申请/专利权人：山东农业大学

申请日：2019-02-02

公开（公告）日：2021-02-02

公开（公告）号：CN109674782B

主分类号：A61K31/352(20060101)

分类号：A61K31/352(20060101);A61P43/00(20060101);A61P39/02(20060101);A61P35/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.02#授权;2019.05.21#实质审查的生效;2019.04.26#公开

摘要：本发明公开了紫番茄花青素在调控铬诱导的LMH细胞自噬中的应用。本发明首次发现CrVI可显著诱导LMH细胞中自噬相关蛋白Beclin1和LC3III，ER应激相关蛋白GRP78和PERK和COX‑2表达，抑制通路蛋白mTOR和自噬相关蛋白P62的表达；而紫番茄花青素PTA可以缓解CrVI诱导的上述蛋白表达量的变化，证明紫番茄花青素可以显著改善CrVI诱导的LMH细胞自噬和内质网应激，为花青素介导的保护作用的分子机制提供了基础，有利于重金属引起的自噬的调节药物的开发研究。

主权项：1.紫番茄花青素在制备抑制由Cr（VI）诱导的LMH细胞过度自噬和内质网应激的药物中的应用。

全文数据：紫番茄花青素在调控铬诱导的LMH细胞自噬中的应用技术领域本发明涉及花青素的医药用途技术领域，具体涉及紫番茄花青素在调控铬诱导的LMH细胞自噬中的应用。背景技术在哺乳动物细胞中，自噬分为三种类型：巨自噬以下简称自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。自噬是真核生物中一种高度保守的大规模蛋白质降解途径，它从细胞质部分开始，将未折叠的蛋白和受损的细胞器包裹在自噬体中，然后成熟的自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，螯合物被各种溶酶体水解酶降解，最后氨基酸被循环用于大分子合成和能源生产。在生理条件下，自噬保持在相对低的水平，以通过能量和细胞构建材料的更新来维持细胞稳态。然而，过度自噬将自噬从一种保护机制转变为一种损害机制，过度降解细胞基本蛋白和细胞器导致细胞功能受损，甚至发生自噬性细胞死亡。氧化应激、代谢应激和饥饿等多种因素可诱导过度自噬。许多研究表明，重金属和其他外源性化学物质可以诱导细胞凋亡和自噬，自噬已被证实是癌症治疗的一个潜在靶点。铬化合物在地壳中含量丰富，广泛用于不锈钢制造、皮革鞣制和木材处理。Cr主要以两种价态存在于环境中，即CrVI和CrIII。铬VI具有致癌、腐蚀和刺激作用，对人体健康、生物资源和生态系统构成严重威胁，其毒性和可溶性高于铬III。许多研究表明，过量的铬可以诱导多种动物模型的肝毒性。机体内铬的靶器官主要有肝、肾、脑、肠道等，其中铬在肝脏中的蓄积量最高，因此肝脏被认为是铬蓄积的靶器官。以前的研究表明，CrVI可以诱导L-02肝细胞凋亡和自噬，而CrVI诱导的自噬通过ROS-Akt-mTOR途径保护L-02肝细胞免受凋亡。我们以前的研究也表明，CrVI可以诱导DF-1细胞自噬，但CrVI与鸡肝癌细胞LMH自噬之间的相互关系还未见报道。花青素是植物界中最广泛的天然色素家族之一，它们是天然水溶性色素，属于黄酮类化合物。已经确定花青素可以减少活性氧的产生，从而保护细胞免受损害。紫番茄花青素PTA是从紫色番茄果实中提取得到，目前还未见有关于紫番茄花青素对重金属引起的LMH细胞自噬的调节作用的报道。发明内容本发明首次发现CrVI可显著诱导LMH细胞中自噬相关蛋白Beclin1和LC3III，ER应激相关蛋白GRP78和PERK和COX-2表达，抑制通路蛋白mTOR和自噬相关蛋白P62的表达；而紫番茄花青素PTA可以缓解CrVI诱导的上述蛋白表达量的变化。基于此，本发明提出了下述技术方案：本发明的第一方面，提供紫番茄花青素在制备抑制由CrVI诱导的LMH细胞过度自噬和内质网应激的药物中的应用。上述应用中，所述紫番茄花青素通过如下1或2中至少一项的途径来抑制CrVI诱导的LMH细胞过度自噬；1下调LC3蛋白的表达，上调P62蛋白的表达；2下调Beclin1蛋白的表达，上调mTOR蛋白的表达。上述应用中，所述紫番茄花青素通过GRP78Bip和PERK蛋白的表达来抑制CrVI诱导的LMH细胞内质网应激。优选的，所述紫番茄花青素的浓度为50μgmL-100μgmL。