بررسی اثرات ضد التهابی پپتیدهای زیست فعال اسپیرولینا پلاتنسیس استخراج شده توسط آنزیم سیستئین پروتئاز حیوانی موش‌های Balb/C

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه بیوتکنولوژی دریا، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

بیماری التهابی روده، بیماری مزمن دستگاه گوارش است و درمان قطعی دارویی برای این بیماری وجود ندارد. اگر از پیشرفت این بیماری جلوگیری نشود موجب بروز بیماری­های خطرناکی از جمله سرطان روده بزرگ می­شود. سیانوباکتری اسپیرولینا یک منبع منحصر به فرد از مواد زیست­فعال طبیعی با خواص بالقوه در سلامت­زایی می­باشد. هدف مطالعه حاضر، تهیه آنزیم سیستئین پروتئاز میوه کیوی و بهینه­سازی استخراج پپتید زیست فعال اسپیرولینا پلاتنسیس توسط آنزیم سیستئین پروتئاز و بررسی خاصیت ضدالتهابی پپتیدهای استخراج شده اسپیرولینا در موش­های مبتلا به التهاب روده می­باشد. بدین منظور از روش سطح پاسخ RSM عملکرد بهینه آنزیم مشخص شد و پپتیدهای استخراج شده در خشک کن انجمادی خشک و برای تعیین وزن مولکولی پپتید، الکتروفورز SDS page space گردید. پپتیدهای حاصل در دمای 20- درجه نگهداری شد. جهت بررسی اثرات ضدالتهابی در 28 سر موش Balb/C با اسیداستیک چهار درصد  التهاب القا گردید. پس از اطمینان از التهاب پپتید با غلظت (8/3  میلی­گرم بر کیلوگرم) و داروی امپرازول به عنوان کنترل مثبت و آب به عنوان کنترل منفی به موش­های Balb/C مبتلا به زخم روده، گاواژ انجام شد. نتایج نشان داد وزن مولکولی آنزیم سیستئین پروتئاز 24 کیلودالتون است و بهینه شرایط هیدرولیز آنزیمی سیستئین پروتئاز در دمای 60 درجه سانتی­گراد، زمان 210دقیقه و pH 5/7 بدست آمد. نتایج بافت شناسی وجود التهاب در گروه شاهد و در موش­هایی که پپتید با غلظت 8/3 میلی­گرم بر کیلوگرم بافت روده ترمیم، کریپت و مخاط روده در طول درمان کاملاً بازسازی شده بود را نشان داد. آنزیم آلکالین فسفاتاز در موش­هایی که پپتید دریافت کردند پایین آمده که نشانه بهبود التهاب در موش­ها است. در نتیجه پپتیدهای زیست­فعال اسپیرولینا توانسته التهاب موجود در روده موش­ها را درمان کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Anti-inflammatory Effects of Bioactive Peptides of Spirulina Platensis Extracted by Animal Cysteine Protease Enzyme in Mice Balb/C

نویسندگان [English]

  • Samaneh Moghadamzadegan
  • Mozhgan Emtyazjoo
  • Mahnazsadat Sadeghi
  • Mohammad Rabbani
Department of Marine Biotechnology, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Inflammatory bowel disease is a chronic disease of the gastrointestinal tract with no definitive drug treatment. If the disease is not prevented, it may lead to dangerous diseases such as colon cancer; thus, it is important to treat or provide medication for this disease. Extensive tests performed on Spirulina show that this cyanobacterium is a unique source of natural bioactive substances with potential healing properties. The aim of this study was to prepare kiwifruit cysteine ​​protease enzyme and optimize the extraction of the bioactive peptide Spirulina platensis by cysteine ​​protease as well as evaluating the anti-inflammatory properties of spirulina-extracted peptides in mice with intestinal inflammation. To this end, the optimal performance of the enzyme was determined by the RSM response surface methodology and the peptides extracted in the freeze dryer were SDS page space to determine the molecular weight of the peptide by electrophoresis. The resulting peptides were stored at -20°C. To evaluate the anti-inflammatory effects in 28Balb/C mice, inflammation was induced with 4% acetic acid. After confirming the inflammation of the peptide with a concentration of 3.8 mg/kg and omeprazole as positive control and water as negative control, Balb/C mice with intestinal ulcers were gavaged. The results showed that the molecular weight of cysteine ​​protease enzyme is 24 kDa and the optimal enzyme hydrolysis conditions of cysteine ​​protease were obtained at 60 °C, 210 min, and pH 7.5. Histological results showed the presence of inflammation in the control group and in mice whose peptide at a concentration of 3.8 (mg/kg) had completely regenerated intestinal tissue, crypt, and intestinal mucosa during treatment. The enzyme alkaline phosphatase is low in mice receiving the peptide, indicating improved inflammation in mice. As a result, the bioactive spirulina peptides were able to treat inflammation in the intestines of mice.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioactive peptides
  • Inflammation
  • Spirulina
  • Cysteine protease
  • BALB/c mice
1. Abdel-Daim M., Farouk S., Madkour F., Azab S. 2015. Anti-inflammatory and immunomodulatory effects of Spirulina platensis in comparison to Dunaliella salina in acetic acid-induced rat experimental colitis. ImPmunopharmacol Immunotoxicol, 2: 1–14.
