FSHW | 黄精多糖对不同性别小鼠动脉粥样硬化的干预作用

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Introduction

心血管疾病已成为全球致死和致残的主要原因，约占全球每年死亡人数的1/3。动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）是一种由动脉内脂质斑块积聚引起的慢性炎症性疾病，是触发心血管疾病的重要病理基础。多种危险因素，如遗传因素、病理因素（高血压、血脂血糖异常、肥胖）及不良生活习惯均会导致AS的发生与发展。新近研究表明，性别也是AS基因调控网络中的关键因素，这可能与X染色体和Y染色体上携带的不同基因组合、DNA和组蛋白的修饰以及性激素的变化有关。流行病学和实验研究发现，女性绝经前患AS的风险明显低于同龄的男性，但绝经后该保护作用消失，风险与男性相似或高于男性。同样，在LDLr−/−和ApoE−/−小鼠中，也发现雄鼠和雌鼠之间心血管疾病的差异。目前，AS的治疗药物主要包括他汀类药物、替格瑞洛与CCB等。但由于AS的成因复杂，通过药物防治难度大，且多数药物可引起肝功能异常、横纹肌溶解症、肌痛等副作用，因此AS的早期预防和控制非常重要。

多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）是一种药食同源的植物，富含生物活性多糖，且对AS性心脑血管疾病具有显著的预防效果。合肥工业大学食品与生物工程学院查学强教授团队从多花黄精中分离纯化了一种具有抗AS潜力的多糖均一组分PCP，并阐明了其化学结构。因此，本研究以多花黄精多糖PCP为实验材料，探究了PCP对高脂饮食（high-fat diet, HFD）诱导LDLr−/−小鼠动脉粥样硬化的干预作用，并比较了PCP干预不同性别小鼠动脉粥样硬化的差异。为开发有效干预AS发生、发展的新食源性功能因子提供新思路。

Results and discussion

PCP对HFD诱导雄鼠和雌鼠体重的影响

PCP对不同性别小鼠动脉粥样硬化的干预策略如图1A所示。每周记录1次小鼠体重。高脂饮食喂养16周后，模型组雄性小鼠和雌性小鼠的总体重分别增加了15.01±1.23 g和10.40±0.91 g。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性小鼠和雌性小鼠的体重增加分别减少了43.96%和37.27%（图1B和1C）。

图1 PCP 的干预策略 (A) 及其对实验雌鼠和雄鼠体重变化的影响 (B-C)

PCP对HFD诱导雄鼠和雌鼠血脂的影响

如图2A-D所示，与正常饮食组相比，高脂饮食组雄性和雌性小鼠血清TC、TG、LDL-C水平显著升高，HDL-C水平显著降低。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠血清TC、TG、LDL-C分别降低了42.05%、55.20%、70.22%和29.96%、26.37%、50.69%，HDL-C水平分别升高了85.04%和50.03%。为了对脂质相关的动脉粥样硬化危险因素进行评估，进一步计算了动脉粥样硬化指数（AI）。如图2E所示，与正常饮食组相比，高脂饮食组雄性和雌性小鼠的AI值均显著高于动脉粥样硬化诊断极限4.0。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠的AI值分别下降了79.94%和64.39%。

图2 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠血清 TC (A), TG (B), HDL-C (C)和 LDL-C (D)，及AI值 (E)的影响

PCP对HFD诱导雄鼠和雌鼠动脉粥样硬化进展的影响

动脉粥样硬化病变通过主动脉大体分析和主动脉窦的横截面分析进行评估。如图3A和3D所示，与正常饮食组相比，高脂饮食组雄性和雌性小鼠主动脉大体斑块面积显著增强，雄性小鼠的主动脉病变比雌性小鼠更严重。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠的油红O染色病变面积分别减少了82.21%和58.75%。此外，本文通过H&E染色评估了主动脉窦的内膜面积，发现PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，高脂饮食诱导的雄性和雌性小鼠的主动脉壁厚度分别减少了66.82%和57.60%（图3B和3E）。同时，Masson染色显示，与正常饮食组相比，高脂饮食组雄性和雌性小鼠的动脉粥样硬化斑块病变含有更高百分比的胶原纤维。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠血管壁中的胶原纤维沉积分别减少了68.05%和51.89%（图3C和3F）。结果表明PCP可以有效缓解高脂饮食诱导的雄性和雌性小鼠的动脉粥样硬化病变。

