夏枯草多糖制备工艺、结构表征及其生物活性研究

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目的:夏枯草(Prunella vulgaris L.),为唇形科夏枯草属多年生草本植物,以干燥果穗入药,为我国常用中药材。目前,对夏枯草的研究主要是对黄酮、酚酸类为主的小分子物质进行药理研究,对夏枯草多糖等大分子物质的研究甚少。本文以夏枯草为原料,对夏枯草多糖的提取工艺、分离纯化、结构表征进行较系统的研究,并就其抗氧化、抗炎活性、抑制血管平滑肌细胞增殖和降脂等活性进行初步探讨。为进一步认识夏枯草多糖与开发高附加值的以活性多糖为主的保健食品奠定科学基础,为开发此药拓宽思路。方法:1.本文通过对制备夏枯草多糖过程中提取时间、提取温度、纤维素酶浓度、料液比、酶解时间和酶解温度的因素考察,采用Plackett-Burman(PB)筛选试验设计、最陡爬坡试验和中心组合设计(CCD)响应面法优化夏枯草多糖的最佳提取工艺。2.按照最优提取工艺方法对夏枯草多糖提取,并醇沉、脱蛋白、冷冻干燥得到夏枯草粗多糖(PVP),再采用DEAE-52纤维素柱和Sephadex G-150葡聚糖凝胶柱进行分离纯化得到纯化多糖组分。3.通过苯酚-硫酸法、间羟基联苯法、考马斯亮兰法、Folin-酚试剂法和氯化钡-比浊法分别测定夏枯草粗多糖以及纯化多糖总糖、糖醛酸、蛋白质、多酚和硫酸根成分组成等理化性质。4.通过对纯化分离的多糖组分进行纯度和相对分子质量测定,并采用红外光谱法、紫外光谱法、柱前衍生化HPLC法对多糖结构表征进行初步研究。5.采用ABTS法、FRAP法、DPPH法测定夏枯草多糖的抗氧化能力;采用LPS致炎RAW246.7细胞模型,通过ELISA法测定白介素1β(IL-1β)、一氧化氮(NO)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的产生量,以此作为评价指标,考察夏枯草多糖的抗炎活性。6.采用血管紧张素(AngⅡ)刺激血管平滑肌细胞(VSMC)建立细胞增殖模型,通过MTT法检测细胞增殖,观察夏枯草多糖对AngⅡ诱导的VSMC增殖的影响。7.取44只健康雄性SD大鼠,随机分成正常组(正常对照组)、模型组(高脂模型组)、阳性组(洛伐他汀组)和药物组(夏枯草多糖组)。每天自由饮食饮水,除正常组外,各组以高脂饲料饲养复制高脂模型,正常组予以普通饲料,不进行任何干预;药物组给予夏枯草多糖混合高脂饲料(1.6 g·kg-1);阳性组给予洛伐他汀混合高脂饲料(22.5 mg·kg-1)。每周称量体重,记录摄食量。5周后,采用Micro CT测定各组大鼠腹部的脂肪体积,验证高脂模型是否成功。10周后,腹主动脉取血,解剖采集肝脏器并称重,取部分肝脏4%多聚甲醛固定,石蜡包埋切片,HE染色后光镜观察肝组织。采用全自动生化分析仪测定大鼠血清中TC、TG、LDL、HDL含量。采用ELISA法检测各组大鼠血清MDA、GSH-PX、SOD和TNF-a等指标。采用SPSS21.0软件统计与分析。8.采用基于GC-MS技术的代谢组学分析方法,研究高脂饮食干预的SD大鼠模型的物质能量代谢特点,采集血清进行代谢组学分析,使用主成分分析、偏最小二乘-判别分析比较正常、模型、夏枯草多糖组之间内源代谢物的差异。结果:1.优化夏枯草多糖的最佳提取工艺为:纤维素酶浓度5.0%,酶解时间150min,酶解温度60℃,液料比为45:1,其对应得预测值为5.36%。2.粗多糖(PVP)经过DEAE-52和Sephadex G-150层析柱纯化分离得到两个纯化多糖组分PVP-1、PVP-2。3.