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广枣黄酮清除自由基能力及抗氧化性能的细胞模型法评价



全 文 :92 2016, Vol.37, No.09 食品科学 ※基础研究
广枣黄酮清除自由基能力及抗氧化性能的
细胞模型法评价
杨云舒,姜子涛*,李 荣
(天津商业大学生物技术与食品科学学院,天津市食品生物技术重点实验室,天津 300134)
摘  要:利用制备色谱将广枣黄酮分离成F1和F2两个组分。分别测定广枣黄酮、F1和F2的总抗氧化能力、清除
1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基、羟自由基(•OH)以及超氧阴离子自由
基(O2
-•)的能力,并与常见的抗氧化剂VC进行对比。结果表明:广枣黄酮具有良好的抗氧化效果,总黄酮的抗
氧化能力介于F1和F2之间;F1对DPPH自由基的清除能力以及F1和F2对•OH的清除能力均高于VC,而在总抗氧化
能力以及清除O2
-•方面F1和F2的效果均弱于VC。另外,细胞模型法评价结果显示,广枣黄酮可清除小鼠巨噬细胞
RAW264.7内的活性氧,表现出明显的抗氧化活性。
关键词:广枣黄酮;总抗氧化能力;自由基清除活性;细胞抗氧化活性;小鼠巨噬细胞RAW264.7
Evaluation of Free Radical Scavenging Ability and Antioxidant Activity of Flavonoids from
Choerospondias axillaris Fruits Using Cell Model
YANG Yunshu, JIANG Zitao*, LI Rong
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science,
Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)
Abstract: Flavonoids from the dried fruits of Choerospondias axillaris were separated using preparative chromatography
into two fractions (F1 and F2). The total antioxidant capacity, and DPPH radical, hydroxyl radical and superoxide anion
radical scavenging activities of F1 and F2 were evaluated using ascorbic acid (VC) as the reference. The results demonstrated
that total flavonoids from C. axillaris had obvious antioxidant capacity, which was between F1 and F2. The DPPH radical
scavenging activity of F1 and the hydroxyl radical scavenging activities of F1 and F2 were higher than those of VC, but total
antioxidant capacity and superoxide anion radical scavenging activity of F1 and F2 were lower than those of VC. In addition,
as evaluated using cell model, the flavonoids from C. axillaris showed significant antioxidant activity in mouse macrophages
(RAW264.7).
Key words: flavonoids from Choerospondias axillaris fruits; total antioxidant capacity; free radical scavenging activity;
cellular antioxidant activity; mouse macrophages RAW264.7
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609018
中图分类号:TS202.3­­­­­­­­­­­­­­­­­­­文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2016)09-0092-06
引文格式:
杨云舒, 姜子涛, 李荣. 广枣黄酮清除自由基能力及抗氧化性能的细胞模型法评价[J]. 食品科学, 2016, 37(9): 92-97.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609018. http://www.spkx.net.cn
YANG Yunshu, JIANG Zitao, LI Rong. Evaluation of free radical scavenging ability and antioxidant activity of flavonoids
from Choerospondias axillaris fruits using cell model[J]. Food Science, 2016, 37(9): 92-97. (in Chinese with English
abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609018. http://www.spkx.net.cn
收稿日期:2015-07-19
基金项目:天津市自然科学基金重点项目(12JCZDJC34100);天津市高等学校创新团队培养计划项目(TD12-5049)
作者简介:杨云舒(1991—),女,硕士研究生,研究方向为食品添加剂。E-mail:yangys019@hotmail.com
*通信作者:姜子涛(1956—),男,教授,博士,研究方向为食品添加剂。E-mail:ztjiang@tjcu.edu.cn
漆树科植物南酸枣(Choerospondias axillaris (Roxb.)
