黑豆皮提取物升高內源抗氧化酶延長果蠅壽命

孫振歐，王曉彬，王紅，2，穆婉菊，張澤生，王浩，3，*

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.天津科技大學生物工程學院，天津300457；3.國家薯類深加工產業技術創新戰略聯盟，河北秦皇島066000）

黑豆皮提取物升高內源抗氧化酶延長果蠅壽命

孫振歐1，王曉彬1，王紅1，2，穆婉菊1，張澤生1，王浩1，3，*

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.天津科技大學生物工程學院，天津300457；3.國家薯類深加工產業技術創新戰略聯盟，河北秦皇島066000）

黑豆因富含高含量的花青素而被作為天然食品抗氧化劑。本研究探討黑豆皮提取物（Black Soybean Coat Extract，BSCE）對果蠅壽命的影響及其作用機制。擬以雄性黑腹果蠅為動物模型，飼喂添加0、0.5、1.5、4.5mg/mLBSCE的培養基，統計果蠅壽命，測定果蠅體內超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）活力，丙二醛（malondialdehyde，MDA）及蛋白質羰基的含量。Real Time-PCR法測定果蠅體內SOD、CAT、Nrf2及MTH的mRNA表達水平。結果顯示飼喂BSCE可以顯著延長果蠅的平均壽命（1.5、4.5mg/m L，P＜0.05）；飼喂4.5mg/m LBSCE可以顯著升高果蠅體內Cu-Zn-SOD、Mn-SOD和CAT酶活力（P＜0.05）并極顯著降低蛋白質羰基含量和MDA含量（P＜0.01）。Real Time-PCR結果顯示，給予4.5mg/mLBSCE能夠顯著上調Mn-SOD、CATmRNA表達水平（P＜0.05）且極顯著上調Cu-Zn-SOD、Nrf2mRNA表達水平（P＜0.01）。因此，黑豆皮提取物可以通過升高內源性抗氧化酶SOD和CAT活性延長果蠅壽命，且其調節機制與MTH基因有一定聯系。

黑腹果蠅；黑豆皮提取物；酶活；抗氧化

1　引言

黑豆（Black Soybean）又名櫓豆、烏豆，味甘性平，廣泛種植于我國河北、山西、陜西等地，因其富含蛋白質、脂肪和氨基酸，同時含有多種微量元素、維生素及異黃酮、強心苷、谷胱甘肽、蘆丁、大豆皂苷、花色苷等營養成分，自古即為我國傳統的藥食兩用的特色糧油作物［1-2］。至2015年底，已有許多學者研究證實黑豆皮具有抗氧化、抗炎、免疫調節等多種生理活性［3-4］。Xu等基于DPPH和FRAP方法測量發現，黑豆總抗氧化能力90％集中于黑豆皮內［5］。趙艷威等發現黑豆皮可以提高糖尿病大鼠血清中超氧化物歧化酶、還原型谷胱甘肽活性，減少MDA生成，提高大鼠抗氧化能力［6］。楊樂民等發現黑豆皮提取物可以顯著清除DPPH自由基和羥自由基，其清除率相當于維生素C的28.8％和47.0％；總抗氧化能力相當于維生素C的10.2％［7］。Takahashi等研究發現，與黃豆相比，黑豆皮可以使低密度脂蛋白氧化滯后時間顯著延長［8］。

目前，基于動物模型探討黑豆皮對壽命影響的研究尚且匱乏。Oregon K野生型黒腹果蠅（Drosophila melanogaster）因其代謝途徑和衰老基因與人類十分相似，常被作為研究衰老因素的模式生物［9-10］。本實驗研究黑豆皮提取物對雄性黑腹果蠅壽命、內源性抗氧化酶活力，丙二醛及蛋白質羰基的影響，并通過Real Time-PCR技術研究黑豆皮提取物對相關調控基因表達的調控，探討其延緩衰老的作用機制。

2　材料與方法

2.1儀器與設備

HWS-850智能恒溫恒濕培養箱：寧波海曙賽福實驗儀器廠；UVmini-1240紫外/可見分光光度計：日本島津公司；Real Time-PCR儀MyiQ2：美國BIO-RAD公司。