测定夏枯草粗多糖总糖、糖醛酸、蛋白质、多酚和硫酸根成分含量为:59.48%、20.82%、3.60%、2.25%、15.26%;纯化多糖组分PVP-1各组成含量为:90.71%、4.32%、0.00%、0.45%、1.73%;纯化多糖组分PVP-2各组成含量为:88.58%、39.38%、0.00%、0.38%、2.40%。4.测定组分PVP-1、PVP-2为分子量相对分布均一的多糖组分,多糖的平均分子质量分别为9.12E+04 Da、3.16E+04 Da。柱前衍生化HPLC法分析PVP单糖是由Man:Rib:Rha:Glc UA:Gal UA:Glc:Gal:Xyl+Ara:Fuc组成,且这10种单糖的摩尔百分比值:14.19:18.88:4.23:1.18:0.46:6.26:22.68:28.49:3.63。PVP-1单糖组成及摩尔百分比值:Man:Rib:Rha:Glc UA:Gal UA:Glc:Gal:Xyl+Ara=21.87:18.93:1.35:2.27:1.67:7.76:22.74:23.41。PVP-2单糖组成摩尔百分比值:Man:Rib:Rha:Glc UA:Glc:Gal:Xyl+Ara:Fuc=19.86:5.52:3.26:17.01:4.06:16.84:24.84:8.61。5.研究了夏枯草多糖体外抗氧化活性,结果表明其DPPH和ABTS自由基清除作用和Fe2+还原能力均较好。抗炎生物活性结果显示,夏枯草多糖对LPS诱导的RAW246.7巨噬细胞IL-1β、NO和TNF-α的分泌具有一定抑制作用。6.通过MTT法检测细胞增殖,与正常组相比,AngⅡ模型组能显著促进VSMC的增殖(P<0.05),而加入夏枯草多糖的药物组对VSMC增殖作用与模型组相比其作用明显减弱(P<0.05)。7.通过10周实验后,与正常组相比,高脂模型组的体重、TG、TC、LDL、Non-HDL-C均明显升高;与模型组相比,夏枯草多糖可显著降低高脂血症大鼠的体重、LDL、TC、Non-HDL-C(P<0.05)。模型组大鼠血清MDA和TNF-a含量明显高于正常组(P<0.01),高于夏枯草多糖组(P<0.05);模型组GSH-PX活力、SOD含量显著低于正常组(P<0.01),夏枯草多糖明显增加了GSH-PX活力(P<0.01)。Micro CT检测腹部脂肪体积,模型组大鼠腹部脂肪体积显著大于正常组(P<0.01),夏枯草多糖能明显减小脂肪体积(P<0.05)。夏枯草多糖对高脂饮食造成的高脂大鼠肝脏组织细胞的形态结构的损伤有一定的修复作用,如肝脏细胞界限明显、肝脏脂化现象减轻、肝细胞索趋于正常。8.与正常组相比,模型组大鼠血清中能量代谢过程的相关代谢物缬氨酸、丙氨酸、尿素、苏氨酸、琥珀酸、脯氨酸、纤维醇、反式-9-十八酸、花生四烯酸水平显著增加。这些代谢标志物大多与机体的三羧酸循环、糖代谢、氨基酸代谢和脂质代谢有关。PVP干预后,大部分代谢物变化得到回调,其变化说明夏枯草多糖对大鼠机体脂质代谢紊乱具有一定的改善功能。结论:本论文通过对夏枯草多糖的提取工艺研究,得出了可以用来预测和分析夏枯草多糖提取工艺的模型,并通过回归方程得出夏枯草多糖的最佳提取工艺;按照最佳提取工艺,提取、分离、纯化得到的夏枯草粗多糖和相对分子质量均一,纯度较高的PVP-1、PVP-2组分并进行理化分析与初步结构表征。夏枯草粗多糖具有良好的清除DPPH、ABTS自由基能力和Fe2+还原能力;对LPS诱导的RAW246.7巨噬细胞IL-1β、NO和TNF-α的分泌具有一定抑制作用,具有良好的抗炎活性。PVP对AngⅡ刺激的大鼠血管平滑肌细胞增殖有明显的抑制作用,该法可为降脂药物研究提供一定借鉴。同时,PVP对高脂饲料诱导的高脂血症模型大鼠有很好的降低血脂水平的效果,可能通过抗脂质过氧化、减弱炎症和调节糖代谢、氨基酸代谢及脂类代谢等对高血脂发挥干预作用。
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