β-Galactosidase的应用研究

本文综述了β-galactosidase的国内外研究概况、作用机理以及来源，着重论述了β-galactosidase在畜牧生产、食品工业、制药工业等领域的应用。

丁苯酞拮抗依托泊苷诱导的血管内皮细胞衰老

目的 探讨丁苯酞(3-n-butylphthalide, NBP)对依托泊苷诱导人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)衰老的影响。方法 将HUVEC分为空白对照组(内皮细胞培养液)、依托泊苷组(500 nmol/L依托泊苷+二甲基亚砜)、依托泊苷+NBP低浓度组(500 nmol/L依托泊苷+5μmol/L NBP)、依托泊苷+NBP中浓度组(500 nmol/L依托泊苷+10μmol/L NBP)、依托泊苷+NBP高浓度组(500 nmol/L依托泊苷+20μmol/L NBP)组。通过衰老相关β半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色检测衰老细胞比例变化;实时荧光定量聚合酶链反应检测衰老相关分泌表型,如白细胞介素(IL)-8、IL-1β、CXC趋化因子配体1(CXCL1)mRNA水平变化;蛋白质免疫印迹检测衰老相关蛋白P21表达水平变化;免疫荧光染色检测增殖相关蛋白Ki67阳性细胞比例变化。结果 与空白对照组比较,依托泊苷组P21表达、SA-β-gal染色阳性细胞比例、IL-8、IL-1β、CXCL1的mRNA水平均显著升高[1.00±0.00 vs 0.59±0.09、(29.58±4.51)%vs(11.27±1.18)%、2.49±0.11 vs 1.00±0.03、6.32±0.15 vs 1.00±0.03、2.40±0.24 vs 1.00±0.04,P<0.05],Ki67阳性细胞比例显著降低[(5.95±1.55)%vs(27.38±7.00)%,P<0.05];与依托泊苷组比较,依托泊苷+NBP低浓度组的SA-β-gal染色阳性细胞比例、P21蛋白表达水平、IL-1β的mRNA水平均降低(P<0.05),Ki67阳性细胞比例增加(P<0.05)。结论 NBP对依托泊苷诱导的血管内皮细胞衰老具有拮抗作用。

红参-制何首乌药对抗衰老作用的HT22细胞和秀丽隐杆线虫模型初步研究

目的初步探讨不同提取工艺下红参-制何首乌药对对神经细胞的抗衰作用,为红参-制何首乌药对在抗衰及抗阿尔茨海默病(AD)作用的应用提供数据支撑。方法分别制备30%和70%乙醇回流提取物,30%和70%乙醇渗漉提取物和水提取物。通过流式细胞术检测不同提取物对HT22细胞中β-半乳糖苷酶含量的影响,初步筛选红参-制何首乌药对神经细胞抗衰效果最佳的提取物,并通过β-半乳糖苷酶染色直观分析该提取物对神经细胞的抗衰效果,用秀丽隐杆线虫寿命试验及瘫痪实验验证其抗衰及抗AD作用。结果红参-制何首乌药对的不同提取方式均对HT22细胞具有显著的抗衰老作用,其中70%乙醇渗漉提取物效果最佳。对其进行多浓度验证,显示具有剂量依赖性的保护作用。浓度为0.2 mg·mL^(-1)的70%乙醇渗漉提取物对秀丽隐杆线虫的寿命有明显的延长作用,浓度为0.008 mg·mL^(-1)的70%乙醇渗漉提取物具有缓解瘫痪的趋势。结论红参-制何首乌药对的70%乙醇渗漉提取物具有明显抗神经细胞衰老的作用,具有抗衰老延长寿命与治疗AD的潜力,应深入研究。

