畜牧兽医学报  2021, Vol. 52 Issue (11): 3270-3281. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2021.011.028    PDF    
短管兔耳草多糖的结构表征及其免疫调节活性研究
余蕊宏, 孟祯, 孙梦珂, 陈仕雄, 张浚文, 黄一帆, 秦韬, 任喆     
福建农林大学动物科学学院 福建省兽医中药与动物保健重点实验室, 福州 350002
摘要:本试验旨在从短管兔耳草(Lagotis brevituba Maxim)中分离纯化多糖,初步分析多糖的结构表征并研究其体外免疫调节活性。采用水提醇沉法从短管兔耳草中提取粗多糖,经DEAE-52纤维素离子交换柱进行分离纯化,得到短管兔耳草多糖(Lagotis brevituba Maxim polysaccharide,LMP)。采用高效凝胶色谱法(HPGPC)、傅里叶变换-红外光谱法(FT-IR)、紫外光谱法(UV)等方法对其结构进行初步分析,并以小鼠骨髓来源树突状细胞(murine bone marrow derived dendritic cells,BMDCs)为靶细胞,采用MTT法、流式细胞术(FCM)、酶联免疫吸附试验(ELISA)等对其免疫活性进行测定。结果显示:从短管兔耳草中分离到不含核酸和蛋白质的多糖LMP,得率为(18.5±1.7)%,糖含量为(89.7±1.9)%,平均分子量为3.18 ku,平均粒径为1 483.89 nm,Zeta电位为-14.81 mV。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)结果显示,LMP的表面光滑,呈片状分布,单链的高度在5.4 nm左右。3.13~50.00 μg·mL-1 LMP能显著促进BMDCs增殖(P < 0.05)及其表面分子(CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ)的表达(P < 0.05)和细胞因子(TNF-α、IL-12)的分泌(P < 0.05),同时显著降低BMDCs的吞噬能力(P < 0.05)。LMP能促进BMDCs表型和功能的成熟,具有较好的免疫调节活性,可将其作为潜在的免疫调节剂。
关键词短管兔耳草    多糖    结构特征    树突状细胞    免疫活性    
Structural Characterization and Immunomodulatory Activities of Polysaccharide Extracted from Lagotis brevituba Maxim
YU Ruihong, MENG Zhen, SUN Mengke, CHEN Shixiong, ZHANG Junwen, HUANG Yifan, QIN Tao, REN Zhe     
Fujian Key Laboratory of Traditional Chinese Veterinary Medicine and Animal Health, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
Abstract: The purpose of this study was to isolate the polysaccharide from Lagotis brevituba Maxim (LMP) and to investigate the structural features and its immunomodulatory activity in vitro. LMP was obtained by water extraction and ethanol precipitation, and purified sequentially by DEAE-52 column chromatography. Subsequently, high performance gel permeation chromatography (HPGPC), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), ultraviolet spectroscopy (UV) were employed to characterize the structural properties of LMP. The immunomodulatory activities of LMP were studied by MTT, FCM and ELISA, and using murine bone marrow derived dendritic cells (BMDCs) as the target cells. The results showed that LMP was obtained from Lagotis brevituba Maxim and contained no nucleic acid and protein. The yield and total carbohydrate content of LMP were 18.5%±1.7% and 89.7%±1.9%, respectively, and the average molecular weight of LMP was 3.18 ku. In addition, the average particle size and Zeta potentials of LMP were 1 483.89 nm and-14.81 mV, respectively. SEM and AFM images showed that LMP was a sheet-like appearance with smooth surface and uniformly dispersed in height of 5.4 nm. At 3.13-50 μg·mL-1, LMP promoted the cell proliferation of BMDCs, and significantly increased the expression of surface markers (CD80, CD86, MHC-Ⅰ and MHC-Ⅱ) (P < 0.05) and the secretion content of cytokines (TNF-α and IL-12) (P < 0.05). Moreover, LMP decreased the phagocytosis of BMDCs (P < 0.05). LMP showed better immune activity and it could induce the maturation of the phenotype and functions of BMDCs, which would be potentially developed as an effective immunomodulatory agent.
Key words: Lagotis brevituba Maxim    polysaccharides    characterization    dendritic cells    immunomodulation    