2. Agliano F., Karlinsey K., Ragazzi M., Ménoret A., Vella A. 2020. A benzimidazole inhibitor attenuates sterile infammation induced in a model of systemic autoinfammation in female mice. Scientific Reports, 10(256): 1-16.
3. Al-Zubaidy M. 2017. Optimizing Extraction Conditions of Actinidin from Kiwifruit (Actinidia deliciosa). Al-Mustansiriyah Journal of Science, 28(3): 61-67.
4. Conrad M., Rosh J. 2017. Pediatric Inflammatory Bowel Disease. Pediatr Clin, 64, 577-591.
5. Deng R., Chow T. 2010.  Hypolipidemmic, antioxidant, and anti-inflammatory activitiea of microalgae spirulina. Author manuscript, 28(4): 33-45.
6. Fakhoury M., Negrulj R., Mooranian A., Al-Salam H. 2014. Inflammatory bowel disease: clinical aspects and treatments. Journal of Inflammation Research, 4(7): 113-120.
7. Guerreroa F., Mercadob J., Zentenoc N., Garfiasa Y. 2020. Comparative analysis of inflammatory response in the BALB/c and C57BL/6 mouse strains in an endotoxin-induced uveitis model. Journal of Immunological Methods, 476: 1-6.
8. Heayatkhaah V. 2011. The Investigation of silymarin effect on colon ulcer induced acetic acid in mice. Jornal of cell and tissue reserch, 1(2): 21-28. [In Persian]
9. Jairath V., Feagan B. 2019. Global burden of inflammatory bowel disease. Published Online, 19: 1253 -2468.
10. Katamura S., Wada M., Kozuka M., Sakaue T., Yamane T., Suzuki J., Arakawa Y., Ohkubo L. 2019. Purification and Biochemical Characterization of Cysteine Protease from Baby Kiwi (Actinidia arguta). The Open Biochemistry Journal, 13: 54-63.
11. Koma j. 2013. Inflammatory Bowel Disease: An Expanding Global Health Problem. Clin Med Insights Gastroenterol, 6: 33-47.
12. Lau J., Dunn M. 2018. Therapeutic peptides: Historical perspectives, current development trends, and future directions. Bioorganic & medicinal chemistry, 26(10): 2700-2707.
13. Li Y., Aiello G., Bollati C., Bartolomei M., Arnoldi A., Lammi C. 2020. Phycobiliproteins from Arthrospira Platensis (Spirulina): A New Source of Peptides with Dipeptidyl Peptidase-IV Inhibitory Activity. Nutrients Journal, 12(794): 2-11.
14. Lisboa C., Pereira A., Costa J. 2016. Biopeptides with antioxidant activity extracted from the biomass of Spirulina sp. LEB 18. African Journal of Microbiology Research, 10(3): 79-86.
15. Minh N. 2015. Alcalase hydrolysis of bioactive peptides from soybean. InternationalJornal Pure & Applied Bioscience, 3(2): 19-29.