Adβgal-1和Adβgal-2克隆及其在猕猴桃果实软化中的作用

【目的】β-半乳糖苷酶是一类参与细胞壁降解的糖苷酶,在植物的生长发育和果实成熟软化过程中发挥重要作用。通过对猕猴桃2个β-半乳糖苷酶基因的鉴定及其表达模式研究,明确它们在猕猴桃果实软化中的作用,丰富猕猴桃的后熟软化机理研究。【方法】以‘米良1号’猕猴桃为试材,采用RT-PCR法扩增果实的β-半乳糖苷酶基因,利用在线数据库分析其编码蛋白的特性、功能结构域、系统进化关系、基因结构和调控miRNA,应用qPCR研究其在不同组织部位、果实的不同软化时期、不同贮藏温度和ABA处理后的表达特征,并结合酶活性变化,阐释这2个β-半乳糖苷酶基因在猕猴桃果实软化中的作用。【结果】克隆得到2个猕猴桃β-半乳糖苷酶基因(Adβgal-1和Adβgal-2),登录号分别为MH319788和MH319789。Adβgal-1的开放阅读框为2 280 bp,编码759个氨基酸;Adβgal-2的开放阅读框为2 025 bp,编码674个氨基酸。结构域分析显示,Adβgal-1和Adβgal-2均含有植物糖苷水解酶家族35的功能结构域(Glyco_hydro_35)。基因结构分析表明,Adβgal-1由18个外显子和17个内含子组成,而Adβgal-2由17个外显子和16个内含子组成。进化树分析显示它们位于两个不同的进化分支中,且序列差异较大,可能源自不同的基因祖先。qPCR分析结果表明,Adβgal-1和Adβgal-2在猕猴桃的各组织部位(根、茎、叶、花、幼果、成熟果)均有表达,但表达水平不同;它们均在果实软化初期上调表达,随着果实硬度的下降,表达量持续增加;在25℃贮藏过程中,它们均在3 d时上调表达,随着时间的推移,表达量增加;而在4℃贮藏过程中,Adβgal-1的表达受到抑制,Adβgal-2的表达呈波浪式;ABA处理诱导Adβgal-1和Adβgal-2的表达。酶活性测定结果显示,β-半乳糖苷酶活性在果实软化初期略有降低,随着果实硬度的下降逐渐升高。【结论】Adβgal-1和Adβgal-2均参与猕猴桃果实的软化进程。不同贮藏温度和ABA处理对猕猴桃果实软化的影响可能是通过改变β-半乳糖苷酶基因的表达而实现的。

嗜酸乳酸杆菌ATCC4356菌株异源二聚体β-半乳糖苷酶的克隆表达

嗜酸乳酸杆菌(Lactobacillus acidophilus)的异源二聚体β-半乳糖苷酶属于糖苷水解酶2家族,由两个部分重叠、协同翻译的基因编码(lacL和lacM)。【目的】克隆表达该酶并测定其酶学特性。【方法】参照已全基因组测序的嗜酸乳酸杆菌NCFM菌株,以嗜酸乳酸杆菌ATCC4356菌株基因组为模板,将lacL的RBS到lacM的终止子之间的序列(2834bp)克隆到pQE31质粒上,并电转化JM109菌株。以下列步骤纯化表达产物:硫酸铵分级沉淀、阴离子交换、亲和层析和凝胶排阻层析。以凝胶排阻层析测定纯化酶的天然分子量,以邻硝基苯基半乳糖为底物测定其酶学特性。【结果】实现了该酶在JM109菌株中的可溶性表达。其氨基酸序列有一处不同于嗜酸乳酸杆菌NCFM菌株,即其大亚基(LacL)的第512位氨基酸不是组氨酸而是精氨酸。纯化酶比活力为226U/mg蛋白,天然分子量为96.3±4.6kDa,最适pH为7,最适温度为49℃,Km和Vmax值分别是:2.18±0.12mmol/L,273±5U/mg蛋白。

