可食用植物来源外泌样纳米颗粒体外抗氧化能力及其对过氧化氢诱导PC12细胞氧化损伤的保护作用

doi:10.13481/j.1671-587X.20230502

摘要/Abstract

摘要：

目的探讨生姜、青椒、大蒜、蘑菇、柠檬、山药、葡萄、番茄、西兰花和洋葱10种可食用植物来源外泌样纳米颗粒（ELNs）的体外抗氧化能力及其对过氧化氢诱导PC12细胞氧化损伤的保护作用，为深入研究ELNs提供依据。方法将PC12细胞分为对照组、外泌体组、过氧化氢组和过氧化氢+ELNs组。高速差速离心法分离提取10种ELNs，采用二苯基苦基苯肼（DPPH）自由基清除体系、2，2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二按盐（ABTS）阳离子自由基体系和铁离子总还原能力（FRAP）体系检测10种ELNs的体外抗氧化能力，MTT法检测各组PC12细胞活力。结果 10种ELNs对DPPH自由基的清除能力从高到低依次为蘑菇、洋葱、生姜、柠檬、葡萄、番茄、青椒、西兰花、山药和大蒜。10种ELNs对ABTS阳离子自由基的清除能力从高到低依次为生姜、蘑菇、洋葱、柠檬、山药、葡萄、青椒、大蒜、番茄和西兰花。10种ELNs对FRAP体系的总抗氧化能力从高到低依次为生姜、青椒、洋葱、蘑菇、柠檬、西兰花、葡萄、山药、番茄和大蒜，其中抗氧化能力相对较强的5种ELNs对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基的清除能力以及FRAP随着ELNs浓度升高而增大，半数抑制浓度（IC₅₀）值分别为洋葱73.15、123.02和83.00 g·L^－1，生姜124.07、91.24和91.24 g·L^－1，蘑菇310.44、518.04 和237.10 g·L^－1，青椒969.06、847.32 和237.10 g·L^－1，柠檬1 718.94、544.38 和962.12 g·L^－1；与对照组比较，600 μmol·L^－1过氧化氢组PC12细胞活力下降约30%。与过氧化氢组比较，过氧化氢+ELNs组（青椒、柠檬、山药和西兰花）PC12细胞活力明显提高21.08%、26.2%、11.72%和15.15%。结论生姜、蘑菇、柠檬和洋葱来源ELNs外泌体在DPPH自由基清除体系、ABTS阳离子自由基体系和FRAP体系中均表现出较强的抗氧化能力。青椒、柠檬、山药和西兰花来源ELNs对过氧化氢诱导的PC12细胞氧化损伤具有保护作用。

关键词: 外泌体, 可食用植物来源外泌样纳米颗粒, 抗氧化评价, 二苯基苦基苯肼自由基清除体系, 铁离子总还原能力

Abstract:

Objective To discuss the antioxidant capacities of ten edible plant exosomes-like nanoparticles （ELNs） from ginger， green pepper， garlic， mushroom， lemon， yam， grapes， tomatoes， broccoli，and onions in vitro and their protective effects on oxidative injury of the PC12 cells induced by hydrogen peroxide，and to provide the basis for the further study on the ELNs. Methods The PC12 cells were divided into control group， exosome group， hydrogen peroxide group，and hydrogen peroxide+exosomes group. Ten types of ELNs were separated and extracted by using high-speed differential centrifugation. The in vitro antioxidant capacities of these 10 types of ELNs were detected by using 1，1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl（DPPH） free radical scavenging system，2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate（ABTS） cationic radical system， and ferric ion total reduction antioxidant power（FRAD） system. The viabilities of PC12 cells in various groups were detected by MTT method. Results The DPPH radical scavenging abilities of ten ELNs，from high to low， were mushroom， onion， ginger， lemon， grape， tomato， green pepper， broccoli， yam， and garlic； the capacities of ten ELNs to scavenge ABTS， from high to low， were ginger， mushroom， onion， lemon， yam， grape， green pepper， garlic， tomato， and broccoli； the total antioxidant capacities of ten ELNs in FRAP， from high to low， were ginger， green pepper， onion， mushroom， lemon， broccoli， grape， yam， tomato，and garlic. The antioxidant capacities of five ELNs with stronger antioxidant capacities were increased with the increasing concentration of the ELNs in the DPPH radical scavenging system， ABTS cationic radical system and FRAP system. The half maximal inhibitory concentration（IC₅₀） values of onion were 73.15， 123.02， and 83.00 g·L^－1， the IC₅₀ values of ginger were 124.07， 91.24， and 91.24 g·L^－1， the IC₅₀ values of mushroom were 310.44， 518.04，and 237.10 g·L^－1， the IC₅₀ of green pepper were 969.06， 847.32，and 237.10 g·L^－1 and the IC₅₀ values of lemon were 1 718.94， 544.38，and 962.12 g·L^－1； compared with control group， the viability of the PC12 cells in hydrogen peroxide group was decreased by about 30%. Compared with hydrogen peroxide group， the viability of the PC12 cells in hydrogen peroxide+ELNs groups （green pepper， lemon， yam， and broccoli） were increased by 21.08%， 26.2%， 11.72%， and 15.15%. Conclusion The ELNs from ginger， mushroom， lemon， and onion show stronger antioxidant capacities in the DPPH radical scavenging system， ABTS cationic radical system and FRAP system. The ELNs from green pepper， lemon， yam， and broccoli have protective effects on the oxidative damage of the PC12 cells induced by hydrogen peroxide.

