析法提取WGPA,并分别经30%、50%和70% 浓 度 的 乙 醇 进 行 分 离,获 得 WGPA
30、WGPA
50和WGPA
70 3个组分。CCK-8法结果显示:WGPA
30可促进BMDCs的生长,而WGPA
50和WGPA
70对BMDCs的促增殖作用并不明显,这可能与各组分的相对分子质量和活性成分构成差异有关
[8]。本研究结果显示:WGPA
30为小分子量、由α-构型糖苷键连接而成的吡喃糖,包含葡萄糖、半乳糖及葡萄糖醛酸等主要活性成分,该结果与文献报道
[4]基本一致。WGPA
50和WGPA
70活性成分较少,生物学活性较弱
[9-11]。
正常情况下,DC细胞以未成熟状态存在于机体中,有利于维持免疫耐受,防止免疫系统攻击自身抗原
[12]。imDC细胞具有较强的吞噬功能但抗原提呈能力弱;当其向mDC细胞转化时,其吞噬功能逐渐减弱,而抗原提呈功能逐渐增强
[13]。LPS是常见的DC细胞成熟诱导剂
[14]。本研究结果显示:当LPS和WGPA
30作用于未成熟BMDCs时,未成熟BMDCs的吞噬率均呈现降低趋势,但LPS导致的降低程度更高,提示WGPA
30可诱导DC由不成熟向成熟状态转化。
高表达共刺激分子是mDC细胞的重要特征,这些分子可促进DC细胞的抗原提呈能力
[14-16]。为探讨WGPA
30对成熟BMDCs表型的影响,本研究采用流式细胞术检测了LPS和WGPA
30作用后BMDCs细胞表面MHC-Ⅱ、CD86及CD80的表达情况。结果显示:WGPA
30作用后,BMDCs表面MHC-Ⅱ、CD86和CD80表达水平均升高,但升高幅度低于LPS组,说明WGPA
30可促进BMDCs表达共刺激分子,促进BMDCs成熟。
本研究结果显示:WGPA
30与LPS均可促进BMDCs分泌IL-12、TNF-α和IL-6,但WGPA
30促进作用弱于LPS。IL-12能够诱导Th1细胞分化,是免疫应答的重要调节因子,在协调天然免疫与获得性免疫中发挥作用
[17]。TNF-α是重要炎症因子,可通过募集白细胞发挥抗肿瘤和杀菌作用,且发挥提高中性粒细胞吞噬功能的作用
[18-19]。IL-6具有促进造血干细胞增殖、抗体分泌和炎症调节等活性
[20]。上述结果提示:WGPA
30可通过影响BMDCs分泌上述细胞因子,发挥免疫调节作用。
综上所述,WGPA30是由α-构型糖苷键连接的小分子吡喃糖,相对分子质量约为24 230,主要包含葡萄糖、半乳糖及葡萄糖醛酸等主要活性成分。该醇沉组分可促进小鼠BMDCs增殖,诱导IL-6、IL-12及TNF-α细胞因子释放,提高BMDCs表面协同刺激分子的表达,以及降低BMDCs吞噬效率,从而促进BMDCs成熟并调节BMDCs活性。未来可开展动物体内实验进一步验证WGPA的免疫调节作用。
吉林省科技厅科技发展计划项目(YDZJ202301ZYTS181)
吉林省教育厅大学生创新创业项目(202310201143)