发酵乳杆菌β-半乳糖苷酶转糖基活性研究

从传统发酵乳制品中筛选到1株转糖基活性较高的乳杆菌，经16SrDNA菌种鉴定为发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum，EU621851）K4。以乳糖为底物，研究β-半乳糖苷酶粗酶液在不同pH、乳糖浓度、反应温度和时间的转糖基活性。结果表明在pH5．5、乳糖20％、温度50℃条件下反应48h，转糖基活性最高，能生成多种低聚半乳糖。研究发现在低乳糖含量（5％）和pH5～7范围内都具有明显的转糖基活性。用牛奶为原料进行转糖基能力测定，结果该酶既能降低牛乳中的乳糖含量，又能生成低聚半乳糖。因此，菌株Lb．fermentum K4在乳制品发酵中具有潜在的应用价值。

广东青少年乳糖酶缺乏状况研究

目的 研究广东省青少年乳糖酶缺乏和乳糖不耐受的发生状况。方法 采用不同剂量乳糖进行氢呼气试验。按广东省地理分布 ,选择广州、珠海、佛山、韶关等 4个城市的 7～ 1 8岁健康中小学生 1 1 0 0名 ,摄入 2 5g乳糖后氢呼气试验阳性 (乳糖酶缺乏 )的 81 1人中 ,随机选取乳糖酶缺乏的青少年进行牛奶氢呼气试验。结果 随着乳糖摄入量的减少 (2 5g、1 2 .5g、6 .2 5g) ,乳糖酶缺乏的检出率均大幅度下降 ,分别为 73 .7%、1 9.7%、7.2 % ;乳糖不耐受的检出率亦有随着乳糖摄入量的减少而降低的趋势 ,检出率分别为 32 .9%、4 .3 %、2 .1 %。结论 广东省青少年乳糖耐受量为 6 .2 5g ,每次饮用奶 1 2 5ml,92 .8%的饮用者可以消化吸收 。

集胞藻PCC6803铜离子诱导表达平台的构建

在集胞藻PCC6803中,基因敲除是研究基因功能的最直接有效的方法,但是对于某些生存必需的基因则无法通过这种方法获得突变株。为研究集胞藻PCC6803中此类基因的功能,在其基因组中构建了一个petE基因启动子(PpetE)控制的铜离子诱导表达的平台。将集胞藻PpetE装配在lacZ报告基因的上游,通过同源双交换整合到这种蓝藻的基因组中。通过调节培养基中铜离子的浓度发现,lacZ的表达能够人为控制。特别是当铜离子浓度在6—400nmol/L范围时,LacZ活力随铜离子浓度增加呈S型增长关系。利用这个铜离子诱导表达平台,可以控制某些必需基因的表达:提供铜离子维持细胞生存;而撤去铜离子时则关闭基因的表达,可以观察其对生命活动的影响。

腺病毒介导基因转染活体眼组织的研究

目的 :了解活体内不同途径应用腺病毒转染外源基因在眼组织的分布情况 .方法 :将含有 β 半乳糖苷酶 (beta galactosidase,β gal)报告基因的腺病毒 ,在 1× 10 9～ 1× 10 11nfu·L-1的滴度下 ,分别采用玻璃体腔内注射、前房注射、表面点药及球旁注射到大鼠眼内 ,3d ,1,2 ,3和 4wk后用 β gal染色法观察 β gal基因在眼组织内的分布情况 .结果 :各病毒滴度组均可有效地转染外源基因 ,且未观察到细胞病理改变 .玻璃体腔内注射的大鼠眼球组织包括角膜、虹膜、睫状体、视网膜均有β gal基因表达 ,前房注射组角膜、虹膜、睫状体有表达 ,表面点药组仅有角膜上皮细胞表达 ,球旁注射组眼外肌有表达 .注射 3d后开始出现 β gal基因阳性表达 ,持续达 4wk以上 .结论 :腺病毒能有效、稳定地转染外源基因到活体眼组织的角膜、虹膜、睫状体。

耐热β-半乳糖苷酶基因bgaB在枯草芽孢杆菌中的整合表达

来源于嗜热脂肪芽胞杆菌Bacillusstearothermophilus的耐热β 半乳糖苷酶基因bgaB被克隆到大肠杆菌-枯草芽胞杆菌穿梭质粒pMA5中,然后将外源基因及其表达调控序列亚克隆到枯草芽胞杆菌整合载体pSAS144中,转化Bacillussubtilis受体菌BD170,在5μg/mL的氯霉素抗性平板上筛选抗性转化子.经摇瓶发酵后,得到耐热乳糖酶的比酶活为0.32U/mg,是出发菌株比酶活的2倍.