本发明的第二方面，提供紫番茄花青素在制备抑制CrVI诱导的LMH细胞中COX-2过表达的药物中的应用。上述应用中，所述紫番茄花青素由如下方法制备而成：在避光条件下将紫色番茄果实打浆，制得浆液；以体积分数为60-80％的甲醇溶液作为提取溶剂，调节pH值为2-3，对浆液进行超声提取，得到紫番茄花青素粗提液；将紫番茄花青素粗提液采用乙酸乙酯进行萃取，得到紫番茄花青素萃取液；将紫番茄花青素萃取液采用大孔树脂柱纯化，制备得到紫番茄花青素。优选的，浆液与提取溶剂的质量比为1：3；超声提取的条件为：提取功率500-700W、提取温度20-25℃、提取时间30-60min。优选的，所述萃取具体为：将紫番茄花青素粗提液与乙酸乙酯按体积比为1:4混合，振荡混匀后进行第一次萃取，收集下层水溶液；再将下层水溶液与乙酸乙酯按体积比为1:2进行混合，振荡混匀后进行第二次萃取，收集下层水溶液，得到紫番茄花青素萃取液。优选的，所述大孔树脂柱纯化具体为：将紫番茄花青素萃取液按0.5-1倍柱体积h的速度加入到大孔树脂中，先用pH＝2的盐酸水溶液洗涤吸附后的树脂，待洗下的液体澄清不浑浊时停止洗涤，再用PH＝1的95％乙醇溶液进行洗脱，洗脱速度为1-2倍柱体积h，直至洗脱下的液体没有紫红色为止，收集紫番茄花青素洗脱液，将洗脱液浓缩，真空冷冻干燥，制得紫番茄花青素。光照、温度、pH等条件都会影响紫番茄花青素的提取和制备，经试验发现，采用本发明方法制备的紫番茄花青素活性好、纯度高紫番茄花青素的纯度达55-60％。本发明的第三方面，提供一种抑制由CrVI诱导的LMH细胞自噬和内质网应激的药物，所述药物以浓度为50μgmL-100μgmL的紫番茄花青素为有效成分。本发明的有益效果：本发明首次研究发现，紫番茄花青素可以显著改善CrVI诱导的LMH细胞自噬和内质网应激，为花青素介导的保护作用的分子机制提供了基础，有利于重金属引起的自噬的调节药物的开发研究。附图说明：图1：处理20h后PTA对LMH细胞中CrVI诱导的形态及细胞活性的影响。将细胞在不含Control或含20μMCrVI的DMEMHIGHGLUCOSE培养基中培养20小时。单独用PTA处理细胞，用CrVI及PTA50μgmL或100μgmL共处理20小时。3-MA100μM和Rapa1μM分别作为阴性和阳性对照。A细胞形态；B细胞活性；比例尺：600μm。图2：PTA对处理20h后CrVI诱导的GRP78Bip和PERK蛋白表达的影响。A通过WesternBlot检测GRP78Bip。BPERK蛋白水平的定量分析。将细胞在不含Con或含20μMCrVI的DMEMHIGHGLUCOSE培养基中培养20小时。单独用PTA处理CrVI，用CrVI处理细胞并用PTA50μgmL或100μgmL共处理20小时。数据表示为平均值±SDn＝3。没有共同字母的表示具有显著差异p0.05。图3：PTA对CrVI诱导的LC3和P62蛋白表达的影响。A通过WesternBlot检测LC3-I和LC3-II。BLC3-III蛋白水平的定量分析。C通过WesternBlot检测P62。DP62蛋白水平的定量分析。将细胞在不含Con或含20μMCrVI的DMEMHIGHGLUCOSE培养基中培养20小时。单独用PTA处理细胞，用CrVI处理细胞并用PTA50μgmL或100μgmL共处理20小时。数据表示为平均值±SDn＝3。没有共同字母的表示具有显着差异p0.05。图4：处理20小时后PTA对CrVI诱导的Beclin1和mTOR蛋白表达的影响。A通过蛋白质印迹检测Beclin1。BmTOR蛋白水平的定量分析。将细胞在不含Con或含20μMCrVI的DMEMHIGHGLUCOSE培养基中培养20小时。单独用PTA处理CrVI，用CrVI处理细胞并用PTA50μgmL或100μgmL共处理20小时。数据表示为平均值±SDn＝3。没有共同字母的表示具有显着差异p0.05。图5：处理20小时后PTA对CrVI诱导的COX-2表达的影响。将细胞在不含Con或含20μMCrVI的DMEMHIGHGLUCOSE培养基中培养20小时。单独用PTA处理细胞，用CrVI处理细胞并用PTA50μgmL或100μgmL共处理20小时。数据表示为平均值±SDn＝3。没有共同字母的表示具有显着差异p0.05。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。正如背景技术部分介绍的，自噬是许多生理和病理过程所必需的，并且在维持细胞代谢平衡和体内平衡中起关键作用。