科技部補助產學合作研究計畫成果精簡報告
探討人參對於細懸浮微粒誘發肺臟發炎之保護功效及其相關機制研究
計畫類別:開發型
計畫編號:MOST 108-2622-B-002-007-CC2
執行期間:108年06月01日至109年05月31日
執行單位:國立臺灣大學食品科技研究所
計畫主持人:潘敏雄計畫
參與人員:碩士班研究生-兼任助理:連佑慈
博士班研究生-兼任助理:林偉盛
處理方式:公開方式:立即公開
中 華 民 國 109 年 08 月 18 日
中文摘要:
氣管、支氣管及肺癌死亡率於我國長年位居首位,其致病成因與環境空氣有著密切關係,其中細懸浮微粒(fine particulate matter)危害之議題更被為重視,多項流行病學指出其對肺炎、支氣管疾病及肺癌之發展息息相關。值得一提的是,疾病與飲食之關係密不可分,除了與代謝疾病外,其對免疫調控與癌症發生也有著密切關係,因此藉由飲食中之天然物作為化學預防策略達到預先減緩、阻斷或壓制疾病或癌症因子之形成。人參自古就被認為具有多面相之藥理作用之傳統草藥,已是一般大眾所知富有價值之補品,它亦被廣泛應用於許多疾病治療中。先前的研究表明,人參具有許多生物活性,包括抗氧化、抗衰老、預防糖尿病、抗發炎、抗腫瘤等作用,擁有疾病化學預防之潛力,而基於過去研究顯示人參之生理活性大多來自人參皂苷,因此本研究首先透過體外細胞試驗篩選出合適之萃取方式,結果顯示未水解之乙醇正丁醇萃取液經乙酸乙酯區分後,剩下之區分層萃取物具最高之抗發炎活性。緊接著建立以 LPS刺激之 PM2.5 誘導肺部巨噬細胞 MH-S發炎反應模式,而再處理樣品後,培養液中之活性氧、一氧化氮、細胞激素IL-1β、IL-6及趨化因子MCP-1生成量有下降之趨勢,在 20 μg/mL 皆具有統計上顯著差異 (p<0.05);進一步透過西方墨點法探討發炎相關路徑,人參粉乙醇正丁醇區分物可抑制 NF-κB subunit p65 之磷酸化進而調降下游iNOS、COX-2 及TGF-β表現量。綜上所述,本研究尋找出具抗發炎活性之人蔘萃取物,其可透過抑制發炎相關路徑調降經 LPS刺激之 PM2.5 誘導肺部巨噬細胞 MH-S發炎反應,然而其皂苷之組成比例與含量與更詳細之分子機轉,尚待進一步深入研究,期此成果能進一步應用於人參產業中之保健食品開發,並作為將來醫食同源之參考依據。
中文關鍵詞: 肺炎、細懸浮微粒 2.5、人參
英文摘要: Since 1982, malignant neoplasms are the leading cause of death in Taiwan, moreover, cancers of the lung were the top cause of death for a long time. Therefore, the airborne particulate matter of adverse health effects has become a topic not to be overlooked. There are substantial epidemiological studies that ambient air pollution is closely associated with increased respiratory inflammation and decreased lung function. It is noteworthy that dietary factors are strongly associated with the development of diseases. Not only cause metabolic syndrome, but also closely correlated immune regulation and cancer development. Thus, applying dietary phytochemicals are used as a chemopreventive strategy to slow down, block, or suppress the formation of disease or cancer factors in advance. Studies have revealed that panax ginseng exhibits a range of pharmacological properties including antioxidant effects, anti-diabetic, anti-inflammatory, and anticancer.
Previous investigations have shown most of the biological activities of ginseng are derived from its main constituents, ginsenosides. In this study, we first screened out the optimal extraction method through in vitro. The results show that after the unhydrolyzed ethanol n-butanol extract is distinguished by ethyl acetate, the remaining layer extract has the highest anti-inflammatory activity Furthermore, it can reduce the ROS, NO, IL-1β, IL-6, and MCP-1 production, in pre-treated with LPS before stimulated by PM2.5 induce increased inflammation in MH-S lung macrophages cell via inhibiting inflammation-related pathways p-p65, iNOS, and COX-2 protein expression. Taken together, we hope this study elaborating the efficacy of chemoprevention from dietary intake of ginseng, and as health food development basis, application as an adjuvant treatment for a variety of lung diseases, promote the economic value of ginseng industry.