尿β-D-半乳糖苷酶活性检测方法的建立及临床意义探讨

目的以2-氯-4-硝基苯基-β-D-半乳糖苷(CNP-GAL)为底物,建立测定尿β-D-半乳糖苷酶(GAL)活性的连续监测法,并探讨GAL在肾小管病变早期诊断中的临床意义。方法基于GAL能催化水解底物生成色原2-氯-4-硝基苯酚(CNP)的原理,对最适p H值、底物浓度、反应时间等条件进行研究,建立用于检测尿GAL的连续监测法,并用该法检测125例肾脏病变(30例继发性肾损伤、36例肾小管肾炎、25例肾癌、34例肾囊肿)患者及80名健康体检者(正常对照组)尿GAL活性。结果建立了检测尿GAL活性的连续监测法,采用柠檬酸缓冲液为最佳缓冲体系,酶促反应最适p H值为4.8,最适底物浓度为2.0 mmol/L。该法批内、批间平均变异系数(CV)分别为2.44%、4.47%,线性范围为3.2~25.6 U/L,当GAL<1.6 U/L时不能被检出。继发性肾损伤、肾小管肾炎、肾癌患者的尿GAL活性均明显高于正常对照组(P<0.05),而肾囊肿患者的尿GAL活性无明显增高。结论建立的GAL活性连续监测法敏感性高,结果准确,操作简便,可用于肾小管疾病的早期诊断。

不同浓度葡萄糖诱导皮肤成纤维细胞老化的实验观察

背景衰老是生理或病理过程综合作用的必然结果。研究如何延缓衰老,尤其是病理性衰老,可为许多疾病的治疗提供新的思路。而建立老化细胞模型正是衰老相关研究的基石。目的探究含不同浓度葡萄糖的DMEM培养液诱导皮肤成纤维细胞老化的效果,为衰老研究提供实验基础。方法分别采用含5.5 mmol/L、15 mmol/L、25 mmol/L、35 mmol/L和45 mmol/L葡萄糖的DMEM培养基培养成纤维细胞,通过CCK-8实验和细胞划痕试验观察细胞增殖、迁移功能的变化;对细胞进行β-半乳糖苷酶染色,判断细胞是否发生衰老;采用PCR检测衰老相关p53/p21通路中关键效应分子p53、p21和p16在不同组中的表达水平。结果相较于5.5 mmol/L组,15 mmol/L组和25 mmol/L组成纤维细胞增殖和迁移功能提高,而35 mmol/L组和45 mmol/L组细胞增殖和迁移能力显著下降;β-半乳糖苷酶染色阳性的细胞比例随葡萄糖浓度的升高而增加;同时,p53、p21和p16的表达与葡萄糖浓度呈正相关。结论高浓度葡萄糖(≥35 mmol/L)可抑制细胞的生物学功能,诱导细胞衰老,其分子机制可能是通过上调p53/p21通路引起p16表达水平的增高。

培养人视网膜色素上皮细胞中β-半乳糖苷酶活性研究

目的 观察培养人视网膜色素上皮 (RPE)细胞中复制衰老相关的 β 半乳糖苷酶活性。 方法 在培养的RPE细胞中 ,以传代次数 ( 5、10、2 0 )和取材供体的年龄 ( 2 6、44、5 7岁 )分组 ,进行标准化的 β 半乳糖苷酶活性和细胞增殖能力检测。结果 培养RPE细胞中 β 半乳糖苷酶活性阳性细胞数量随传代次数的增加而增加 ,在 2 0代的细胞中 ,阳性细胞的数量为 87%± 1 2 % ,明显高于第 5代和第 10代细胞 (P <0 0 5 )。而细胞的增殖能力明显下降 (P <0 0 5 )。结论 培养RPE细胞复制衰老的发生与细胞传代次数和取材年龄相关 。