图3 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠主动脉病理变化的影响。(A,D) 主动脉大体油红O染色和半定量分析; (B,E) 主动脉窦H&E染色和半定量分析；(C, F) 主动脉窦Masson染色和半定量分析

PCP对HFD诱导雄鼠和雌鼠抗氧化能力的影响

与正常饮食组相比，高脂饮食可显著抑制雄性和雌性小鼠主动脉GSH-Px和SOD的活性，并显著提高MDA水平。然而，PCP干预可显著逆转GSH-Px、SOD和MDA水平的变化，且呈剂量依赖性。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠的GSH-Px和SOD活性分别增加了89.72%、42.30%和93.80%、42.79%，MDA分别减少了70.82%和44.37%（图4D-F）。在雄性和雌性小鼠的血清抗氧化系统中也观察到类似的现象（图4A-C）。这些数据表明，提高抗氧化能力可能是PCP预防动脉粥样硬化的重要机制之一。

图4 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠血清MDA（A）、GSH-Px（B）和SOD（C）水平以及主动脉MDA（D）、GSH-Px（E）和SOD（F）水平的影响

PCP对HFD诱导雄鼠和雌鼠炎症的影响

与正常饮食组相比，高脂饮食可显著上调雄性和雌性小鼠血清中促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6的水平，并显著下调抗炎因子IL-10的水平。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠的血清中TNF-α、IL-1β和IL-6水平分别降低了64.36%、50.15%、53.11%和35.77%、32.56%、29.46%，IL-10水平分别升高了98.30%和38.46%（图5A-D）。同样，如图5E-H所示，PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠主动脉的TNF-α、IL-1β和IL-6的mRNA水平分别降低了65.40%、63.54%、61.72和44.00%、42.52%、37.78%，IL-10 mRNA水平分别提高了81.61%和40.97%。这些数据与H&E染色中观察到的PCP可以明显抑制高脂饮食诱导的炎症细胞浸润现象一致。结果表明PCP可以抑制高脂饮食喂养雄性和雌性小鼠炎症反应。

图5 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠血清TNF-α（A）、IL-1β（B）、IL-10（C）和IL-6（D）水平和主动脉TNF-α（E）、IL-1β（F）、IL-10（G）和IL-6（H）的mRNA水平的影响

PCP对动脉粥样硬化相关信号通路的调控作用

研究证实，NF-κB、MAPKs和Akt信号通路的激活与炎症反应密切相关，通过刺激细胞因子、趋化因子和其他分子的分泌来应对氧化应激，从而加速动脉粥样硬化的进程。如图6A-F所示，与正常饮食组相比，高脂饮食可以显著增加雄性和雌性小鼠主动脉p65、ERK1/2、p38和Akt的磷酸化水平，并显著降低IκB的蛋白表达。PCP（260 mg/kg/day）干预16周后，与高脂饮食组相比，雄性和雌性小鼠主动脉的p-p65、p-ERK1/2、p-p38和p-Akt的蛋白水平分别降低了60.62%、55.54%、45.44%、49.84%和42.78%、40.65%、32.80%、31.95%，IκB蛋白水平分别增加了1.14 倍和0.71 倍（图6A-F）。结果表明，PCP可以通过调节NF-κB、MAPKs和Akt信号来减轻动脉粥样硬化小鼠的炎症反应，且PCP对雄性小鼠的抗炎作用优于雌性小鼠。

图6 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠主动脉炎症信号通路蛋白水平的影响。Western blot检测p-p65（A、B）、IκB（A、C）、p-p38（A、D）、p-ERK（A、E）和p-Akt（A、F）蛋白水平及定量分析