Key words: Exosome, Edible plant-exosomes-like nanoparticles, Antioxidant evaluation, 1，1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl free radical scavenging system, Ferric ion reducing antioxidant power

中图分类号:

R966

张娇,马宝莲,张永兰. 可食用植物来源外泌样纳米颗粒体外抗氧化能力及其对过氧化氢诱导PC12细胞氧化损伤的保护作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(5): 1117-1124.

Jiao ZHAGN,Baolian MA,Yonglan ZHANG. Antioxidant capacities of edible plant-exosomes-like nanoparticles in vitro and their protective effects on oxidative damage of PC12 cells induced by hydrogen peroxide[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2023, 49(5): 1117-1124.

图/表 7

表1

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图2

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表2

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参考文献 26

1	BRAICU C， TOMULEASA C， MONROIG P， et al. Exosomes as divine messengers： are they the Hermes of modern molecular oncology？［J］. Cell Death Differ， 2015， 22（1）： 34-45.
2	FÉVRIER B， RAPOSO G. Exosomes： endosomal-derived vesicles shipping extracellular messages［J］. Curr Opin Cell Biol， 2004， 16（4）： 415-421.
3	PEGTEL D M， COSMOPOULOS K， THORLEY-LAWSON D A， et al. Functional delivery of viral miRNAs via exosomes［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2010， 107（14）： 6328-6333.
4	DAD H A， GU T W， ZHU A Q， et al. Plant exosome-like nanovesicles： emerging therapeutics and drug delivery nanoplatforms［J］. Mol Ther， 2021， 29（1）： 13-31.
5	SIES H， BERNDT C， JONES D P. Oxidative stress［J］. Annu Rev Biochem， 2017， 86： 715-748.
6	吴冬梅，赵旭，汪坤，等. 大黄对脑出血大鼠的保护作用［J］.郑州大学学报（医学版），2021，56（2）：258-265.
7	GULCIN İ. Antioxidants and antioxidant methods： an updated overview［J］.Arch Toxicol，2020，94（3）.DOI：10.1007/S00204-020-02689-3 . doi: 10.1007/S00204-020-02689-3
8	王荣，罗倩，冯怡. DPPH、ABTS和FRAP微量法测定山柰酚的抗氧化能力［J］. 广州化工， 2021， 49（3）： 58-59.
9	LI D， YAO X L， YUE J X， et al. Advances in bioactivity of microRNAs of plant-derived exosome-like nanoparticles and milk-derived extracellular vesicles［J］. J Agric Food Chem， 2022， 70（21）： 6285-6299.
10	BRUNO S P， PAOLINI A， D'ORIA V， et al. Extracellular vesicles derived from Citrus sinensis modulate inflammatory genes and tight junctions in a human model of intestinal epithelium［J］. Front Nutr， 2021， 8： 778998.
11	CAI Y， ZHANG L X， ZHANG Y J， et al. Plant-derived exosomes as a drug-delivery approach for the treatment of inflammatory bowel disease and colitis-associated cancer ［J］. Pharmaceutics， 2022， 14（4）： 822.
12	KUMARAN A， JOEL KARUNAKARAN R. Antioxidant and free radical scavenging activity of an aqueous extract of Coleus aromaticus ［J］. Food Chem， 2006， 97（1）： 109-114.
13	CYR A R， DOMANN F E. The redox basis of epigenetic modifications： from mechanisms to functional consequences［J］. Antioxid Redox Signal， 2011， 15（2）： 551-589.
14	LIU B L， LU Y Z， CHEN X Y， et al. Protective role of shiitake mushroom-derived exosome-like nanoparticles in D-galactosamine and lipopolysaccharide-induced acute liver injury in mice［J］. Nutrients， 2020， 12（2）： 477.