Burtt et Hill)在我国分布广泛,其干燥果实称为广枣[1]。
由于广枣对抗心律失常、改善心肌缺血具有明显的效
果,因此在临床上常被用于治疗心血管疾病[2-6],含广枣
※基础研究 食品科学 2016, Vol.37, No.09 93
的制剂占蒙成药总方剂的10%[7]。目前已有的研究表明,
广枣中含有黄酮类化合物、脂肪酸、甾醇、氨基酸以及
多种无机盐成分[8-14]。其中,黄酮类物质被认为是主要的
抗氧化活性成分[15]。郭英等[16]发现广枣提取物对于活性
氧(reactive oxygen species,ROS)自由基有较强的体外
清除能力。包保全等[17]通过观察广枣总黄酮对乳鼠心肌
细胞中乳酸脱氢酶和脂质过氧化物的影响,证明了广枣总
黄酮可以通过清除自由基对氧合血红蛋白产生保护作用。
细胞模型法是一种新型的抗氧化活性评价方法,与化学法
相比,细胞模型法具有更好的生物相关性,能够更加准确
地预测活性物质在人体内的抗氧化活性,但目前对于广枣
黄酮的研究还极少涉及细胞抗氧化活性的评价[18]。
本课题组在前期的实验中,将提取得到的广枣黄酮
经制备色谱分离纯化,得到了极性不同的两个组分——F1
和F2[19],本实验拟对广枣总黄酮及两个分离组分分别进行
抗氧化活性和清除自由基能力的研究,并与常用抗氧化剂
VC进行对比。同时采用细胞模型法研究广枣黄酮在小鼠
巨噬细胞中的抗氧化能力,为今后广枣黄酮的开发应用以
及进一步的成分分析和构效关系的研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
广枣,产地西藏昌都。按照文献[19]方法提取广枣
黄酮,并通过制备色谱将黄酮分为F1和F2两个组分,并
分别溶解于30%的乙醇溶液中,配制成1.0 mg/mL的贮
备液。
1 , 1 -二苯基 - 2 -三硝基苯肼( 1 , 1 - d i p h e n y l - 2 -
picrylhydrazyl,DPPH) 美国Sigma公司;小鼠巨噬
细胞RAW264.7 江苏齐氏生物科技有限公司;胎牛
血清(fetal bovine serum,FBS) 美国Gibco公司;
四甲基偶氮唑蓝(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)
中国医学科学院血液学研究所科技公司;DMEM高糖培
养基 美国HyClone公司;2’,7’-二氢二氯荧光黄双乙酸
钠(dichloro-dihydro-fluorescein diacetate,DCFH-DA)荧
光探针 江苏碧云天生物技术研究所;无水乙醇等其他
试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
SpectraMax M5多功能读板机 美国Molecular
Devices公司;Agilent 1260系列高效液相色谱仪 美国
安捷伦公司;U-3900紫外-可见分光光度计 日本日立
公司;HERAcell 240i CO2培养箱 美国Thermo公司;
Alpha-1500紫外-可见分光光度计 上海谱元仪器有限公
司;DS-5MC倒置显微镜 日本Nikon公司。
1.3 方法
1.3.1 磷钼络合物法测定总抗氧化活性
依据文献[20-21]的方法,用蒸馏水液稀释得到质量浓
度分别为0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mg/mL的F1、F2、
广枣总黄酮样品液和VC溶液。在一系列具塞试管中分别
加入4.0 mL磷钼试剂(终浓度为0.6 mol/L硫酸、4.0 mmol/L
钼酸铵和28.0 mmol/L磷酸钠)和0.4 mL样品液,迅速摇
匀,将试管在95 ℃条件下恒温水浴90 min,在695 nm波长
处测定吸光度(A695 nm),平行测定3 次,取平均值。
1.3.2 清除DPPH自由基能力的测定
依据文献[22]的方法,用蒸馏水稀释得到质量浓度