2.2材料與試劑

OregonK野生型黒腹果蠅（Drosophilamelanogaster）：天津科技大學食品添加劑與營養調控研究室。黑豆皮提取物（BSCE）：天津尖峰生物科技有限公司。Trizol試劑、cDNA合成試劑盒、SYBR Premix Ex Taq：寶生物生物工程有限公司（Takara）。SOD、CAT、MDA、蛋白質羰基試劑盒：南京建成生物工程研究所。無水葡萄糖、瓊脂粉、對羥基苯甲酸乙酯均為分析純；玉米粉為市售。

2.3方法

2.3.1飼養條件及實驗分組

實驗選用Oregon K野生型雄性黑腹果蠅，飼養條件、實驗分組及果蠅基礎培養基配方參考實驗室前期文獻方法［11］。給藥組培養基：在基礎培養基中分別添加0.5、1.5、4.5mg/mL黑豆皮提取物。

2.3.2果蠅壽命實驗

果蠅飼養條件及分組同上。每4天更換培養基，剔除死亡果蠅并計數，至各組果蠅全部死亡。計算果蠅平均壽命和最高壽命（以最后存活的10％果蠅平均壽命計）。

2.3.3果蠅急性實驗

2.3.3.1雙氧水急性實驗

果蠅飼養條件及分組同上。將25 d齡的果蠅饑餓處理2 h，后轉移至新培養瓶中，瓶口放置含1mL 30％雙氧水的6％葡萄糖溶液的飽和濾紙。每隔2小時統計果蠅存活量至全部死亡。

2.3.3.2百草枯急性實驗

前期處理同上，瓶口放置含1mL 20mmol/L百草枯的6％葡萄糖溶液的飽和濾紙。每隔3小時統計果蠅存活量至全部死亡。

2.3.4果蠅內源性抗氧化酶活力、丙二醛及蛋白質羰基測定

果蠅飼養條件及分組同上。將45 d齡的果蠅饑餓處理2h，CO2麻醉后收集稱重，冷凍保存于-80℃備用。冰上制備2％果蠅勻漿（生理鹽水），2 500 r/min、4℃離心取上清，BCA法測定蛋白濃度，按試劑盒說明測定超氧化物歧化酶活力（黃嘌呤氧化酶法）、過氧化氫酶活力（紫外分光光度法）、丙二醛含量（硫代巴比妥酸法）以及蛋白質羰基含量（二硝基苯肼比色法）。

2.3.5Real Time-PCR法分析抗氧化基因mRNA表達

果蠅飼養條件及分組同上。收集45 d齡的果蠅，Trizol法提取果蠅總RNA，以RP49為內參基因，Cu-Zn-SOD、Mn-SOD、CAT和MTH為目的基因，Real Time-PCR檢測相關基因mRNA表達水平，95℃預變性10min，95℃變性5 s，58.5℃褪火30 s，55℃延伸10 s，30個循環。（特異性引物設計參考實驗室前期文獻［11］）。

2.4數據處理

所有數據均使用SPSS statistics17.0軟件進行分析，通過t檢驗法進行統計學顯著性檢驗，以P＜0.05為差異性顯著，P＜0.01為差異性極顯著。數據表示為平均值±標準差（X±S）。

3　結果與分析

3.1黑豆皮提取物對果蠅壽命的影響

相對于對照組，給藥組果蠅平均體重無明顯變化（P＞0.05）。飼喂不同濃度黑豆皮提取物的果蠅平均壽命和最高壽命相對于對照組均有延長，且呈劑量依賴關系，其中4.5mg/mL組果蠅的平均壽命及最高壽命為55.5 d和80.1 d，分別延長16.6％（P＜0.01）與21.7％（P＜0.05）。具體結果見圖1和表1。