短管兔耳草(Lagotis brevituba Maxim)又名“洪连”,属玄参科(Scrophulariaceae)短管兔耳草属(Lagotis Gaertn)草本植物[1],主要分布于我国西藏、青海、甘肃等[2]地区。作为民间传统藏药,短管兔耳草在治疗全身发热、肺病、肾炎、高血压等[3]疾病中具有良好的疗效。大量药理研究和临床实践表明,短管兔耳草主要含有苯丙素苷类、酚类、环烯迷萜苷类和黄酮类等化学成分,这些成分具有抗肿瘤、抗菌、抗炎、免疫调节等[4-6]作用。多糖(polysaccharide)作为短管兔耳草中的活性成分之一,是一类具有多种生物活性的天然大分子物质,如抗肿瘤、抗氧化、抗炎、免疫调节活性等[7-9]。多糖作为一种天然的免疫调节剂,具有毒副作用小、安全性较高等[10]特点,已成为近年来研究的一大热点。

树突状细胞(dendritic cells,DC)是一种重要的专职抗原提呈细胞(antigen presenting cells,APC),在机体细胞免疫和体液免疫调控中具有重要作用[11]。未成熟的DC受到抗原刺激后变为成熟的DC,迁移至淋巴器官后,通过主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC)分子提呈抗原多肽和共刺激分子来激活T细胞,从而启动特异性免疫应答[12-13]。研究表明[14],多糖可通过与DC表面的多种受体结合,激活不同的信号通路,从而诱导DC表型和功能的成熟,最终对机体起到免疫调节作用。目前,国内外关于短管兔耳草的报道只局限于其化学组成和提取工艺方面[15-17],尚未见有关短管兔耳草多糖(Lagotis brevituba Maxim polysaccharide,LMP)的结构和免疫调节活性的报道。

因此,本试验从短管兔耳草中分离纯化得到成分均一的多糖LMP,通过高效凝胶色谱法(high performance gel permeation chromatography,HPGPC)、傅里叶变换-红外光谱法(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、紫外光谱(ultraviolet spectroscopy)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM) 等方法对其结构进行分析,并进一步评价其对BMDCs的免疫调节活性,以期为短管兔耳草多糖的开发和利用提供理论基础。

1 材料与方法 1.1 主要材料和试剂

ICR雄性小鼠,6~8周龄,购于福州吴氏动物公司;短管兔耳草购自福州晴百旺公司;DEAE-52纤维素购于Whatman公司;蛋白含量检测试剂盒购自江苏凯基生物公司;RPMI 1640培养液、胎牛血清(FBS)购自Gibco公司;PBS、噻唑蓝(MTT)、红细胞裂解液、青霉素-链霉素购于Solarbio公司;anti-mouse CD16/CD32封闭抗体购自杭州联科生物公司;流式抗体anti-mouse FITC-CD80、CD86、MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ均购自eBioscience公司;丝裂霉素C购自合肥博美生物科技公司;脂多糖(LPS)、FITC-dextran购自Sigma公司;rm GM-CSF与rm IL-4均购自深圳欣博盛生物科技公司;小鼠TNF-α、IL-12试剂盒购自上海酶联生物科技公司;其余试剂均为分析纯,购于国药集团化学试剂公司。

1.2 主要仪器

ABT 320-4M电子天平系德国科恩公司产品;真空冷冻干燥机购自德国CHRiST公司;傅里叶红外光谱仪系美国Thermo公司产品;RE-52CS旋转蒸发仪系上海亚荣生化仪器厂产品;Nano Plus3激光粒度仪购自Malvern公司;MultiMode 8 SPM原子力显微镜系Bruker公司产品;台式高速离心机购自美国BECKMAN公司;NovoCyte流式细胞仪购自艾森生物有限公司;Infinite M200 Pro酶标仪购自TECAN公司;二氧化碳恒温培养箱购自西德Haraneus公司。

1.3 短管兔耳草多糖的分离和纯化

1.3.1 短管兔耳草多糖的提取   称取干燥的短管兔耳草500 g,置于3倍体积的95%乙醇中浸煮3 h,用以除去脂溶性物质。脱脂后的短管兔耳草按1∶20的固液比加入双蒸水,置于恒温电热套(110 ℃)中浸煮2 h。8 000 r·min-1离心10 min后,合并所有的上清液,经减压浓缩至原体积的1/3,再次加入95%乙醇进行醇沉,静置过夜。8 000 r·min-1离心10 min后,收集沉淀,经冷冻干燥后得到短管兔耳草粗多糖。