15	ZHU M L， DAI X F. Maintenance of translational elongation rate underlies the survival of Escherichia coli during oxidative stress［J］. Nucleic Acids Res， 2019， 47（14）： 7592-7604.
16	李思敏，何凤军，秦琳茜，等. 药食两用植物细胞外囊泡样纳米粒的制备和性能研究［J］. 药学学报， 2021， 56（8）： 2086-2092.
17	MITTELBRUNN M， SÁNCHEZ-MADRID F. Intercellular communication： diverse structures for exchange of genetic information［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2012， 13（5）： 328-335.
18	O’BRIEN K， BREYNE K， UGHETTO S， et al. RNA delivery by extracellular vesicles in mammalian cells and its applications［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2020， 21（10）： 585-606.
19	SATO K， MENG F Y， GLASER S， et al. Exosomes in liver pathology［J］. J Hepatol， 2016， 65（1）： 213-221.
20	ZHENG J S， SHARP S J， IMAMURA F， et al. Association of plasma biomarkers of fruit and vegetable intake with incident type 2 diabetes： epic-InterAct case-cohort study in eight European countries［J］. BMJ， 2020， 370： m2194.
21	ZHENG J W， TIAN X X， XU B G， et al. Collagen peptides from swim bladders of giant croaker （Nibea japonica） and their protective effects against H₂O₂-induced oxidative damage toward human umbilical vein endothelial cells［J］. Mar Drugs， 2020， 18（8）： 430.
22	ZHAO W J， BIAN Y P， WANG Q H， et al. Blueberry-derived exosomes-like nanoparticles ameliorate nonalcoholic fatty liver disease by attenuating mitochondrial oxidative stress［J］. Acta Pharmacol Sin， 2022， 43（3）： 645-658.
23	LI H Y， WANG Y， SHAO S M， et al. Rabdosia serra alleviates dextran sulfate sodium salt-induced colitis in mice through anti-inflammation， regulating Th17/Treg balance， maintaining intestinal barrier integrity， and modulating gut microbiota［J］. J Pharm Anal， 2022， 12（6）： 824-838.
24	DENG Z B， RONG Y， TENG Y， et al. Broccoli-derived nanoparticle inhibits mouse colitis by activating dendritic cell AMP-activated protein kinase［J］. Mol Ther， 2017， 25（7）： 1641-1654.
25	WANG B M， ZHUANG X Y， DENG Z B， et al. Targeted drug delivery to intestinal macrophages by bioactive nanovesicles released from grapefruit［J］. Mol Ther， 2014， 22（3）： 522-534.
26	RAIMONDO S， NASELLI F， FONTANA S， et al. Citrus limon-derived nanovesicles inhibit cancer cell proliferation and suppress CML xenograft growth by inducing TRAIL-mediated cell death［J］. Oncotarget， 2015， 6（23）： 19514-19527.

Type of ELNs	DPPH scavenging rate (η/%)	ABTS cationic radical scavenging rate (η/%)	FRAP total antioxidant capacity [m_B/(mol·g^－1)]
Ginger ELNs	11.4±4.49	21.80±1.00	6.37±0.08
Green pepper ELNs	3.00±0.29	0.52±0.13	4.60±0.42
Garlic ELNs	－13.4±6.34	0.58±1.63	0.23±0.26
Mushroom ELNs	18.7±5.39	12.90±1.40	3.9±0.10
Lemon ELNs	7.84±2.87	5.81±1.08	2.70±0.17
Yam ELNs	0.86±0.12	1.77±0.97	0.30±0.05
Grape ELNs	6.66±4.31	1.07±0.49	1.02±0.24
Tomato ELNs	4.74±2.01	－2.10±0.14	0.24±0.04
Broccoli ELNs	2.91±1.82	－7.80±0.19	1.22±0.66
Onion ELNs	14.0±1.79	7.40±0.54	4.30±0.29