自噬在大多数的情况下对机体有保护作用，但当自噬被过度激活时，会对机体产生损害，甚至引起自噬性死亡。低浓度的CrVI支持生物活性，但当其浓度超过身体耐受性时会引起细胞毒性。本发明研究发现，CrVI能够诱导LMH细胞过度自噬。花青素是植物界中最广泛的天然色素家族之一，它们是天然水溶性色素，属于黄酮类化合物。从不同植物中采用不同方法提取制备的花青素的性能会存在差异。紫色番茄是番茄的一个特色品种，果肉呈紫红色，具有独特的外观和较高的营养价值。紫色番茄中不仅含有普通番茄所具有的营养物质，而且富含具有强抗氧化能力的花青素、醛类、醇类、酯类等物质。本发明从紫色番茄中提取得到紫番茄花青素，并意外的发现，紫番茄花青素对CrVI诱导的LMH细胞过度自噬和内质网应激具有显著的改善作用，由此提出了本发明。为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。其中，部分试验材料具体如下：实施例1：紫番茄花青素PTA的制备1在避光条件下将紫色番茄果实打浆，制得浆液；以体积分数为60％的甲醇溶液作为提取溶剂，调节pH值为2，对浆液进行超声提取，浆液与提取溶剂的质量比为1：3；超声提取的条件为：提取功率600W、提取温度35℃、提取时间40min得到紫番茄花青素粗提液.2将紫番茄花青素粗提液与乙酸乙酯按体积比为1:4混合，振荡混匀后进行第一次萃取，收集下层水溶液；再将下层水溶液与乙酸乙酯按体积比为1:2进行混合，振荡混匀后进行第二次萃取，收集下层水溶液，得到紫番茄花青素萃取液；3将紫番茄花青素萃取液按0.5倍柱体积h的速度加入到大孔树脂中，先用pH＝2的盐酸水溶液洗涤吸附后的树脂，待洗下的液体澄清不浑浊时停止洗涤，再用PH＝1的95％的乙醇溶液进行洗脱，洗脱速度为1倍柱体积h，直至洗脱下的液体没有紫红色为止，收集紫番茄花青素洗脱液，将洗脱液浓缩，真空冷冻干燥，制得紫番茄花青素。采用紫外-可见分光光度法对本实施例制备的紫番茄花青素的纯度进行检测。经检测，本实施例制备的紫番茄花青素的纯度为59％。实施例2：紫番茄花青素对CrVI引起的自噬的调节作用1.试验方法：1.1细胞培养试验所用LMH细胞严格按照提供者的说明进行培养。LMH细胞使用的培养基为含有L-glutamine和glucose的DMEM，使用前，加入10％体积的胎牛血清和1％体积的青链霉素混合液，放入提供5％CO2的37℃恒温细胞培养箱进行培养。1.2细胞处理培养LMH细胞进行试验生长，并与CrVI和或PTA在5％CO2中于37℃温育20小时。本试验中的六个处理组如下：1对照组：在DMEM培养基中培养20小时；2CrVI处理组：在含Cr20μM的DMEM中培养20小时；3PTA1处理组：在含有PTA50μgmL的DMEM中培养20小时；4CrVI+PTA1处理组：在含有Cr20μM+PTA50μgmL的DMEM中培养20小时；5PTA2处理组：在含有PTA100μgmL的DMEM中孵育20小时；6CrVI+PTA2处理：在含有Cr20μM+PTA100μgmL的DMEM中孵育20小时。DMEM中均含有5％体积的胎牛血清，20小时后收获细胞用于分析。其中，PTA为实施例1制备得到。1.3细胞形态学观察及活力测定细胞处理后，将细胞在普通光学显微镜下进行观察并照相，从而进行形态学观察，采用CCK-8检测试剂盒对其进行细胞活力测定。1.4WesternBlot检测细胞处理后，用PBS4℃洗涤细胞，并在冰上与补充有1mM苯基甲磺酰氟PMSF的RIPA裂解缓冲液一起孵育10分钟。然后通过在4℃以12,000g离心15分钟澄清细胞裂解物。使用BCA蛋白质测定试剂盒BeyotimeBiotechnology，Jiangsu，China测定蛋白质浓度。将等量的蛋白质样品在5×SDSPAGE上样缓冲液中稀释并煮沸5分钟。通过SDS-PAGE分离蛋白质10μg并转移到0.22μm聚偏二氟乙烯PVDF膜Merckmillipore，Massachusetts，USA上。在含有5％脱脂奶粉的TBST在室温下封闭1小时后，将膜在4℃下与针对Beclin1的稀释一抗1：1000，Proteintech，USA，LC3Ⅱ1：1000，Abcam，英国，P621：1000，Proteintech，USA和GRP78Bip1：1000，Beyotime，中国。然后，用含有0.1％吐温20的TBST将膜洗涤三次，每次10分钟。将膜与合适的二抗在室温下孵育1小时。最后，通过使用ECLWesternDetectionReagents测量每种靶蛋白。