英文關鍵詞: Lung inflammation, Particulate matters 2.5, Ginseng,
一、前言
國人十大死因中,自民國 71 年至 108 年止惡性腫瘤一直位居首位,而氣管、支氣管和肺癌於臺灣多年來都高居首位之死亡率,多項流行病學、臨床研究已表明長期暴露於懸浮微粒中會增加人體呼吸與心血管循環系統疾病相關併發症機率,再者其與肺癌之發生具有密切之關係,因此近年來懸浮微粒之議題越受重視。懸浮微粒是空氣污染的關鍵性成分,其主要由固態與液態的微粒所組成的複雜混合物,例如都會地區的懸浮微粒主要是由煤灰、油煙、金屬、持久性有機污染物及生物性物質 (例如細菌內毒素等混合物),緩慢對人類健康造成危害,因此透過攝取天然物作為化學預防方案達到預先減緩或抑制疾病因子之形成。值得一提的是,懸浮微粒會造成肺部的慢性發炎使致肺功能慢性長期下降易形成氣喘、呼吸道疾病最終導致提高肺癌罹患率,而癌症的發生與發炎反應 (inflammation) 息息相關,癌化進展暗地的進行著,如促進期約要十餘年的時間而進展期約要數年的時間,直到惡性化轉移便不可抑止的快速蔓延。鑒於促進期與進展期的時間很長,因此,也是進行化學預防的關鍵時期,預防不僅能降低罹癌之風險,並且能降低國家健保支出之負擔,透過癌症化學預防之策略利用單一或多重天然或合成化合物的組合來預防、減緩、抑制甚至逆轉癌化的過程,並伴隨著提供藥物劑量的使用量減少、成本降低及避免副作用等益處。
人參具悠久食用歷史,其具優異之生物活性如養生補氣、提升免疫力、抗氧化、抗發炎與疲勞等功效,具高開發價值與利用性,多年來作為預防或治療疾病之藥材、天然品及功能性食品,因此著手開發人參保健品並應用於癌症化學預防,藉此降低國人肺癌的發生率與死亡率,提供飲食攝取人參的保健預防方法,作為未來作為功能性食品開發之依據,期成為國人健康飲食之利基。
二、研究目的
PM 2.5 之曝露機會無可避免,且確實能導致肺部發炎損傷與提升罹患肺癌機率,並擁有多面相如在一般病理表徵、分子訊息傳路徑等之影響,因此若透過飲食預防或抑制PM2.5 緩慢對人類健康造成之危害,可成為一個重要的疾病預防策略。而人參自古具優異之藥理活性,具補元氣、固脫生津、提升免疫力、抗衰老與疲勞等功效,具極高經濟價值與發展性,長年作為預防或治療疾病之藥材、天然品及功能性食品,因此亦適合作為抑制 PM 2.5 所誘導之肺臟發炎損傷,並可能藉此減少發炎反應達到調控分子訊息傳遞及抑制PM2.5 導致氣喘、氣道重塑、肺炎甚至肺癌之形成。鑒於許多文獻指出人參之生物活性自人參皂苷,因此本研究首先篩選出合適之萃取方式,並用於抑制細懸浮微粒所造成之發炎反應,此計畫將延續過去的化學預防與抗發炎研究成果及現今 PM 2.5 對於國人健康之危害,以分子生物學角度進行探討人參之化學預防功效與機轉,藉以闡述由攝取人參或其保健產品抑制 PM 2.5 加劇之肺臟發炎損傷功效。
三、材料方法
一、 樣品製備與薄層層析
1. 樣品製備
- 人參粉 (Ginseng powder, GP) : 精秤 100 mg 炳翰人參粉溶於 DMSO 中。
- 人參粉75% 與 95% 乙醇萃取物 (Ginseng powder 75% & 95 ethanol extract, GP75EE & GP95EE) : 精秤 50 g 炳翰人參粉溶於500 mL 75% 或 95% 乙醇中,於超音波萃取 1 小時, 以 Whatman#1 濾紙進行抽氣過濾後,殘渣再以相同體積溶劑萃取,收集兩次萃取濾液以減壓 濃縮機與真空冷凍乾燥移除溶劑。
- 人參粉乙醇萃取之鹼水解物 (Ginseng powder ethanol extract alkaline hydrolysate product, GPEEAHP) : 精秤 5 g 人參粉乙醇萃取物溶於100 mL 95% 乙醇(含1.25 mol/L NaOH) 中,於 100℃ 反應 24 小時,以 6 N HCl 中和 pH 至7,減壓濃縮以99% 乙醇沉澱析出鹽與糖,以 減壓濃縮機與真空冷凍乾燥移除溶劑。