1.3.2 除蛋白   采用Sevage液(正丁醇∶氯仿= 1∶5)除去短管兔耳草粗多糖的蛋白,Sevage液与粗多糖溶液的比例为1∶5。重复上述步骤3~4次后,合并所有的上清液,经浓缩、醇沉、离心后,收集沉淀,经冷冻干燥后得到除蛋白后的短管兔耳草粗多糖。

1.3.3 DEAE-52纤维素柱层析   采用DEAE-52纤维素柱层析法对短管兔耳草粗多糖进一步分离纯化,上样浓度为100 mg·mL-1,上样体积为10 mL,流速为1 mL·min-1,洗脱液为双蒸水。利用自动收集器收集洗脱液,每管收集5 min,并以苯酚-硫酸法测定每管洗脱液在490 nm处的吸光值,以管数为横坐标,吸光度值为纵坐标绘制洗脱曲线图。分别合并收集含多糖的洗脱液,减压浓缩后静水透析24 h(分子截留量为100~500 u),期间每12 h换水1次。将透析后的溶液进行浓缩,冷冻干燥后即得短管兔耳草多糖(LMP)。

1.3.4 短管兔耳草的化学组成测定   采用苯酚-硫酸法在490 nm处测定LMP的糖含量,采用考马斯亮蓝法在595 nm处测定LMP的蛋白含量,采用鲎试剂法在545 nm处检测LMP中的内毒素含量。

1.4 短管兔耳草多糖的结构分析

1.4.1 平均分子量测定   将浓度为1 mg·mL-1的LMP溶液,采用HPGPC测定其平均分子量。色谱条件:检测器为安捷伦1260 Infinity液相色谱仪,配RID-1A示差折光检测器;色谱柱选用KS-805、KS-804和KS-802三根串联;流动相为双蒸水;流速为1 mL·min-1;柱温为70 ℃,检测器温度为50 ℃。

1.4.2 红外光谱分析   精密称取2 mg LMP,与200 mg KBr粉末混匀后,于玛瑙研钵中研磨成极细粉末,压片后用傅里叶红外光谱仪在4 000~500 cm-1进行扫描,并记录红外光谱。

1.4.3 紫外光谱分析   将LMP配制成0.5 mg·mL-1的多糖溶液,使用紫外分光光度计在200~800 nm测定多糖溶液的紫外吸收光谱。

1.4.4 粒径和Zeta电位   采用激光粒度仪测定LMP的平均粒径与Zeta电位,样品的浓度为0.1 mg·mL-1,测定温度为25 ℃。

1.4.5 扫描电镜分析   将少量LMP粉末均匀涂抹于导电胶表面,经喷金处理后,通过扫描电镜对LMP的微观结构进行观察。

1.4.6 原子力电镜分析   配制10 μg·mL-1的LMP溶液,经磁力搅拌1 h后,用滴管滴加1滴在云母表面,待其干燥后用原子力电镜在Tapping模式下成像,并对其形态和空间结构进行观察。

1.5 短管兔耳草多糖的体外免疫活性分析

1.5.1 小鼠骨髓源树突状细胞的体外诱导培养   取6~8周龄的ICR雄性小鼠,以颈椎脱臼法处死后,置于装有75%酒精的容器中。无菌取出股骨和胫骨,用纱布去除附着的肌肉和结缔组织后,剪掉骨的两端,用1 mL无菌注射器吸取PBS,反复冲洗骨髓腔,直到骨髓腔发白。收集细胞悬液,1 500 r·min-1离心10 min后弃上清。收集细胞沉淀,按1∶5体积加入红细胞裂解液,于冰上裂解2 min。加入RPMI 1640基础培养液终止反应,1 500 r·min-1离心10 min,弃上清。收集细胞沉淀,加入含20 ng·mL-1 rm IL-4和20 ng·mL-1 rm GM-CSF的RPMI 1640完全培养液(含10% FBS和1%青-链霉素),将细胞浓度调整为1×106 cell·mL-1后接种于6孔板中,每孔4 mL,于37 ℃、5%CO2条件下培养6 d,隔天半量换液并补充刺激因子,培养期间用倒置显微镜观察细胞的形态变化。第7天,弃上清后获得BMDCs,用RPMI 1640完全培养液重悬,用于后续试验。