分别为0.01、0.05、0.10 mg/mL的F1、F2、总黄酮样品液
和VC溶液。在具塞试管中加入浓度为1.0×10–4 mol/L的
DPPH溶液3.5 mL和无水乙醇0.5 mL,避光静置30 min,
测定其在517 nm波长处的吸光度A1;在具塞试管中加
入1.0×10-4 mol/L的DPPH溶液3.5 mL和样品液0.5 mL
混合,避光静置30 min,测定其在517 nm波长处的吸光
度A;取3.5 mL无水乙醇与0.5 mL样品液混合,测定其
在517 nm波长处的吸光度A0,同时以3.5 mL无水乙醇和
0.5 mL蒸馏水的混合液作为空白。平行测定3 次,取平均
值。按照公式(1)计算DPPH自由基清除率。
DPPH㠚⭡ส␵䲔⦷/%=˄1- ×˅100A-A0A1 (1)
1.3.3 清除羟自由基(•OH)能力的测定
依据文献 [23 -24]的方法,采用结晶紫法对样品
清除•O H的能力进行测定:将储备液稀释,配制成
0.1 mg/mL的F1、F2、总黄酮样品液和VC溶液。在一系
列10 mL具塞试管中先后加入0.4 mmol/L结晶紫0.3 mL、
pH 4.0磷酸氢二钾-柠檬酸缓冲液(磷酸氢二钾浓度为
0.2 mol/L、柠檬酸浓度为0.1 mol/L)3.0 mL、15.0 mmol/L
的FeSO4溶液2.5 mL和20.0 mmol/L的H2O2溶液2.0 mL,
用缓冲液定容至10 mL并摇匀,放置30 min,测定其在
580 nm波长处的吸光度A0;同时测定不加H2O2时的吸光
度,记为Ab;在加入H2O2前分别加入0.2、0.6、1.0 mL的
样品液,测定其在580 nm波长处的吸光度,记为Ax,同
时以30%乙醇溶液为空白。平行测定3 次,取平均值。按
照公式(2)计算•OH清除率。gOH⏙䰸⥛/%= ×100Ax-A0Ab-A1 (2)
1.3.4 清除超氧阴离子自由基(O2
-•)能力的测定[25-26]
1.3.4.1 最大吸收波长的确定
向试管中加入pH 8.2的Tris-HCl(浓度为0.05 mol/L)缓冲
液4.5 mL和蒸馏水4.0 mL,在37 ℃条件下恒温水浴20 min,
立即加入3.0 mmol/L的邻苯三酚(已在相同条件下预热)
0.5 mL,迅速摇匀,在2~16 min内每隔2 min于250~500 nm
波长范围内进行全波长扫描,确定其最大吸收波长。
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1.3.4.2 邻苯三酚自氧化速率的测定
将按照1.3.4.1节混合的溶液在320 nm波长处测定吸
光度,以10.0 mmol/L HCl为参比,在2~6 min内每1 min记
录一次吸光度,将测定值进行线性回归,得到其斜率k0。
1.3.4.3 样品液对O2
-•清除率的测定
用蒸馏水稀释得到质量浓度分别为0.01、0.05、
0.10 mg/mL的F1、F2、总黄酮样品液和VC溶液。向具塞
试管中加入pH 8.2的Tris-HCl(浓度为0.05 mol/L)缓冲溶
液4.5 mL、样品液1.5 mL和蒸馏水2.5 mL,在37 ℃条件下
恒温水浴20 min,立即加入3.0 mmol/L的邻苯三酚(已在
相同条件下预热)0.5 mL,迅速摇匀,在320 nm波长处以
10.0 mmol/L HCl溶液为参比,在2~6 min内每1 min记录一
次吸光度,进行线性回归得到斜率ks。所有实验均平行测
定3 次,取平均值。根据公式(3)计算O2
-•清除率。
O2ˉ g␵䲔⦷/%= ×100k0-ksks (3)
1.3.5 细胞内抗氧化活性(cellular antioxidant activity,
CAA)的测定
1.3.5.1 细胞毒性实验
适当改进文献[27]的方法,用于测定广枣总黄酮、
F1和F2对小鼠巨噬细胞RAW264.7的毒性作用。将处于
对数生长期的RAW264.7细胞以每孔100 μL的接种量接