- 人參粉乙醇丁醇萃取之鹼水解物(Ginseng powder ethanol: n-butanol=1:1 extracted alkaline hydrolysate product, GPAHP) : 精秤 100 g 炳翰人參粉溶於1000 mL 乙醇正丁醇混和液(1:1)中, 於超音波萃取 1 小時,以Whatman#1 濾紙進行抽氣過濾,收集兩次萃取濾液添加 NaOH 濃 度達1.25 mol/L 於 100℃ 反應 24 小時,以氯仿與去離子水區分洗至氯仿層 pH 為中性,減 壓濃縮去除氯仿,以99%甲醇回溶減壓濃縮與真空冷凍乾燥移除溶劑。未水解處理層(Ginseng powder ethanol: n-butanol=1:1 extracted non-alkaline hydrolysate product, GPNAHP),上述之乙醇 正丁醇萃取液,直接以氯仿與去離子水區分洗至氯仿層 pH 為中性,減壓濃縮去除氯仿,以 99%甲醇回溶減壓濃縮與真空冷凍乾燥移除溶劑。
- 人參粉乙醇丁醇區分物與乙酸乙酯區分物(Ginseng powder ethanol: n-butanol=1:1 extracted distinguish extract, GBE; Ginseng powder ethanol: n-butanol=1:1 extracted ethyl acetate distinguish extract, GAE): 精秤 50 g 炳翰人參粉溶於500 mL 乙醇正丁醇混和液(1:1)中,於超音波萃取 1 小時,以Whatman#1 濾紙進行抽氣過濾後,殘渣再以相同體積溶劑萃取,收集兩次萃取濾液 於分液漏斗中,以等體積之乙酸乙酯進行液液區分,兩種區分液以減壓濃縮機與真空冷凍乾燥 移除溶劑。
2. 薄層層析
展開溶媒為正丁醇:冰醋 酸:水(7:1:2,v/v)混合液。展開約10 分鐘,以吹風機風乾後觀 察,再於UV254 nm 或 UV366 nm 下檢視。
二、 細胞試驗
(一) 細胞存活率試驗
將試驗細胞濃度調整至 2 × 105 cell/mL,均勻打散後接種 100 μL/well 至 96 well 中,放入培 養箱培養 12-24 小時,確認細胞均勻分布與型態正常後。依實驗設計處理不同濃度的樣品,培 養 24 小時後,除去上清液後以 1×PBS 清洗,再離心 (2000 rpm,10 分鐘) 且除去上清液後, 加入 100 mL/well MTT 試劑後於培養箱培養 15-240 分鐘至 control 組有明顯紫色結晶生成, 取出 96 well 以 3500 rpm, 10 分鐘離心後,去除上清液並加入 100 μL /well DMSO 溶解紫色 3 結晶。最後利用 EILISA reader 在 570 nm 下偵測吸光值,以下列公式計算出相對應於控制組 的細胞存活率。存活率(%) = (各個濃度平均吸光值 / 控制組平均吸光值) × 100
(二) 一氧化氮之測定
將RAW 264.7 或 MH-S 細胞株種至24 well plate (Seeding density: 1×106/mL),培養12 小時後 移除含有酚紅之原DMEM/RPMI,再以0.5-1 mL 1×PBS 隔空加入輕搖潤洗後移除PBS,並加 入300μL 無酚紅之DMEM/RPMI,依照實驗設計加入樣品、LPS (100ng/mL/10 ng/mL 3hr)及 PM 2.5 (100 μg/mL),培養24 小時。根據Griess reaction 原理對Nitrite 進行定量,取100μL 的 細胞上層液進96 well ELISA plate ,依序各加入50μL 的G1 reagent 和G2 reagent ,混合均勻 後,以NaNO3 建立檢量線,於550 nm 波長下偵測吸光值
(三) 細胞激素與趨化因子含量測定
以市售商業套組測定細胞中 (Invitrogen, MA, USA).介白素 (Interleukin-1β, IL-1β; Interleukin-6, IL-6) 及單核細胞趨化蛋白-1 (Monocyte chemoattractant protein-1; MCP-1)含量。
(四) 氧化壓力測定