1.5.2 细胞增殖活性   采用MTT法检测LMP对BMDCs的增殖活性。将培养至第7天的BMDCs,用RPMI 1640完全培养液调整细胞的浓度为1×105cell·mL-1,加入96孔板中,每孔100 μL。37 ℃,5% CO2环境下培养24 h后,每孔加入100 μL含LMP的RPMI 1640完全培养液(终浓度分别为0.78、1.56、3.13、6.25、12.50、25.00、50.00、100.00、200.00、400.00、800.00 μg·mL-1),另设空白对照组。24 h后,每孔加入10 μL MTT(5 mg·mL-1),继续培养4 h,弃上清,每孔加入150 μL DMSO,震荡10 min后,将96孔板于酶标仪570 nm处测定吸光度值,并以空白组的细胞活力为100%来分析各组的细胞活力。

1.5.3 试验分组   根据“1.5.2”中BMDCs增殖的试验结果,分为4组:Control组(RPMI 1640)、LPS组(1 μg·mL-1 LPS)、LMP组(终浓度分别为3.13、6.25、12.50、25.00、50.00 μg·mL-1),每孔1 mL,置于37 ℃、5% CO2中培养24 h后用于后续试验。

1.5.4 细胞表面分子表达   BMDCs按“1.5.3”分组培养24 h后,弃上清,用预冷的PBS洗两遍,每孔各加入1 μL CD16/CD32封闭抗体封闭,冰浴10 min后,分别加入FITC-CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ,4 ℃避光孵育30 min后,PBS清洗两遍,弃上清,用500 μL PBS重悬后,用NovoCyte流式细胞仪检测。

1.5.5 细胞吞噬活性   BMDCs按“1.5.3”分组培养24 h后,弃上清,用预冷的PBS洗两遍,加入丝裂霉素C(2 mg·mL-1)作用30或90 min。PBS清洗两次后,每孔各加入100 μL FITC-dextran(1 mg·mL-1),4或37 ℃条件下避光染色1 h后,PBS清洗两遍,弃上清,用500 μL PBS重悬后,用NovoCyte流式细胞仪检测各个条件下的平均荧光强度(MFI),并按下式计算细胞吞噬率。

$ \Delta {\rm{MFI}}\left( \% \right) = {\rm{MFI}}\left( {37℃} \right) - {\rm{MFI}}\left( 4℃ \right)。$

1.5.6 ELISA   BMDCs按“1.5.3”分组培养24 h后,收集上清液,分别检测各组上清液中TNF-α和IL-12的含量,方法均按试剂盒说明书进行操作,最终用酶标仪测定450 nm处的吸光度值,并根据标准曲线计算出各组中细胞因子TNF-α和IL-12的含量。

1.6 统计分析

数据均以“x±s”表示,利用SPSS17.0软件对数据进行单因素方差分析,显著性水平为P < 0.05。

2 结果 2.1 短管兔耳草多糖的制备

图 1A可知,经DEAE-52纤维素柱层析分离纯化得到的洗脱曲线为单一峰,表明组分均一,主要分布在20~60管,因此短管兔耳草多糖的DEAE-52纤维素色谱柱出峰时间在100~300 min。收集100~300 min内的洗脱液,经冷冻干燥后得到白色粉末状的短管兔耳草多糖,命名为LMP。经测定,LMP的得率(18.5±1.7)%,糖含量(89.7±1.9)%,蛋白含量为(0.8±0.1)%,内毒素含量为0.011 7 EU·mL-1

A. LMP在DEAE-52纤维素层析柱洗脱曲线;B. LMP在凝胶色谱柱上的平均分子量分布图;C. LMP的红外光谱图; D.LMP的紫外光谱图 A. Elution curve of LMP on a DEAE-52 column chromatography; B. Molecular weight distribution of LMP on column; C. FT-IR spectra of LMP; D. UV spectra of LMP 图 1 短管兔耳草多糖(LMP)的分离纯化和色谱、光谱分析 Fig. 1 Isolation, purification, chromatography and spectral analysis of polysaccharide from Lagotis brevituba Maxim (LMP)
2.2 短管兔耳草多糖的结构分析

2.2.1 平均分子量   如图 1B所示,LMP在凝胶色谱柱上展现出来为单一对称峰,峰型较宽,表明LMP的平均分子量分布较为均一。结合葡聚糖的标准曲线y=53.926 13-8.289 42x+0.529 17x2- 0.015 43x3+0.000 17x4,将LMP在色谱柱的保留时间带入标准曲线中,得到LMP的平均分子量为3.18×103 u。