多用途基因捕获C3H/10T1/2细胞阳性克隆库的构建及鉴定

目的：以10T1／2细胞为间充质干细胞模型，构建用于间充质干细胞分化及恶性转化分子机制等研究的基因捕获阳性克隆库．方法：Dra I线性化逆转录病毒基因捕获载体ROSAFARY后，与pIRES2-EGFP用脂质体共转染phoenix细胞，LacZ染色证明转染成功后收集病毒上清感染10T1／2细胞．经潮霉素筛选获得阳性克隆，为排除假阳性克隆用LacZ部分片段PCR进行鉴定．结果：ROSAFARY脂质体转染phoenix细胞后48h，GFP指示的转染效率约为20％～30％，LacZ染色有大约10％的阳性率．150mg／L潮霉素筛选病毒感染的10T1／2细胞，挑取药物抗性克隆，PCR鉴定后获得43个阳性克隆，LacZ染色5个为捕获基因高表达细胞克隆．结论：基因捕获技术建立非胚胎干细胞的克隆是可行的，成功建立的基因捕获阳性克隆库为应用基因捕获技术揭示成体干细胞分化及恶性转化分子机制奠定了基础．

叉头框蛋白O3通过调控Nod样受体蛋白3炎性小体抑制心脏成纤维细胞衰老

目的 研究叉头框蛋白O3(FoxO3)在心脏成纤维细胞(CF)衰老中的作用及机制。方法 选取新生Wistar乳鼠第五代CF随机分为小干扰RNA转染对照(siNC)组和siFoxO3组(n=3)。siFoxO3组转染FoxO3小干扰RNA。通过实时定量PCR和免疫印迹法检测衰老和Nod样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体相关基因以及FoxO3表达情况。结果 与原代CF比较,第五代CF中细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂2A(p16)和细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂1A(p21)mRNA表达、p21和平滑肌肌动蛋白α(α-SMA)蛋白表达明显升高(P<0.05)。第五代CF中FoxO3 mRNA和蛋白表达明显低于原代(0.67±0.10 vs 1.03±0.02,0.47±0.12 vs 0.95±0.05,P<0.05)。与siNC组比较,siFoxO3组细胞中FoxO3 mRNA表达明显降低,而p16和p21 mRNA表达、p21蛋白表达明显上调(P<0.05,P<0.01)。与siNC组比较,siFoxO3组细胞中NLRP3、硫氧还蛋白结合蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1、白细胞介素1βmRNA表达明显升高(P<0.05,P<0.01)。结论 FoxO3通过调控NLRP3炎性小体抑制CF衰老,为衰老相关心血管疾病提供靶点。

用试纸法快速检测β-半乳糖苷酶活性的研究

应用5-溴-4-氯-3-吲哚-β-半乳糖苷(X-gal)试纸建立一种快速检测β-半乳糖苷酶活性的方法。其原理在于酶色原底物X-gal在β-半乳糖苷酶作用下产生蓝色的5-溴-4-氯-3-吲哚。X-gal的价格昂贵,常规法每个平皿的X-gal的用量为3～4mg。该试验以大肠杆菌为阳性对照菌株,无乳链球菌为阴性对照菌株,用试纸法对新疆石河子周边地区牛场分离出的101株链球菌是否产β-半乳糖苷酶进行检测。共筛选出阳性菌21株,检出率为20.79%;阴性菌80株,检出率为79.21%。采用试纸法不仅使X-gal用量大大减少,节省成本,同时操作快速、简便、准确。