16. Mostafaie A., Chalabi M. 2006. Purification and achievement of its of value in internal. Natral resources and science Journal, 10(3): 223-230. [In Persian]
17. Popovic M., Andjelkovic U., Grozdanovic M., Aleksic L., Gavrovic-Jankulovic M. 2013. In Vitro Antibacterial Activity of Cysteine Protease Inhibitor from Kiwifruit (Actinidia deliciosa). Indain Journal Microbial, 53(1): 100-105.
18. Rabiei S., Nikoo M., Rezaei M., Rafieian-Kopaei M. 2017.  A review on therapeutic effects of marine bioactive peptides in animal models and human. Iranian Journal of Physiology and Pharmacology, 4(2): 201-213. [In Persian]
19. Rezaei N., Eftekhari M., Tanideh N., Mokhtari M., Bagheri Z. 2019.  The Protective Effects of Honey and Spirulina Platensis on Acetic Acid-Induced Ulcerative Colitis in Rats. Iranian Red Crescent Medical Journal InPress, 8: 1-11.  
20. Samani Jahromi E., Zolghadri Jahromi S., Kargar Jahromi H. 2014. Histopathological investigation of the effect of alkaline phosphatase on adult male rats' liver tissue based on enzyme inhibition. Pars Journal of Medical Sciences, 12(3): 59-65.
21. Sasso G., Khachatryan L., Kondylis A., Battey J., Sierro N., Danilova N., Grigoryeva T., Markelova M., Khusnutdinova D., Laikov A., Salafutdinov L., Romanova Y., Siniagina M., Vasiliev Y., Boulygina E., Solovyeva V., Garanina E., Kitaeva V., Ivanov V., Chulpanova S., Kletenkov S., Valeeva A., Maria O., Abdulkhakov R., Ivanov N., Peitsch M., Hoeng J., Abdulkhakov S. 2020. Inflammatory Bowel Disease–Associated Changes in the Gut: Focus on Kazan Patients. Original Research Article-Basic Science, 188: 1-16.
22. Seghiri R., Kharbach M., Essamri A. 2019. Functional Composition, Nutritional Properties, and Biological Activities of Moroccan Spirulina Microalga, Journal of Food Quality, 3: 1-11.
23. Sharma N., Tiwari P., Tripathi K., Rai A. 2018. Sustainability and cyanobacteria (blue-green algae): facts and challenges. Appl Phycol, 1: 1059–1081.
24. Singh S., Dwivedi V., Sanya D., Dasgupta S. 2020. Therapeutic and Nutritional Potential of Spirulina in Combating COVID-19 Infection, AIJR Preprints, 49(1): 2-8.
25. Soni R., Sudhakar K., Rana R. 2017. Spirulina From growth to nutritional product. Trends in food Scince &Technology, 69: 157-171.
26. Verma S., Dixit R., Panday K. 2016. Cysteine Proteases Modes of Activation and Future Prospects as Pharmacological Targets. Frontiers in Pharmacology, 7: 1-12.
27. Takhshid M., Rosta A., Tavasoli A., Khebaz Z. 2010. Impact of silymarin induced by acetic acid in rats. University of Medical Scinces Mazandaran Journal, 21(84): 51-63.
28. Tang Z., Chen H., He H., Ma C. 2019. Assays for alkaline phosphatase activity: Progress and prospects. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 113: 32-43.
29. Tejano L., Peralta J., Yap E., Crista F., Panjaitan A., Chang Y. 2019. Prediction of Bioactive Peptides from Chlorella sorokiniana Proteins Using Proteomic Techniques in Combination with Bioinformatics Analyses. Intertional Journal of Molcular Sciences, 1: 1-16.
30. Wijesinghe W., Jeon Y. 2012. Enzyme assistant extraction (EAE) of bioactive components: A useful approach for recovery of industrially important metabolites from seaweeds. Fitoterapia, 83(1): 6-12.
31. Xia E., Zhai L., Huang Z., Liang H., Yang H., Song G.,  Li W., Tang H. 2019. Optimization and Identification of Antioxidant Peptide from Underutilized Dunaliella salina Protein: Extraction In Vitro Gastrointestinal Digestion and Fractionation. Biomed Res International, 1: 1-9.
32.Yücetepe A., Özçelik B. 2016. Bioactive Peptides Isolated from Microalgae Spirulina platensis and their Biofunctional Activities. Akademik Gıda, 14 (4): 412-417.