圖1　果蠅壽命曲線Fig.1 Lifespan Curveof Drosophilamelanogaster

表1　黑豆皮提取物對果蠅壽命的影響Table1 Effectof BSCE on Lifespan of Drosophilamelanogaster

3.2果蠅急性實驗

3.2.1雙氧水急性實驗

雙氧水實驗結果顯示，不同劑量的BSCE延長果蠅壽命的作用明顯且呈劑量依賴關系。其中飼喂4.5mg/mL黑豆皮的果蠅平均存活時間及最高存活時間為19.5 d和27.7 d，分別延長37.2％與22.9％（P＜0.05）。具體結果見圖2和表2。

3.2.2百草枯急性實驗

圖2　雙氧水急性實驗Fig.2 Hydrogen Peroxide（H2O2）Challenge Test

表2　雙氧水急性實驗Table2 Hydrogen Peroxide（H2O2）Challenge Test

百草枯實驗觀察到與雙氧水實驗相似的結果。其中4.5mg/mL組果蠅的平均存活時間及最高存活時間分別為31.3 d和56.9 d，延長35.7％與42.9％（P＜0.05）。具體結果見圖3和表3。

3.3黑豆皮提取物對果蠅內源性抗氧化酶活力、MDA和蛋白質羰基含量的影響

相對于對照組，給藥組果蠅內源性抗氧化酶Cu-Zn-SOD、Mn-SOD、CAT等活力均有增加，MDA和蛋白質羰基含量相對下降，且與黑豆皮提取物呈劑量依賴關系。其中4.5mg/mL組果蠅Cu-Zn-SOD、Mn-SOD和CAT酶活力顯著增加（P＜0.05），MDA和蛋白質羰基含量極顯著下降（P＜0.01）。具體結果見表4。

圖3　百草枯急性實驗Fig.3 Paraquat Challenge Test

表3　百草枯急性實驗Table3 Paraquat Challenge Test

表4　黑豆皮提取物對果蠅體內Cu-Zn-SOD、CAT酶活性、MDA含量和蛋白質羰基含量的影響Table4 Effectof BSCE on Cu-Zn-SOD，CAT enzym eactivity，MDA contentand Protein Carbonylvalue in Drosophila melanogaster

3.4Real Time-PCR檢測抗氧化基因Cu-Zn-SOD、Mn-SOD、CAT、Nrf2及MTHmRNA表達水平

相比于對照組，給藥組果蠅體內Cu-Zn-SOD、Mn-SOD、CAT、Nrf2表達水平均有上調而MTHmRNA表達水平下調，且呈劑量依賴關系。其中4.5mg/mL組果蠅體內Mn-SOD、CATmRNA表達水平均顯著上調（P＜0.05），Cu-Zn-SOD、Nrf2mRNA表達水平極顯著上調（P＜0.01）。具體結果見表5。

表5　黑豆皮提取物對果蠅體內Cu-Zn-SOD、M n-SOD、CAT、Nrf2、MTH mRNA表達的影響Table5 Effectof BSCE on Cu-Zn-SOD，M n-SOD，CAT，MTH mRNA Expression in Drosophilamelanogaster

4　結果與討論

Harman提出的自由基理論認為，組織細胞氧化性損傷的累積會引起衰老，隨年齡增長，線粒體自由基生成增加，造成機體衰老［12］。減緩自由基的生成可以緩解隨齡抗氧化能力的降低以及減輕隨齡增加的氧化應激損傷，進而增加老齡動物的壽命。本實驗結果表明果蠅給予4.5mg/mL黑豆皮提取物后，平均壽命和最高壽命分別延長了16.6％和21.7％（P＜0.05）。

張楠證實黑豆提取物能夠延長小鼠游泳至力竭的時間，減少體內MDA生成，增加SOD酶活力水平，進而提高小鼠抗氧化能力［13］。本研究發現，飼喂黑豆皮提取物的果蠅內源性抗氧化酶Cu-Zn-SOD、Mn-SOD和CAT活力顯著上升，MDA含量和蛋白質羰基含量顯著下降。張瑞芬發現攝入黑豆皮提取物后，老齡小鼠血清超氧化物歧化酶活性和皮膚羥脯氨酸含量明顯增加，而血清MDA生成量和腦組織B型單胺氧化酶活性則顯著降低［14］；張繼曼等研究發現黑豆皮花色苷可以降低糖尿病小鼠的血糖和血清中MDA含量，同時提高機體SOD、GSH-PX活性，具有清除氧自由基和抗脂質過氧化作用［15］，這與本研究呈現結果相一致。