將RAW 264.7 或 MH-S 細胞株種至24 well plate (Seeding density: 1×106/mL),培養12 小時後 移除含有酚紅之原RPMI,再以0.5-1 mL 1×PBS 隔空加入輕搖潤洗後移除PBS,並加入300μL 無酚紅之RPMI,依照實驗設計預處理LPS (10 ng/mL) 3 小時候後,移除含有酚紅之原RPMI, 再以0.5-1 mL 1×PBS 隔空加入輕搖潤洗後移除PBS,並加入300μL 無酚紅之RPMI,加入樣 品及PM 2.5 (100 μg/mL),培養24 小時。以0.5-1 mL 1×PBS 隔空加入輕搖潤洗後移除PBS, 並加入1 mL 1×PBS 含20 μM H2DCF-DA,避光於培養箱培養 60 分鐘,取100μL 至黑盤96 well ELISA plate,以螢光波長激發/吸收480/520 nm 進行測定。
(五) 蛋白質電泳與西方墨點法
取細胞裂解液,以 protein assay 測定蛋白質濃度,以分光光度計於波長 595 nm 下測定吸光 值,以 sample buffer 將細胞裂解液調整至相同蛋白質濃度,再以 SDS 聚丙烯醯胺膠電泳法 分析 (SDS-PAGE) 進行電泳操作,待電泳前進至適當距離後,取下膠片進行轉漬使蛋白質轉 漬於 PVDF 膜上,轉漬結束後以二次水清洗 PVDF 膜,再加入以 TBST 配製之 5% non-fat milk 之緩衝溶液,於 PVDF 膜上進行 blocking 1 小時,再以 TBST 洗三次,加一級抗體於 4℃ 下搖擺震盪隔夜,再以 TBST 洗三次,於二級抗體中搖擺震盪 2 小時,最後再以 TBST 洗三次即可利用冷光數位影像分析系統進行顯影,並藉由分析軟體 Image J 定量分析 MH-S 發炎調控過程中相關之蛋白質表現,包含 iNOS、COX-2 、NF-κB (p-p65) 、TGF-β 及管家基 因β-actin。 三、 統計分析 實驗結果以平均值 (mean) ± 標準偏差 (standard deviation, S.D.) 表示。數據分析以單因子 變異數分析 (one-way ANOVA) 比較各組間之差異,再以鄧肯式多變域分析法 (Duncan’s multiple range method) 進行顯著性差異之比較。統計之顯著性均以 p < 0.05 為標準。
三、 統計分析
實驗結果以平均值 (mean) ± 標準偏差 (standard deviation, S.D.) 表示。數據分析以單因子變異數分析 (one-way ANOVA) 比較各組間之差異,再以鄧肯式多變域分析法 (Duncan’s multiple range method) 進行顯著性差異之比較。統計之顯著性均以 p < 0.05 為標準。
四、結果與討論
一、 人參生物活性萃取物篩選
人參之生物活性主要來自於人參皂苷,而依其骨架上之殘基糖甙存在位置、數量及分布不同,而有不同種類,同時賦予不同生物活性,目前已得知人參皂苷約有 40 餘種。由於人參皂苷上之糖甙間所具有的生物活性盡不相同,尋找適合之萃取與處理方式所得之萃取物,應用其對細懸浮微粒所造成之發炎反應,預得知試驗樣品(炳翰人參)之活性,透過處理不同濃度樣品對於不同癌細胞之影響,若抑制率越高代表生物活性越高。研究之初,考慮食品應用上之安全與便利性,不採以甲醇而是乙醇進行萃取,將人參粉以 75% 或 95% 乙醇進行萃取之萃取物與將人參粉直接溶於 DMSO、及考慮水解後可能增加其活性因此人參粉人參粉 95% 乙醇鹼水解物以鹼水解之方式,轉化人參皂苷至其它型式 (圖一 A、C),然而結果顯示上述之製備萃取物其對對子宮頸癌 Hela、人類肝癌Hep G2、大鼠腎上腺髓質嗜鉻細胞瘤 PC 12 及3 種人類結腸癌細胞 HT-29、HCT-116、Colo 205 之細胞存活率影響,在 500 μg/mL 之下並無影響,僅人參粉 95% 乙醇萃取物對腸癌細胞HT-29 存活率降低至約80%,如圖一 B。 Zhang 與 Yue 等人研究以正丁醇進行萃取可得最適產量之人參皂苷 (Yue et al., 2018; Zhang. C., 2011)。