种于96 孔板中,每孔细胞数约为1×105 个,于37 ℃、
5% CO2培养箱中孵育,使细胞贴壁生长。培养24 h后吸
去培养液并用磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,
PBS)清洗,实验组每孔中加入100 μL不同质量浓度
(1.0、100.0、500.0 μg/mL)的广枣总黄酮、F1和F2溶
液培养24 h,每个质量浓度设6 个复孔。小心吸弃培养液
并用PBS清洗,加入20 μL 5 mg/mL的MTT溶液继续培养
4 h。吸去MTT溶液,加入150 μL二甲基亚砜(dimethyl
sulfoxide,DMSO)溶液,低速振荡至结晶物溶解,于
570 nm波长处测定每孔吸光度。空白组不接种细胞,只
用培养液处理;对照组接种细胞,以培养液代替样品溶
液。按照公式(4)计算细胞存活率。㒚㚲ᄬ⌏⥛/%= ×100Ax-A0Ac-A0 (4)
式中:Ax、Ac、A0分别为实验组、对照组、空白组在
570 nm波长处的吸光度。
1.3.5.2 细胞内荧光强度的测定
根据Qian Zhongji[28]和Yang Lichen[29]等的方法并
进行适当改进,测定广枣总黄酮、F1和F2在小鼠巨噬
细胞RAW264.7内的抗氧化活性。按照1.3.5.1节条件接
种细胞,培养24 h后小心吸弃培养液并用PBS清洗,
每孔加入广枣总黄酮、F1和F2溶液(100.0 μg/mL)和
DCFH-DA探针溶液(10.0 μmol/L)各100 μL,每个质量
浓度设6 个复孔。培养30 min后用PBS清洗两次,加入
100 μL的H2O2溶液(100.0 μmol/L)。在1 h内每5 min测
定一次荧光强度,测定条件为:激发波长488 nm,发射
波长525 nm。空白组只用DCFH-DA探针和培养液处理,
不加入样品溶液和H2O2。对照组用DCFH-DA和H2O2处
理,以培养液代替样品溶液。
1.3.5.3 CAA的计算
对1.3.5.2节得到的荧光强度-时间曲线进行积分,按
照公式(5)计算CAA。
CAA= ×100
∫SA
∫CA (5)
式中:∫SA为实验组荧光强度-时间曲线积分面积;
∫CA为对照组荧光强度-时间曲线积分面积。
2 结果与分析
2.1 广枣总黄酮及F1、F2的总抗氧化活性
VC
F1
F2ᒯᷓᙫ哴䞞
0.10
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.15䍘䟿⎃ᓖ/˄mg/mL˅0.20 0.25 0.30A 695 nm
图 1 样品质量浓度与其总抗氧化活性的关系
Fig. 1 Relationship between total antioxidant activity and
sample concentration
磷钼络合物法测定总抗氧化活性的原理是抗氧化物
质可将Mo6+还原为绿色的Mo5+络合物,因此吸光度大小
与抗氧化物质的活性成正相关[30]。由图1可知,广枣总黄
酮及F1、F2的抗氧化活性均随质量浓度的增大而增强,
F2组分的抗氧化活性整体高于F1组分和广枣总黄酮,
但随着质量浓度的增大,三者之间的差距逐渐减小;在
0.1 mg/mL时,F2的抗氧化活性与VC基本相当,即在低
质量浓度时F2有较强的抗氧化活性。
2.2 广枣总黄酮及F1、F2清除DPPH自由基的能力
VC
F1
F2ᑓᵷᘏ咘䝂䋼䞣⌧ᑺ/˄mg/mL˅DPPH 㞾⬅෎⏙䰸⥛/% 020406080100 0.01 0.05 0.10
图 2 样品质量浓度与其DPPH自由基清除率的关系
Fig. 2 Relationship between percentage DPPH radical scavenging
activity and sample concentration
※基础研究 食品科学 2016, Vol.37, No.09 95
当DPPH自由基中的孤对电子与自由基清除剂配对