然后通过ImageJ软件分析蛋白质水平。将每个条带的密度归一化至其各自的加载对照GAPDH。1.5ELISA检测使用细胞膜和细胞核蛋白质提取试剂盒BeyotimeBiotechnology，江苏，中国提取LMH细胞蛋白用于检测。用酶联免疫吸附试验ELISA试剂盒测定血清mTOR，PERK和COX-2蛋白水平：mTOR上海复盛Trizol试剂公司，中国上海，PERKMlbiotech，中国上海和COX-2Mlbiotech，中国上海根据制造商的说明进行试验。用自动化酶标仪在450nm读取吸光度，并通过标准曲线标准化所有吸光度结果。1.6统计分析所有统计学分析均使用SPSS19.0SPSSInc.，Chicago，IL，USA进行。单向方差分析ANOVA用于鉴定显著值p0.05。数据表示为平均值±SD。2.试验结果2.1LMH细胞形态学分析及活力检测雷帕霉素Rapa通常作为mTOR抑制剂用于增强细胞自噬水平。3-MA是抑制磷脂酰肌醇3-激酶PI3K活性并阻断自噬体形成的自噬抑制剂，被认为是抑制自噬诱导的最经典的抑制剂之一。这两种药物用于探讨PTA在调节CrVI胁迫条件下LMH细胞自噬中的作用。通过显微镜进行形态学分析。如图1-A所示，在对照，PTA，Rapa和3-MA组中发现正常的LMH细胞形态。处理20小时后，CrVI诱导细胞脱落并改变细胞大小，降低细胞密度。与CrVI组相比，CrVI+PTA组细胞损伤和收缩较少。如图1-B所示，CrVI处理组细胞活性明显下降，而3-MA抑制自噬后细胞活性有所上升，说明紫番茄花青素与3-MA有相同的效果。2.2PTA通过改变PERK和GRP78蛋白的表达从而抑制CrVI诱导的内质网应激GRP78Bip和PERK是内质网应激的两个重要指标。ER应激激活主要依赖于应激源的暴露浓度和时间；因此，这两个关键因素必须首先在体外研究中确定。我们的研究结果表明图2CrVI诱导LMH细胞的ER应激，铬处理组ER应激的标志性蛋白GRP78Bip和PERK的表达显著高于对照组。PTA100μgmL+Cr组GRP78Bip和PERK的表达显着低于PTA50μgmL+Cr组。这些结果表明PTA可以减轻由CrVI引起的ER应激并且与剂量相关。2.3PTA通过改变LC3和P62蛋白的表达来抑制CrVI诱导的自噬LC3是酵母Atg8的自噬体直系同源物。已经显示脂质形式的LC3，LC3-II是哺乳动物中的自噬体标记物。P62参与泛素-蛋白酶体系统和自噬-溶酶体系统的降解过程，并且是自噬的标记蛋白。当LMH细胞暴露于CrVI时，LC3-II的表达水平高于对照组图3A-B，P62的表达水平低于对照组图3C-D。然而，通过CrVI和PTA共处理可以显着逆转这种变化，表明PTA可以抑制CrVI诱导的自噬。2.4PTA通过改变Beclin1和mTOR蛋白的表达来抑制CrVI诱导的自噬Beclin1是自噬体形成的必需分子。作为一种分子平台，它可以介导自噬相关蛋白定位于吞噬泡，并与各种蛋白反应，调节自噬体的形成和成熟。如图4A所示，与对照组相比，CrVI处理组的Beclin1蛋白水平增加。然而，通过CrVI和PTA共处理可以显著逆转这种变化，表明PTA可以抑制CrVI诱导的自噬。mTOR是自噬上游途径中的关键蛋白，其调节细胞生长，增殖和自噬。研究表明抑制PI3K-AKT-mTOR通路可有效诱导自噬。在本试验中，当供应CrVI时，mTOR水平图4B显著减弱。此外，当加入PTA时，与CrVI处理组相比，mTOR趋势显著增强，并且随着花青素剂量的增加而增加。2.5PTA在LMH细胞中减弱CrVI诱导的COX-2为了探讨COX-2在CrVI诱导的细胞功能障碍中的作用，我们评估了CrVI暴露后的COX-2表达。当加入CrVI时，COX-2水平显著增加。相反，在PTA处理后，COX-2水平下降图5，表明PTA可以抑制CrVI诱导的COX-2水平增加。综上，CrVI可显著诱导自噬相关蛋白Beclin1和LC3III，ER应激相关蛋白GRP78和PERK和COX-2表达，抑制通路蛋白mTOR和自噬相关蛋白P62的表达，而紫番茄花青素可以缓解CrVI诱导的上述蛋白表达量的变化。证实紫番茄花青素可以通过内质网应激途径改善CrVI诱导的自噬，这为花青素介导的保护作用的分子机制提供了基础。因此，紫番茄花青素是可以在某些条件下抑制应激诱导的自噬的有用天然药剂。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