攝入黑豆皮提取物可以顯著上調抗氧化基因Cu-Zn-SOD、Mn-SOD、CAT、Nrf2mRNA的表達水平，下調MTHmRNA表達水平。研究發現，Cu-Zn-SOD基因過表達可以顯著延長果蠅平均壽命和最高壽命；Mn-SODmRNA過表達的轉基因果蠅平均壽命和最高壽命分別延長30％～33％和37％；CAT基因過表達對延長壽命沒有顯著影響，但CAT和Cu-Zn-SOD雙基因同時過表達，則可使果蠅的平均壽命延長34％［16］。

攝食百草枯進入體內能產生超氧化物陰離子自由基，進而損傷果蠅細胞［17］。攝食雙氧水能生成羥自由基誘導果蠅產生急性氧化應激損傷［18］。研究發現，飼喂黑豆皮提取物的果蠅壽命顯著延長，證明其自由基清除能力顯著提高。董李平等研究發現黑豆皮提取物對超氧化物陰離子自由基和羥自由基有較明顯的清除效果，清除率與濃度呈劑量依賴性［19］。

因此，飲食中添加黑豆皮提取物可以延長果蠅壽命，降低百草枯和雙氧水引發的死亡率。其抗衰老機制很可能是通過上調內源性抗氧化基因的表達水平，進而增強內源性抗氧化酶活力，清除自由基，抑制脂質過氧化。

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Black Soybean Coat Extract Extends the Lifespan of Drosophilamelanogaster by Enhancing Endogenous Antioxidant Enzymes

SUNZhen-ou1，WANG Xiao-bin1，WANG Hong1，2，MUWan-ju1，ZHANG Ze-sheng1，WANG Hao1，3，*
（1.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science＆amp;Technology，Tianjin 300457，China；2.School of Biological Engineering，Tianjin University of Science＆amp;Technology，Tianjin 300457，China；3.The National Potato Processing Industry Technology Innovation Strategic Alliance，Qinhuangdao 066000，Hebei，China）

Black Soybean Coat Extract（BSCE）havebeen used asa natural food antioxidantwith high anthocyanins concentrations.The presentstudy investigate the effectof Black Soybean Coat Extract（BSCE）on the lifespan of Male Drosophila melanogaster and itsmechanism.Male Drosophila melanogaster were reared in medium containing 0，0.5，1.5，4.5mg/mLBSCE till they all died，then themean lifespan and themaximum lifespanwere determined.The activitiesofsuperoxide dismutase（SOD）and catalase（CAT），themalondialdehyde（MDA）contentand the protein carbonyl value contentwere analyzed.The expression ofantioxidantenzymes（SOD，CAT，Nrf2，MTH）mRNA were detected with Real Time-PCRmethod.Adding BSCE could prolong the lifespan of Drosophilamelanogaster（1.5，4.5mg/mL，P＜0.05）.Antioxidantenzyme activity assay resultsshowed thatadding 4.5mg/mLBSCE could significantly increase Cu-Zn-SOD，Mn-SOD ang CATenzyme activity（P＜0.05）and decrease the contentof protein carbonyl value and MDA level（P＜0.01）.According to the resultsofReal Time-PCR，BSCE of4.5mg/mL could remarkably increase Cu-Zn-SOD，Nrf2mRNA expression（P＜0.01）and CAT，Mn-SODmRNA expression（P＜0.05）.Itwasconcluded thatBSCE at leastpartially has lifespan-prolonging activity onmale Drosophilamelanogaster associated with its interactionswith MTH and endogenousantioxidantenzymes SOD and CAT.

Drosophilamelanogaster；Black SoybeanCoatExtract；enzymeactivity；antioxidantactivity

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.18.003

國家薯類深加工產業技術創新戰略聯盟項目（2014GS001A）

孫振歐（1991—），男（漢），碩士研究生，研究方向：食品營養學。

王浩（1979—），男（漢），副教授，博士，研究方向：食品營養學。

2015-07-16