时,自由基被还原为非自由基形式,表现为在517 nm波
长处的吸收减弱,其褪色程度与自由基清除剂的活性相
关[31]。由图2可知,在0.01 mg/mL时,VC具有较好的清
除DPPH自由基的能力,其DPPH自由基清除率高于3 种
样品,而F2的DPPH自由基清除率高于F1和广枣总黄酮;
在0.2、0.3 mg/mL时,广枣总黄酮的DPPH自由基清除率
与VC相当,而F1的DPPH自由基清除率略高于VC,表明
F1在高质量浓度时有较强的清除DPPH自由基的能力。
2.3 广枣总黄酮及F1、F2清除•OH的能力
VC
F1
F2ᒯᷓᙫ哴䞞䍘䟿⎃ᓖ/˄mg/mL˅ЬOH ␵䲔⦷/% 020104030605070 0.02 0.06 0.10
图 3 样品质量浓度与其•OH清除率的关系
Fig. 3 Relationship between percentage hydroxyl radical scavenging
activity and sample concentration
•OH是活性氧的一种,会加速机体老化,并且是许
多疾病产生的诱因[32]。H2O2与Fe
2+反应•OH,•OH进攻较
高电子云密度的乙烯基基团使结晶紫发生褪色,而抗氧
化剂的加入能够清除•OH,从而使体系的吸光度升高[23]。
由图3可知,在0.02、0.06、0.1 mg/mL时,3 种样品
对•OH的清除能力均远高于VC,且终质量浓度仅为
0.1 mg/mL时,各样品的•OH清除率均接近或达到50%,
是同质量浓度下VC对•OH清除率的6~7 倍,显著高于
Wang Hua等[33]的研究结果;在0.02 mg/mL时,F1的清除
效果要好于F2和广枣总黄酮,随着质量浓度的增大,F2
的•OH清除率迅速增长,反而高于F1和广枣总黄酮。
2.4 广枣总黄酮及F1、F2清除O2
-•的能力
250 300 350⌒䮯/nm400 450 5000.000.250.500.751.001.251.50 18A
1~8依次为2~16 min内每2 min测定的全波长扫描曲线。
图 4 邻苯三酚自氧化体系的全波长扫描
Fig. 4 Full-wavelength scan spectra of pyrogallol self-oxidation system
由图4可知,随着时间的延长,邻苯三酚自氧化体系
的吸光度不断升高,在2~6 min内持续增长,结合吸光
度最大值,选择320 nm为检测波长。
ᰦ䰤/minA 320 nm ᒯᷓᙫ哴䞞F2F1VCオⲭ20.10.20.30.40.50.6 a 3 4 5 6ᰦ䰤/minA 320 nm ᒯᷓᙫ哴䞞F2F1VCオⲭ20.10.20.30.40.50.6 b 3 4 5 6ᰦ䰤/minA 320 nm ᒯᷓᙫ哴䞞F2F1VCオⲭ20.10.20.30.40.50.6 c 3 4 5 6
a、b、c依次为样品质量浓度0.01、0.05、
0.10 mg/mL的邻苯三酚自氧化体系。
图 5 样品质量浓度对邻苯三酚自氧化体系的影响
Fig. 5 Effect of sample concentration on pyrogallol self-oxidation system
如图5所示,对横坐标时间和纵坐标吸光度进行回归
分析,得到k0和ks,从而计算出样品对O2
-•的清除率,结
果如图6所示。
VC
F1
F2ᒯᷓᙫ哴䞞䍘䟿⎃ᓖ/˄mg/mL˅O 2ˉЬ␵䲔⦷/% 020406080100 0.01 0.05 0.10
图 6 样品质量浓度与其O2
-•清除率的关系
Fig. 6 Relationship between percentage superoxide anion radical-
scavenging activity and sample concentration
由图6可知,广枣总黄酮对O2
-•的清除率随着质量浓
度的升高而增大,但明显弱于VC;F2的O2
-•清除率高于
F1和广枣总黄酮。这一结论与狄建军等[34]的研究结果一