因此以乙醇萃取之方式,可能並無法有效提取人參皂苷,因此改採以乙醇正丁醇混和液 (1:1)方式萃取後再進行鹼水解,並參考 Zhang 等人之方法進行中和回收萃取物 (圖二 A),後續以此水解物處理不同癌細胞,結果顯示,以乙醇正丁醇混和液萃取之人參萃取物,不論有無進行鹼水解,都有顯著抑制各種癌細胞之生長,無水解之乙醇正丁醇人參萃取物約在200 μg/mL 可使癌細胞存活率抑制低於80%,而透過鹼水解之乙醇正丁醇混和液萃取之人參萃取物約在100μg/mL,除了HT-29 與A431 存活率約降低至60%,其它癌細胞則降低至50%以下,由上述得知鹼水解後之抑制癌細胞存活率之活性更高。而將上述之各萃取物以薄層層析法進行觀察(圖二 D),顯示經鹼水解後之乙醇正丁醇混和液萃取之人參萃取物,其比移值最遠,推測經鹼水解後人參皂苷之醣基之減少,使其極性與其他處理之萃取物相比較低,更容易被洗脫劑帶動,使其比移值增加。研究顯示人參皂苷醣基較少之Rg3 與 Rh2 具抗癌活性,而醣基保留較多之 Rb1、Rc、Rg1 及Rg2 則較具免疫調節活性(Jung et al., 2017)。
二、 最適條件人參萃取物之抗發炎活性
將不同方式製備之人參粉萃取物處理經LPS 刺激24 小時之RAW 264.7 一氧化氮生成量顯示,無水解之乙醇正丁醇人參萃取物在 25 μg/mL 下即可抑制 NO 之產生,如圖二 C 所示。此結果顯示無水解之萃取物,可能保留較多醣基存在之人參皂苷,因此具有較高之免疫調節活性。後續為區分出有無醣基之人參皂苷之萃取物,將乙醇正丁醇混和液萃取之萃取液以乙酸乙酯進行區分並進行減壓濃縮與冷凍乾燥 (圖二 D),人參粉乙醇丁醇區分物(GBE)與人參粉乙酸乙酯區分物(GAE)分別再以薄層層析法進行觀察,顯示GAE,其比移值最遠,顯示其可能具有較多低極性物質(圖六 B)。將兩區分物再次處理經 LPS 刺激之 Raw 264.7 一氧化氮生成量,結果顯示GBE 與GAE 相比,在無細胞毒性濃度(10 μg/mL)下,抑制一氧化氮之產生能力更佳,前者抑制率達73.5%,而後者則為 24.9% (圖二 F)。綜合上述,將人參粉經乙醇正丁醇混和液萃取後經乙酸乙酯區分後,剩下之乙醇正丁醇層其在薄層層析法中其比移值較低(圖二 G),推測含極性較高之物質,可能具有醣基較多之人參皂苷,而由抑制Raw 264.7 一氧化氮生成量也顯示較高抑制活性,因此後續將以此樣品進行抑制細懸浮微粒所造成之發炎反應。
三、 人參粉乙醇丁醇區分物對經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導肺泡巨噬細胞 MH-S 抑制發炎反 應活性
(一) 人參粉乙醇丁醇區分物與 PM2.5 對肺泡巨噬細胞 MH-S 存活率之影響
以細胞模式進行功能性評估時,細胞存活率為樣品對於細胞是否造成毒性或影響生長之指標, 若樣品造成細胞存活率明顯降低代表樣品對於細胞可能具有毒殺或是抑制生長之影響。本研究 首先探討不同濃度之PM2.5 與人參粉乙醇丁醇區分物對肺泡巨噬細胞 MH-S 之造成毒性濃度, 避免樣品之抑制發炎活性或是生物活性效應是因細胞死亡而誤判。由圖三 A 結果顯示,人參 粉乙醇丁醇區分物對經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導細胞 MH-S 細胞存活率亦沒有抑制細胞生長, 由顯微鏡觀察可見 PM 2.5 顆粒沉積於細胞之間,而細胞密度各組間並無差異(圖三 B)。綜合 上述,在人參粉乙醇丁醇區分物5-20 μg/mL 濃度下與100 μg/mL PM2.5 共處理並不會進一步 造成更大毒性,因此後續試驗將以此濃度進行。
(二) 人參粉乙醇丁醇區分物對經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導肺泡巨噬細胞 MH-S 活性氧、一氧 化氮、細胞激素及趨化因子生成量之影響