2.2.2 红外光谱   如图 1C所示,LMP在3 285.14 cm-1处的吸收峰型较宽,是由O-H的伸缩振动引起,在2 930.31 cm-1和1 398.14 cm-1处的吸收峰分别代表C-H的伸缩振动和变角振动特征吸收峰,这三种吸收峰均属于多糖的典型特征峰,表明LMP属于多糖类物质。在1 641.13 cm-1处有一吸收峰,代表多糖官能团中O-H键的伸缩振动。在1 200~1 000 cm-1的吸收峰代分别代表C-O-C和C-O-H的伸缩振动,933.49 cm-1处的吸收峰是由呋喃环伸缩振动引起的,在823.46 cm-1的吸收峰显示其含有β-构型的糖苷键。

2.2.3 紫外光谱扫描   LMP在200~800 nm的紫外扫描图如1D所示,LMP在260和280 nm处没有明显的吸收峰,表明LMP不含核酸和蛋白质。

2.2.4 粒径与Zeta电位   由图 2A可知,当LMP浓度为0.1 mg·mL-1时,平均粒径为1 483.89 nm。由图 2B可知,当LMP浓度为0.1 mg·mL-1时,溶液带负电荷,电位值为-14.81 mV。

A. 粒径; B.Zeta电位 A. Particle size; B. Zeta-potential 图 2 LMP的粒径与Zeta电位 Fig. 2 Particle size and Zeta-potential of LMP

2.2.5 扫描电镜和原子力显微镜   图 3A为LMP的扫描电镜图,结果表明,在2 200的放大倍数下,样品的表面形貌光滑,结构较为规整,呈片状且棱角分明。图 3B为LMP的原子力显微镜图像,扫描范围为2.00 μm×2.00 μm,可看出LMP分布较均匀,其单链高度5.4 nm左右。

A.扫描电镜图;B.原子力电镜图 A.Scanning electron microscopy; B.Atomic force electron microscopy 图 3 短管兔耳草多糖的扫描电镜图和原子力电镜图 Fig. 3 SEM and AFM micrographs of LMP
2.3 短管兔耳草多糖对BMDCs的免疫调节作用

2.3.1 BMDCs的形态学观察   倒置显微镜下BMDCs的细胞形态变化如图 4所示,第1天,细胞的体积较小,呈圆形。第7天,细胞的体积变大,形态变为纤长的树枝样,具有较多突起,符合典型成熟DC的细胞形态。

图 4 倒置显微镜观察BMDCs的细胞形态(200×) Fig. 4 The morphology of BMDCs was observed by an inverted phase microscope (200×)

2.3.2 短管兔耳草多糖对BMDCs增殖活性的影响   LMP对BMDCs增殖活性的影响如图 5所示,与空白组相比,0.78~100.00 μg·mL-1 LMP能显著促进BMDCs增殖(P < 0.05),以25.00 μg·mL-1 LMP的增殖效果最强。当LMP的浓度为200.00~800.00 μg·mL-1时,LMP呈现一定的细胞毒性作用。因此,选择3.13、6.25、12.50、25.00、50.00 μg·mL-15个浓度用于后续的细胞活性评价。

小写字母相同的表示差异不显著(P>0.05),不同的表示差异显著(P < 0.05)。下图同 The same lowercase letters in the figure indicates no significant difference (P>0.05), and the different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05) between different treatment. The same as following 图 5 短管兔耳草多糖对BMDCs增殖活性的影响 Fig. 5 Effect of LMP on the cells viability of BMDCs