致,他阐述广枣粗提物具有很强的清除O2
-•的能力,而经
过离子交换层析的提取物清除能力则减弱,这可能与不
同的处理方法有关。
96 2016, Vol.37, No.09 食品科学 ※基础研究
2.5 广枣总黄酮及F1、F2的细胞内抗氧化能力
F1
F2
ᒯᷓᙫ哴䞞䍘䟿⎃ᓖ/˄µg/mL˅㓶㜎ᆈ⍫⦷/% 020406080100 1 100 500
图 7 3 种样品对RAW264.7细胞存活率的影响
Fig. 7 Effects of flavonoids from Choerospondias axillaris fruits on the
viability of RAW264.7 cells
由图7可知,各样品仅在1.0 μg/mL时对RAW264.7
细胞的存活率有轻微的抑制作用,而当各样品的质量浓
度升高到100.0、500.0 μg/mL时,对RAW264.7细胞的
存活反而有轻微的促进作用,但RAW264.7细胞存活率
总体变化不大,即在实验设定的质量浓度范围(1.0~
500.0 μg/mL)内,广枣总黄酮、F1和F2对RAW264.7细
胞存活率的影响可以忽略不计。
使用DCFH-DA对RAW246.7细胞进行预处理,使
DCFH-DA探针自由扩散进细胞,细胞内酯酶切开了
DCFH-DA探针二醋酸盐的一半,形成了极性更强的
DCFH,使得DCFH被困在细胞里。DCFH可以与H2O2或
过氧硝酸盐发生反应从而被氧化[35]。H2O2在细胞中形成
ROS,从而将DCFH氧化为有荧光性的DCF,因此,通过
检测荧光强度就可以监控细胞内的ROS水平[36]。抗氧化
剂可以消除ROS从而阻止DCFH被氧化为DCF,即通过检
测荧光强度也可以间接检测出物质的抗氧化能力。
F1
F2
空白组
对照组ᒯᷓᙫ哴䞞ᰦ䰤/min⴨ሩ㦗ݹᕪᓖ 0501001500 10 20 30 40 50 60
图 8 3 种样品对RAW264.7细胞荧光强度的影响
Fig. 8 Effects of flavonoids from Choerospondias axillaris fruits on
fluorescence intensity of DCF in RAW264.7 cells
由图8可知,对照组的荧光强度明显高于空白组,说
明经过H2O2处理后的细胞产生了更多的ROS。而经过广
枣总黄酮及F1、F2处理后,RAW246.7细胞的荧光强度
均明显降低,即3 种样品可清除细胞内产生的ROS,具
有一定的抗氧化能力。进一步计算得到RAW246.7细胞
经广枣总黄酮、F1和F2处理后的CAA值分别为51.05%、
57.71%和62.02%,这表明广枣黄酮具有明显的抗氧化活
性。根据文献[37-38]报道,黄酮的抗氧化性与—OH数目
成正相关,特别是广枣黄酮中含有的槲皮苷等在B环具有
3’,4’-O-二羟基结构的黄酮类物质具有较高的细胞内抗氧
化能力。
3 结 论
由于不同物质抗氧化活性的机制有所不同,因此,
物质的抗氧化性能需要通过多种方法来评判,使用任何
一种单一的方法来评价都是不够全面和客观的。本研究
不仅采用了总抗氧化活性、清除DPPH自由基、•OH和
O2
-•的能力这4 种化学方法,还使用了目前较为先进的
细胞模型法,比较全面地考察了广枣黄酮的抗氧化活性
和清除自由基的能力。本研究的结果与Wang Hua等[33]的
结论有较大差异,这可能是由于不同产地的广枣生长环
境不同导致的。本实验结果证实,广枣黄酮的两个组分
F1、F2之间的抗氧化性能存在着明显差别。广枣黄酮不
仅在清除•OH的能力上远胜于合成抗氧化剂VC,在清除
DPPH自由基的能力上也并不逊色,在细胞模型法中广枣
黄酮也表现出了较强的抗氧化性。虽然在清除O2
-•的能
力上略逊于VC,但不能否认,广枣黄酮作为一种安全、
无毒的天然抗氧化剂,在食品工业中将具有广阔的开发
利用前景。
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