於研究之初,參考2017 年 Li 等人研究,單獨以50-100 μg/mL 之PM2.5 誘導MH-S 細胞引 起發炎反應 (Li et al., 2018),然而所誘導之一氧化氮及細胞激素生成量,並未增加 (圖未展示)。 而有研究在體外及體內試驗透過 LPS 預先刺激巨噬細胞或小鼠,可顯著細胞激素產生與發炎 反應 (Du et al., 2019; Zheng et al., 2018)。另外 Manzano-León 等人在 2013 年研究顯示,在環 境中之PM 2.5 也存在內毒素,因而加劇發炎反應與慢性呼吸疾病(Manzano-León et al., 2013)。 因此,後續將 MH-S 細胞預處理3 小時之 LPS 後,以 PBS 清洗再處理 PM 2.5 及人參粉乙 醇丁醇區分物 (圖二 C)。結果顯示,經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導MH-S 細胞之活性氧、一氧 化氮、細胞激素IL-6 及趨化因子 MCP-1 皆有顯著增加,並與單純預處理 LPS 相比具有顯著 差異 (p<0.05),而額外添加樣品之組別,培養液中之活性氧、一氧化氮、細胞激素及趨化因子 生成量有下降之趨勢,人參粉乙醇丁醇區分物在 20 μg/mL 皆具有統計上顯著差異 (p<0.05), 可推測人參粉乙醇丁醇區分物具有抑制PM2.5 加劇之發炎反應之潛力。
(三) 人參粉乙醇丁醇區分物對經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導肺泡巨噬細胞 MH-S 發炎相關路徑之影響
PM 2.5 會類似於病原性抗體刺激肺上皮細胞發炎受體活化進而上調下游蛋白激酶及轉錄訊息 傳遞及活化子蛋白,從而導致促發炎轉錄因子和細胞激素基因表現上升。iNOS 及 COX-2 為 發炎反應中最為重要的指標蛋白質,兩者之產物一氧化氮以及 PGE2 對於發炎進程具有莫大 影響,故在此以西方墨點法分析在經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導MH-S 細胞中,樣品對於兩者 之表現情形。結果顯示,人參粉乙醇丁醇區分物對於經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導MH-S 細胞 較單純誘導組可隨樣品劑量抑制 iNOS 蛋白質之表現,與一氧化氮生成量之結果相符,並同 時亦能抑制COX-2 之蛋白表現。NF-κB 為調控多種發炎相關蛋白質以及細胞激素基因轉錄的 重要因子,而上述探討之 iNOS 以及 COX-2 基因都能受 NF-κB 所調節,當 NF-κB 蛋白質 複合體受磷酸化活化後,其會進入細胞核中與特定基因進行轉錄作用,故在此以 NF-κB subunit p65 之磷酸化代表其活化程度。結果顯示,MH-S 細胞在經單純 LPS 誘預處理、單純PM 2.5 誘導或經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導後其 NF-κB subunit p65 之磷酸化程度明顯高於未誘導之組別,而處理樣品之組別則在濃度 5 與 20 μg/mL 時可抑制 NF-κB subunit p65 之磷酸化。乙型轉化生長因子(transforming growth factor beta, TGF-β) 是一種能促使細胞外間質產生的細胞激素,可由各種細胞如氣道上皮細胞、巨噬細胞及肥大細胞(mast cells)等生成。研究指出在氣喘病患的呼吸道中,會經由以TGF-β 為主的細胞激素所刺激,而促進了細胞外間質沉積等現象,造成氣道重塑(Makinde et al., 2007)。另外研究顯示以25-200 μg/mL PM2.5 刺激單核球細胞THP-1 亦隨劑量增加 TGF-β 產生量 (Zheng et al., 2018)。而本研究中之MH-S 細胞在經單純LPS 誘預處理、單純PM 2.5 誘導或經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導後其 TGF-β 明顯高於未誘導之組別,而處理樣品之組別則在濃度 5 與 20 μg/mL 時可抑制TGF-β 蛋白表現。綜上所述,人參粉乙醇丁醇區分物可能透過抑制 NF-κB subunit p65 之磷酸化進而抑制下游iNOS、COX- 2 蛋白表現,使細胞激素TGF-β 與前述之一氧化氮、細胞激素IL-1β、IL-6 及趨化因子MCP- 1 生成量減少,而人參粉乙醇丁醇區分物是否是抑制上游蛋白激酶進而調降磷酸活化NFκB 子蛋白或是調控核內外轉錄訊息傳遞,仍需要更深入的研究佐證。
五、結論
1. 以體外模式篩選人參生物活性萃取物,顯示以乙醇正丁醇混和液 (1:1) 方式萃取後再進行鹼水解之抑制癌細胞活性最佳;而未水解之萃取物則具較佳之抗發炎活性。
