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β-环糊精对玉米赤霉烯酮诱导的HeLa细胞和斑马鱼胚胎毒性的保护作用

来源:环境科学与生态学领域知名期刊《CHEMOSPHERE》(Q1,IF=7.086)发布时间:2021-11-13

真菌毒素形成和调控机制


β-环糊精对玉米赤霉烯酮诱导的HeLa细胞和斑马鱼胚胎毒性的保护作用

Protective effects of beta-cyclodextrins vs. zearalenone-inducedtoxicity in HeLa cells and Tg(vtg1:mCherry)ze
 

摘要玉米赤霉烯酮(Control of Zearalenone,ZEN)是一种由镰刀菌属产生的异雌激素真菌毒素,它的高暴露会诱发生殖障碍。环糊精(Cyclodextrins ,CDs)是由葡萄糖单元组成的环状主体分子,其非极性空腔可以捕获所谓的客体分子,并与环糊精形成高度稳定的主客体型配合物,从而降低客体分子的生物效应。因此,即使暴露在外源性物质下,环糊精可能依旧适用于降低某些药物的毒性。
       在此背景下,来自佩奇大学药学院的Zelma等人研究了β-环糊精(BCD)对玉米赤霉烯酮诱导的HeLa细胞和斑马鱼胚胎毒性的保护作用和玉米赤霉烯酮的亚致死效应。荧光光谱实验表明,在 pH= 7.4 (K = 1.4e4.7 104 L/mol) 时,玉米赤霉烯酮可与磺丁基、甲基和琥珀酰-甲基取代的 β-环糊精形成稳定的复合物;这些化学修饰的环糊精显著降低甚至消除了由玉米赤霉烯酮诱导的HeLa 细胞活力丧失和斑马鱼胚胎死亡。此外,玉米赤霉烯酮的亚致死作用也通过与 β 环糊精的共同处理而显着减轻。
       本研究选用了转基因生物指示斑马鱼模型 (Tg(vtg1:mCherry))来测试霉菌毒素的雌激素作用,结果表明玉米赤霉烯酮对斑马鱼的肝毒性部分抑制了玉米赤霉烯酮诱导的卵黄蛋白原的产生。概括性来说,稳定的玉米赤霉烯酮-环糊精复合物的形成可大大降低甚至消除玉米赤霉烯酮诱导的体外和体内毒性。因此,环糊精是一种很有前途的新型霉菌毒素粘合剂。该研究成果发表在环境科学与生态学领域知名期刊《CHEMOSPHERE》(Q1,IF=7.086)上。
 

关键词玉米赤霉烯酮(ZEN);β-环糊精;霉菌毒素吸附剂;转基因;生物指标;卵黄蛋白原                            

 
 
1. 实验内容:

(1)先通过光谱实验证明BCD的化学修饰可强烈增加ZEN的荧光信号,然后再利用Benesi-Hildebrand方程确定ZEN-CD复合物的结合常数。如图1所示,Benesi-Hildebrand曲线图与1:1化学计量模型表现出良好的线性关系,表明形成了稳定的真菌毒素CD复合物。
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图1:ZEN-CD复合物的Benesi-Hildebrand图ex=315 nm,λem=455 nm)

(2)为了测试CDs对ZEN诱导的细胞毒性的影响,用ZEN和/或CDs处理HeLa细胞培养48小时后,根据细胞ATP含量/孔来评估细胞活力,并对总蛋白水平进行量化。细胞ATP和总蛋白水平的变化显示出良好的相关性,如图2所示。为了使细胞活力显著降低,在50μM浓度下应用ZEN进行实验,数据与之前HeLa细胞的研究数据一致,结果表明BCD未能显著减轻ZEN诱导的毒性(仅导致ATP和总蛋白水平轻度增加);然而,其它CDs明显降低甚至消除了ZEN的毒性作用。
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图2:培养48小时后,在没有和存在CDs(0-1mM)的情况下ZEN(50μM)对细胞ATP(A)和总蛋白水平(B)的影响
 
(3)为了证实CDs在HeLa细胞体外的保护作用,在斑马鱼胚胎中做了进一步研究。选择LC25浓度的ZEN(4.0 mg/L或12.6 μm)进行实验,如图3A和B,其亚致死效应显著,但不会导致显著的死亡。在ZEN和/或CDs存在的情况下观察的死亡率数据如图3C所示。在应用情况下,仅CDs(0.25-1.0mM)不会增加死亡率。此外,ZEN与β-CDs的共同暴露完全消除了ZEN的致死效应(0.25 mM BCD除外),表明CDs与ZEN诱导的毒性相比具有相当大的保护作用。
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图3:Tg(vtg1:mCherry)斑马鱼胚胎(120 hpf)的LC值和死亡率数据
ZEN的浓度-死亡率曲线(A);ZEN的致死浓度和相应的标准偏差(SD)值(B);ZEN和CDs单独以及联合用药的死亡率数据(C);所有实验均在96-120 hpf曝光窗口中进行。

(4)除了致死结果外,还研究了β-CDs对120 hpf斑马鱼胚胎的亚致死效应。亚致死效应的定量值如图4所示。根据观察的结果探究,β-CDs降低了ZEN的亚致死效应。
 
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图4:在brightfield图像上观察到CDs降低了ZEN的亚致死效应(比例尺:500毫米)

2. 总结:化学修饰的β-CDs与ZEN形成更稳定的复合物,对HeLa细胞和斑马鱼胚胎具有明显的保护作用,可以抵抗ZEN暴露的毒性后果。然而,还需要进一步的活体研究来确认CDs作为防护剂的适用性。
 
Faisal Z, Garai E, Csepregi R, et al. Protective effects of beta-cyclodextrins vs. zearalenone-induced toxicity in HeLa cells and Tg(vtg1:mCherry) zebrafish embryos[J]. Chemosphere, 2020, 240:124948.
 
 
全文链接:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124948
 




 
文稿:沈菲凡       编辑:上官国莲       审核:朱寒月