2.3.3 短管兔耳草多糖对BMDCs表面分子表达的影响   将不同浓度的LMP(3.13、6.25、12.50、25.00、50.00 μg·mL-1)作用BMDCs 24 h后,细胞表面分子CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ的表达情况如图 6所示。3.13~50.00 μg·mL-1 LMP的CD80表达率均显著高于空白组(P < 0.05),且呈剂量依赖性。当LMP的浓度为12.50、25.00 μg·mL-1时,CD80的表达率与LPS组相比差异不显著(P>0.05),3.13~6.25 μg·mL-1 LMP的CD80表达率均显著低于LPS组(P < 0.05)。LMP在浓度为3.13~25.00 μg·mL-1时,CD86的表达率均显著高于空白组(P < 0.05),以12.50 μg·mL-1 LMP的CD86的表达率最高,为58.4%。3.13~50.00 μg·mL-1 LMP的MHC-Ⅰ的表达率均显著高于空白组(P < 0.05),且呈剂量依赖性。当LMP的浓度为12.50~50.00 μg·mL-1时,MHC-Ⅰ的表达率与LPS组相比差异不显著(P>0.05),3.13、6.25 μg·mL-1 LMP的MHC-Ⅰ表达率显著低于LPS组(P < 0.05)。12.50~50.00 μg·mL-1 LMP MHC-Ⅱ的表达率均显著高于空白组(P < 0.05),且呈剂量依赖性增长,以50.00 μg·mL-1 LMP的MHC-Ⅱ表达率最高,为54.3%。

图 6 LMP对BMDCs表达CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ分子的影响 Fig. 6 Effect of LMP on the expression of CD80, CD86, MHC-Ⅰ and MHC-Ⅱ molecule in BMDCs

2.3.4 短管兔耳草多糖对BMDCs吞噬功能的影响   由图 7可知,与FITC-dextran作用30或90 min后,LPS组和LMP组的吞噬率均显著低于空白组(P < 0.05)。与FITC-dextran作用30 min后,随着LMP浓度的增加,吞噬率呈剂量依赖性降低。当LMP浓度为6.25、12.5 μg·mL-1时,吞噬率与LPS组相比差异不显著(P>0.05)。当LMP浓度为25、50 μg·mL-1时,吞噬率显著低于LPS组(P < 0.05),以50 μg·mL-1 LMP的吞噬率最低,为6.1%。与FITC-dextran作用90 min后,3.13、6.25、12.50、50.00 μg·mL-1 LMP的吞噬率均显著高于LPS组(P < 0.05),而25.00 μg·mL-1 LMP的吞噬率与LPS组相比差异不显著(P>0.05),吞噬率为10.1%。相比之下,与FITC-dextran作用30 min的吞噬率(6.1%)显著低于作用90 min的吞噬率(10.1%)(P < 0.05)。

图 7 LMP对BMDCs吞噬功能的影响 Fig. 7 Effect of LMP on the phagocytosis of BMDCs

2.3.5 短管兔耳草多糖对BMDCs分泌TNF-α和IL-12的影响   LMP对BMDCs分泌细胞因子TNF-α和IL-12的影响如图 8所示。由图 8A所示,与空白组相比,3.13~50.00 μg·mL-1 LMP可增加细胞因子TNF-α的分泌,以6.25 μg·mL-1 LMP的TNF-α含量最高。由图 8B所示,与空白组相比,3.13~50.00 μg·mL-1 LMP可显著增加细胞因子IL-12的分泌(P < 0.05),以6.25 μg·mL-1 LMP的IL-12含量最高。

图 8 LMP对BMDCs分泌TNF-α(A)和IL-12(B)的影响 Fig. 8 Effect of LMP on the production of TNF-α (A) and IL-12 (B) in BMDCs
3 讨论

藏药短管兔耳草作为藏药的常用药材[18],已有悠久的历史。多糖是短管兔耳草的有效活性成分之一,具有抗氧化、抗炎、免疫调节等[19-20]作用。研究表明[21],多糖的生物活性与其结构和构像密切相关,如糖苷键的类型、分子量、空间构型等。不同的多糖具有不同的结构,其生物活性也具有较大差异,因此研究多糖的构效关系显得尤为重要。

本试验通过水提醇沉法从短管兔耳草中提取到LMP,经DEAE-52纤维素柱层析洗脱得到的洗脱曲线为单一峰,说明LMP的组分较为均一。理化性质结果显示LMP的得率为(18.5±1.7)%,糖含量为(89.7±1.9)%,蛋白含量为(0.8±0.1)%,内毒素含量为0.011 7 EU·mL-1,说明LMP的糖含量较高、蛋白含量较低且无内毒素污染[22],且UV光谱图显示在260~280 nm处未检测到吸收峰,表明LMP不含核酸和蛋白质,这与蛋白含量测定结果一致,因此可用于后续研究。多糖分子量的大小是影响其生物活性的主要因素之一[23],高分子量多糖因结构不均一导致活性不高,而低分子量的多糖因分子质量分布范围小,往往表现出更高的生物活性[24]。HPGPC结果显示, LMP的平均分子量为3.18×103 u,属于低分子量多糖,表明LMP可能具有提高生物活性的效果,这与Chandrashekar等[25]的研究结果一致。红外谱图显示,LMP在多糖的特征吸收峰(3 700~3 000 cm-1和3 000~2 800 cm-1) 处均有吸收峰,表明LMP属于多糖类物质。在933.49和823.46 cm-1两处的吸收峰分别代表是呋喃环的伸缩振动和β-构型的糖苷键,一般认为β构型的多糖具有较高的活性[26],说明LMP可能具有较高的生物活性,这与Yan等[27]的研究结果一致。