2. 將未水解之乙醇正丁醇萃取液經乙酸乙酯區分後,剩下之區分層萃取物則具有更高之抗發炎活性,透過薄層層析顯示其組成成分為極性較高,推測可能具較多醣基之人參皂苷。
3. 人參粉乙醇丁醇區分物對經 LPS 刺激之 PM2.5 誘導肺部巨噬細胞 MH-S 抑制發炎反應活性,顯示在無毒性濃度下,人參粉乙醇丁醇區分物可抑制經誘導後培養液中之活性氧、一氧化氮、細胞激素及趨化因子之生成
4. 人參粉乙醇丁醇區分物可能調控上游蛋白激酶而抑制 NF-κB subunit p65 之磷酸化進而抑制下游iNOS、COX-2 蛋白表現,使細胞激素TGF-β 與前述之一氧化氮、細胞激素IL-1β、IL-6 及趨化因子MCP-1 生成量減少,然而若人參粉乙醇丁醇區分物對於蛋白激酶磷酸化、NFκB 子蛋白核內外轉錄訊息傳遞之詳細機制仍待釐清。
5. 綜合上述,本研究篩選出具抗發炎活性之人參萃取物,可藉由抑制發炎相關路徑調降經LPS 刺激之 PM2.5 誘導肺部巨噬細胞 MH-S 發炎反應(圖四);而此萃取物之人參皂苷之組成指紋圖譜與更詳細之調控機轉,尚待進一步探討,期望此結果可於人參產業中之功能性食品開發領域中進一步應用,並提供未來作為醫食同源之參考依據。
參考資料
- Jung, J., Lee, N. K., & Paik, H. D. (2017). Bioconversion, health benefits, and application of ginseng and red ginseng in dairy products. Food Sci Biotechnol, 26: 1155-1168.
- Manzano-León, N., Quintana, R., Sánchez, B., Serrano, J., Vega, E., Vázquez-López, I., . . . Osornio-Vargas, A. R. (2013). Variation in the composition and in vitro
- proinflammatory effect of urban particulate matter from different sites. Journal of biochemical and molecular toxicology, 27: 87-97.
- Makinde, T., Murphy, R. F., & Agrawal, D. K. (2007). The regulatory role of TGF-beta in airway remodeling in asthma. Immunol Cell Biol, 85: 348-356.
- Yue, Y., Qiu, Z.-D., Qu, X.-Y., Deng, A.-P., Yuan, Y., Huang, L.-Q., & Lai, C.-J.-S. (2018). Discoursing on Soxhlet extraction of ginseng using association analysis and scanning
- electron microscopy. Journal of Pharmaceutical Analysis, 8: 312-317.
- Zhang. C., G. F., Zhang. L. (2011). A preliminary study on the improvement of protopanaxadiol yield by alkaline hydrolysis. Journal of Baotou Medical College, 27: 1-5.
- Zheng, R., Tao, L., Jian, H., Chang, Y., Cheng, Y., Feng, Y., & Zhang, H. (2018). NLRP3 inflammasome activation and lung fibrosis caused by airborne fine particulate matter.
- Ecotoxicol Environ Saf, 163: 612-619.