TAT融合蛋白在SD大鼠肾组织表达的研究

目的 :探讨分子量为 12 0kD的TAT融合蛋白在SD大鼠肾组织的吸收及酶活性的表达情况。方法 :利用“蛋白转导”的方法 ,将人类免疫缺陷病病毒HIV的TAT蛋白与 β -半乳糖苷酶 (β -Galactosidase,β -Gal)相连接 ,构建形成TAT - β -Gal融合蛋白 (分子量为 12 0kD)。将 72只SD大鼠随机分为 3组 (每组n =2 4 ) ,分别腹腔注射TAT - β -Gal、β -Gal和生理盐水 ,于注射后不同时间段取肾组织作病理切片 ,用X -Gal染色分析 ,显微镜下观察肾脏对TAT - β -Gal的吸收及酶活性的表达情况 ,并进行Leica计算机图像分析 ,同时观察肾组织结构改变。结果 :TAT - β -Gal组在经腹腔注射TAT - β -Gal 0 .5h后切片 ,用X -Gal染色 ,显微镜下即可显示着色反应 ,TAT - β -Gal可以快速到达肾组织 ,在肾小球细胞表达酶的活性 ,于 8h达到高峰 ,16h逐渐下降 ;β -Gal组经X -Gal染色后出现极弱的着色反应 ;而生理盐水组 ,经X -Gal染色后无着色反应。结论 :分子量为 12 0kD的TAT -β-Gal融合蛋白可以迅速被SD大鼠肾组织所吸收 ,同时不影响所连接蛋白酶的活性。HIV的TAT蛋白可以作为载体转运大分子 (蛋白或肽类大分子 )物质通过生物膜进入细胞内 。

外源性基因在血管球囊损伤后新生内膜中的表达

目的：应用重组腺病毒载体介导的β-半乳糖苷酶基因（LacZ）标记基因，探讨外源性基因在股动脉血管球囊损伤后，新生内膜中的表达。方法：用犬的股动脉内皮损伤模型，4周后经犬颈外动脉插管至股动脉内皮损伤处，并导入重组腺病毒载体介导的LacZ标记基因。转基因7天后，处死动物。β-半乳糖苷酶表达由x-Gal染色评价。经显微镜观察：在血管球囊损伤后，新生内膜中所见的蓝染细胞即为β-半乳糖苷酶表达阳性。结果：β-半乳糖苷酶表达出现在新生内膜、部分中膜和部分修复的内皮细胞。血管损伤后，新生内膜中平滑肌细胞转染率为100％。对照血管和远处脏器未显示β-半乳糖苷酶的表达。结论：在重组腺病毒载体的介导下，外源性基因可以在新生内膜中高效率地表达，新生内膜中的平滑肌细胞为基因治疗的靶细胞。

低剂量率β射线照射后肿瘤细胞表达衰老相关性β-半乳糖苷酶

用32P放射性贴片照射HeLa细胞,细胞化学染色和生长曲线校正相结合检测照射后表达衰老相关性β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)的细胞及其数量变化趋势.结果表明,照射后,部分肿瘤细胞可以逆转进入表达SA-β-Gal的死亡相M1或M2.由照射诱发的染色阳性细胞的绝对数量在观察时间内持续增长,并且,在一定剂量率范围内(7.5-60cGy/h)的等剂量照射后,低剂量率β射线可以诱发更多的SA-β-Gal阳性细胞.此外,诱发衰老是核素内照射治疗肿瘤中存在的远期治疗效应的可能机制.

嗜酸乳杆菌β-半乳糖苷酶基因表达载体的构建与蛋白特性分析

目的构建嗜酸乳杆菌β-半乳糖苷酶基因表达载体并分析其表达蛋白的特性和结构。方法从嗜酸乳杆菌ATCC4356中克隆lacZ基因并构建表达载体pMG36e-lacZ,并对构建后的表达载体进行鉴定和表达蛋白进行二维与三维结构分析。结果成功构建了嗜酸乳杆菌ATCC4356-lacZ基因表达载体并分析出了表达的β-半乳糖苷酶二维和三维结构图。结论表达载体的构建和蛋白特性与结构分析结果为后续的蛋白表达和酶生物学特性研究奠定了基础。