权利要求：1.紫番茄花青素在制备抑制由CrVI诱导的LMH细胞过度自噬和内质网应激的药物中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述紫番茄花青素通过如下1或2中至少一项的途径来抑制CrVI诱导的LMH细胞过度自噬；1下调LC3蛋白的表达，上调P62蛋白的表达；2下调Beclin1蛋白的表达，上调mTOR蛋白的表达。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述紫番茄花青素通过GRP78Bip和PERK蛋白的表达来抑制CrVI诱导的LMH细胞内质网应激。4.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述紫番茄花青素的浓度为50μgmL-100μgmL。5.紫番茄花青素在制备抑制CrVI诱导的LMH细胞中COX-2过表达的药物中的应用。6.根据权利要求1或权利要求5所述的应用，其特征在于，所述紫番茄花青素由如下方法制备而成：在避光条件下将紫色番茄果实打浆，制得浆液；以体积分数为60-80％的甲醇溶液作为提取溶剂，调节pH值为2-3，对浆液进行超声提取，得到紫番茄花青素粗提液；将紫番茄花青素粗提液采用乙酸乙酯进行萃取，得到紫番茄花青素萃取液；将紫番茄花青素萃取液采用大孔树脂柱纯化，制备得到紫番茄花青素。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，浆液与提取溶剂的质量比为1：3；超声提取的条件为：提取功率500-700W、提取温度20-25℃、提取时间30-60min。8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述萃取具体为：将紫番茄花青素粗提液与乙酸乙酯按体积比为1:4混合，振荡混匀后进行第一次萃取，收集下层水溶液；再将下层水溶液与乙酸乙酯按体积比为1:2进行混合，振荡混匀后进行第二次萃取，收集下层水溶液，得到紫番茄花青素萃取液。9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述大孔树脂柱纯化具体为：将紫番茄花青素萃取液按0.5-1倍柱体积h的速度加入到大孔树脂中，先用pH＝2的盐酸水溶液洗涤吸附后的树脂，待洗下的液体澄清不浑浊时停止洗涤，再用PH＝1的95％乙醇溶液进行洗脱，洗脱速度为1-2倍柱体积h，直至洗脱下的液体没有紫红色为止，收集紫番茄花青素洗脱液，将洗脱液浓缩，真空冷冻干燥，制得紫番茄花青素。10.一种抑制由CrVI诱导的LMH细胞自噬和内质网应激的药物，其特征在于，所述药物以浓度为50μgmL-100μgmL的紫番茄花青素为有效成分。

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