Group	Concentration of ELNs[ρ_B/(mg·L^－1)]	Viability of PC12 cells
Control	0	100.40±4.37
Ginger ELNs	200	105.10±1.29
Green pepper ELNs	200	91.55±5.30
Garlic ELNs	200	97.23±8.89
Mushroom ELNs	200	79.50±4.52
Lemon ELNs	200	95.66±3.30
Yam ELNs	200	96.52±6.51
Grape ELNs	200	98.33±4.44
Tomato ELNs	200	93.38±5.59
Broccoli ELNs	200	94.46±5.22
Onion ELNs	200	89.70±5.99

Group	Viability of PC12 cells
Control
Concentration of H₂O₂（μmol·L^－1）	100.00±2.84
50	96.19±1.91
100	96.45±2.12
200	97.27±0.62
300	93.58±4.51
400	96.91±1.92
500	83.50±11.80^*
600	74.93±8.30^**
700	34.87±9.40^**
800	23.87±3.90^**

Group	Viability of PC12 cells
H₂O₂	100.30±4.55
H₂O₂+Hydrogen peroxide	58.64±0.25
H₂O₂+Ginger ELNs	29.57±0.24
H₂O₂+Green pepper ELNs	79.72±0.39^*
H₂O₂+Garlic ELNs	52.88±0.49
H₂O₂+Mushroom ELNs	50.86±0.31
H₂O₂+Lemon ELNs	84.84±0.65^*
H₂O₂+Yam ELNs	70.36±4.51^*
H₂O₂+Grape ELNs	57.78±0.11
H₂O₂+Tomato ELNs	59.94±0.94
H₂O₂+Broccoli ELNs	73.79±0.34^*
H₂O₂+Onion ELNs	36.70±0.16

[1]	刘珊,邢兆东,黄平. 结直肠癌细胞源性外泌体中miR-17-5p的表达对结直肠癌细胞化疗敏感性的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(4): 975-984.
[2]	王涵,张亚丽,全海薇,母润红,邹雨彤,夏薇. 急性髓系白血病患者血清外泌体中miR-92a-3p的表达及其意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 467-472.
[3]	全海薇,张亚丽,王涵,艾一玖,邹雨彤,夏薇. 急性髓系白血病患者外周血外泌体中miR-4286表达水平检测及其诊断价值[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 460-466.
[4]	汪文涛,米旭光,周阳,蒲文星,高佳旭,景猛,孟繁凯. 骨髓间充质干细胞来源外泌体诱导自噬对MPP⁺抑制SH-SY5Y细胞存活的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 606-614.
[5]	杨晶, 徐铭枝, 张东伟, 董亚楠, 王伊, 宋海峰. 规模化制备高纯度牛奶外泌体工艺方法的建立及其分子与细胞生物学活性鉴定[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(3): 777-787.
[6]	李晓辉, 瞿紫微, 卢昕, 孟庆彬, 陈华涛, 任骏, 谭成沛. 骨髓间充质干细胞来源性外泌体携带miR-196b-5p对结肠癌细胞生物学特性的调控作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(3): 660-668.
[7]	王景, 葛静, 王旭, 房桂英, 代丽丽, 刘晶. 盐酸小檗碱对宫颈癌HeLa细胞外泌体的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2020, 46(04): 779-785.
[8]	刘晶, 王景, 葛静, 冯艳萍, 房桂英, 王旭, 杨艳红, 李林. 宫颈癌HeLa细胞外泌体对细胞迁移和侵袭的影响及其Wnt/β-catenin信号通路机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2020, 46(04): 798-803.
[9]	李刚, 王建生, 秦思达, 孙欣, 任宏, 张靖, 李保成. 循环肿瘤细胞和外泌体miR-21检测在肺磨玻璃样病变诊断中的应用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(03): 587-594.
[10]	王璐, 孟琳, 刘树威, 张恺, 孟许亚, 王梓霖, 孙宏晨. 外泌体的产生及其生物学作用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(05): 1109-1114.
[11]	田大川, 李海乐, 肖大伟, 周山健, 苏永蔚, 刘丹平, 綦惠. 联合应用软骨再生支架与突变型HIF-1α修饰BMSCs分泌的外泌体对晚期软骨缺损修复的促进作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(02): 216-222.
[12]	徐兵, 李海乐, 刘丹平, 张凤蔚. 骨髓源内皮祖细胞分泌的外泌体对大鼠创伤性皮肤缺损修复的促进作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(04): 672-678.
[13]	董超,刘迪,冯业童,刘朋飞,吴璇,吴昊昱,周余来. 结直肠癌细胞外泌体的制备及其促单核细胞增殖作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2013, 39(3): 472-472.