Conclusion

如图7所示，本研究表明，PCP对高脂饮食诱导的雄性和雌性LDLr−/−小鼠均显示出良好的抗动脉粥样硬化活性（调节血脂水平、抗氧化、抗炎、稳定斑块），且对雄鼠的干预效果更显著。进一步研究显示PCP干预动脉粥样硬化的机制可能与抑制NF-κB/MAPKs/Akt介导的炎症反应有关。

图7 PCP对HFD诱导雌鼠和雄鼠动脉粥样硬化的潜在干预机制

第一作者简介

郭安君，合肥工业大学食品与生物工程学院2019级硕士研究生，目前以第一作者在国内外期刊发表学术论文2 篇。

通信作者简介

查学强，博士，教授，博士生导师，黄山青年学者，“徐州市高层次创新创业人才引进计划”引进人才。现任合肥工业大学军工办主任。国家科技奖励、广东省科技奖励、安徽省科技奖励、河南省科技奖励、山东省科技奖励等评审专家；安徽省战略性新兴产业领军人才评审特聘专家；安徽省食品药品应急管理专家库首批专家；农业部冷冻调理水产品加工重点实验室学术委员会委员；安徽省细胞生物学学会常务理事；国家自然科学基金、浙江省重点研发计划、广东省科技计划项目等多种类型项目的函评和会评专家；Current Medicinal Chemistry、Journal of Nutrition & Food Science、《中国食品》等多种国内外期刊编委；2007年，毕业于合肥工业大学生物与食品工程学院，获博士学位；2010年至2011年，在University of Puerto Rico化学系从事博士后研究。主要从事食品化学与分子营养方面的研究，先后主持国家自然科学基金、International Foundation for Science (Sweden)、安徽省科技重大专项、安徽省杰出青年项目、教育部科学技术研究重点项目、企业委托等国内外课题多项，在Molecular Nutrition and Food Research、Food Hydrocolloids、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry、Carbohydrate Polymers、Food & Function等国际权威期刊上发表学术论文90余篇，获批国家发明专利7 件、省部级奖励2 项

The interventional effect ofPolygonatum cyrtonemaHua polysaccharide on atherosclerosis in mice of different sexes

Anjun Guoa,b,1, Xueying Lia,b,1, Lihua Pana, Qiangming Lia, Jianping Luoa,b, Xueqiang Zhaa,b,c,*

a Engineering Research Centre of Bioprocess of Ministry of Education, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

b School of Food and Biological Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

c Key Laboratory of Metabolism and Regulation for Major Disease of Anhui Higher Education Institutes, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

1 These authors contributed equally.

*Corresponding authors.

Abstract

In the present study, we investigated the intervention effects of a purified Polygonatum cyrtonema polysaccharide (PCP) on high-fat diet (HFD)-induced atherosclerosis in male and female LDLr−/− mice. Results showed that HFD caused severe dyslipidemia, atherosclerotic lesions, oxidative damages and inflammation in male and female mice, and these effects seemed to be more pronounced in males than in females. However, the above variations could be dose-dependently reversed by PCP treatment, and the intervention effects on males were greater than those on females. Nuclear factor kappa-B (NFκB), mitogen-activated protein kinase (MAPKs) and protein kinase B (Akt) are 3 pivotal signaling pathways mediating the development of atherosclerosis. Consistently, PCP was also found to significantly decrease the phosphorylation of p65, p38, extracellular-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) and Akt, and increase the protein expression of inhibitor of NF-κB (IκB) in the aortas of male and female mice induced by HFD. Taken together, these findings indicated that PCP could be effective for the prevention of atherosclerosis, and the intervention effect of PCP on male mice was more obvious than that of female mice.

Reference:

GUO A J, LI X Y, PAN L H, et al. The interventional effect of Polygonatum cyrtonema Hua polysaccharide on atherosclerosis in mice of different sexes [J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(1): 370-380. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250031.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意