粒径的分布是反映多糖在水溶液中相互作用的重要指标之一,通常认为粒径越小越能被机体吸收利用,从而更好地发挥药理活性[28]。当LMP浓度为0.1 mg·mL-1时,平均粒径较大,为1 483.89 nm,这可能与多糖的浓度有关。Zeta电位能够通过粒子间静电排斥作用影响粒子在分散液中的稳定性,电位的绝对值越高表明分散粒子越稳定,体系更趋于稳定[29]。LMP的Zeta电位为-14.81 mV,表明体系较为稳定。SEM和AFM用于观察多糖的表面形貌,SEM结果显示,LMP的表面光滑,呈片状,棱角分明,AFM结果显示,其单链的高度为5.4 nm左右。多糖分子单链直径在0.1~1.0 nm[30],而LMP的高度远大于单链分子的估算值,这可能是多糖的主链为若干股形成或与探针的增宽效应有关。这与Li等[31]的研究结果一致。

DC是专职的APC,能够摄取、加工处理抗原,并将处理过的抗原递呈给T、B淋巴细胞,从而启动免疫反应[32]。本试验采用MTT法对BMDCs增殖活性进行了考察,3.13~50.00 μg·mL-1 LMP能显著促进BMDCs增殖,表明3.13~50.00 μg·mL-1的LMP对BMDCs来说是一个安全的剂量范围,因此选择3.13、6.25、12.50、25.00、50.00 μg·mL-1 5个浓度用于后续试验。

未成熟的DC低表达共刺激因子(如CD80、CD86、CD83),但具有较强的摄取和吞噬抗原能力,成熟的DC则相反[33-34]。研究表明[35],最能反映DC免疫功能的是MHC-Ⅱ类分子和共刺激分子CD80、CD86的表达水平,它们是成熟DC的标志性分子,能识别、摄取抗原以及与它免疫细胞间信号传递的必要条件。在本试验中,与空白组相比,LMP在3.13~50.00 μg·mL-1浓度均可上调CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ的表达,且呈剂量依赖性,表明LMP可以促进BMDCs表型的成熟,以25.00 μg·mL-1 LMP促进细胞表面分子(CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ)表达的效果最好。吞噬活性结果发现,经LMP刺激后的BMDCs,吞噬率显著低于空白组(P < 0.05)。BMDCs与FITC-dextran作用30 min后,LMP在浓度为25.00、50.00 μg·mL-1时,降低BMDCs吞噬抗原的能力强于其他浓度组;与FITC-dextran作用90 min后,LMP在浓度为25.00 μg·mL-1时,降低BMDCs吞噬抗原的能力强于其他浓度组。因此,以25.00 μg·mL-1 LMP吞噬FITC-dextran的效果最好,并以30 min的细胞吞噬率最低。

IL-12是由活化的DC、中性粒细胞和巨噬细胞产生,具有参与细胞免疫的作用[36]。IL-12和TNF-α可刺激T细胞的生长和功能的成熟,从而促进细胞免疫[37]。本研究发现,与空白组相比,3.13~50.00 μg·mL-1 LMP能促进BMDCs分泌TNF-α和IL-12,说明LMP能上调BMDCs因子TNF-α和IL-12的分泌,促进BMDCs的成熟。

4 结论

从短管兔耳草中提取得到的LMP,是一种含β-构型糖苷键的小分子量多糖,平均分子量为3.18×103 u。该多糖能显著促进BMDCs细胞表面分子CD80、CD86、MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ的表达,提高细胞因子TNF-α和IL-12的含量,还能降低细胞吞噬活性,表明LMP的免疫调节效果显著。本研究可为短管兔耳草的开发及利用提供一定的理论基础。

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(编辑   白永平)