κ-卡拉胶寡糖的降血脂活性研究

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高脂血症是一种慢性代谢性疾病,胰脂肪酶(PL)的抑制程度是反应血脂水平的有效分子靶点。目前常见的减脂药物如奥利司他有很多副作用,有效安全的新型胰脂肪酶抑制剂的研究具有重要的理论和实践意义。κ-卡拉胶是从海洋红藻中提取的一种天然线性硫酸化多糖,κ-卡拉胶的降解产物分子量低、粘度低、溶解性好,生物利用性和生物活性显著提高。本论文利用紫菜假交替单胞菌(Pseudoalteromonas porphyrae)来源的κ-卡拉胶酶,通过作用κ-卡拉胶的β-1,4糖苷键将其降解,制备得到不同平均聚合度的κ-卡拉胶寡糖,进而研究κ-卡拉胶寡糖的降血脂活性。论文的主要研究内容及结果如下:首先,进行不同平均聚合度κ-卡拉胶寡糖制备及对胰脂肪酶活性抑制的初步研究。利用紫菜假交替单胞菌来源的κ-卡拉胶酶作用于κ-卡拉胶,通过控制酶解条件,得到平均聚合度为2、6和10的κ-卡拉胶寡糖(命名为κ-卡拉胶寡糖K1、K2和K3),并运用液相色谱-质谱系统鉴定寡糖组分。利用4-硝基苯丁酸酯为底物,研究不同平均聚合度κ-卡拉胶寡糖对胰脂肪酶的抑制活性,并进一步对高活性寡糖组分进行离子色谱分析。结果表明,κ-卡拉胶寡糖K1和K2均由κ-卡拉胶二糖、四糖和六糖组成;K3包含了κ-卡拉胶二糖、四糖、六糖、八糖和十糖。κ-卡拉胶寡糖K2抑制胰脂肪酶活性的效果最好,半抑制浓度(IC50)为6.25 mg/m L,远小于未酶解κ-卡拉胶的半抑制浓度32.22 mg/m L,说明酶法降解后的κ-卡拉胶寡糖能更好地抑制胰脂肪酶活性。K2样品中κ-卡拉胶四糖占比79.93%。其次,进行κ-卡拉胶寡糖K2体外胰脂肪酶抑制研究。探究了κ-卡拉胶寡糖K2对胰脂肪酶的抑制动力学和抑制类型。采用荧光光谱和圆二色性(CD)光谱分析寡糖对胰脂肪酶的三级结构和二级结构的影响;采用分子对接分析寡糖与胰脂肪酶之间的相互作用。酶促动力学分析结果表明,κ-卡拉胶寡糖K2以竞争型的方式可逆地抑制胰脂肪酶活性。荧光光谱分析结果显示,K2可有效猝灭胰脂肪酶的内源性荧光,计算的Stern-Volmer方程表示K2与PL的结合是静态猝灭过程,且结合位点数量n约为1,表明K2在PL上只有一类单一的结合位点。同步荧光光谱分析发现,K2可不同程度地猝灭酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)的荧光,能明显改变色氨酸的微环境,增加其极性。CD分析结果显示,K2对PL的二级结构具有影响,α-螺旋结构含量降低,β-折叠结构含量增加。分子对接分析结果显示,κ-卡拉胶二糖和四糖进入PL的疏水空腔并占据PL的活性位点,κ-卡拉胶六糖结合于催化口袋表面,从而阻断了底物与活性中心的结合,使得酶的催化活性降低或无法发挥作用。最后,以HepG2和Caco-2细胞为模型,研究κ-卡拉胶寡糖K2对高脂细胞脂质代谢的调控作用。利用检测试剂盒测定HepG2细胞中脂质含量,包括总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平,并进行细胞的油红O染色,利用倒置显微镜观察脂滴的堆积情况。利用检测试剂盒测定Caco-2细胞外游离脂肪酸(FFA)水平。利用免疫印迹法分析HepG2细胞中脂质代谢相关蛋白的表达,包括腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)及其磷酸化蛋白(p-AMPK)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)及其磷酸化蛋白(p-ACC)、胆固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)和HMG-Co A还原酶(HMGCR)。结果显示,κ-卡拉胶寡糖K2能显著降低TC、TG、FFA和LDL-C水平,并提高HDL-C水平;K2在0.5–2.0 mg/m L范围内呈浓度依赖性抑制HepG2细胞的脂滴积累。与模型组相比,κ-卡拉胶寡糖K2处理组可以下调SREBP1和HMGCR蛋白的表达,p-AMPK/AMPK和p-ACC/ACC比值明显增加,说明κ-卡拉胶寡糖K2可以通过激活AMPK途径调控脂质代谢来维持血脂正常水平。综上,κ-卡拉胶寡糖具有降血脂活性,为开发抗高脂血症治疗剂提供新来源,拓宽κ-卡拉胶寡糖的应用范围,促进κ-卡拉胶多糖资源的高值利用。
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