تقييم الإجهاد التأكسدي في العينات البيولوجية باستخدام اختبار المواد التفاعلية حمض ثيوباربيتريك
Summary
الهدف من تقييم المواد التفاعلية حمض ثيوباربيتريك هو تقييم الإجهاد التأكسدي في العينات البيولوجية عن طريق قياس إنتاج منتجات البيروكسيد الدهون، في المقام الأول malondialdehyde، وذلك باستخدام قياس الطيف الطول الموجي مرئية في 532 نانومتر. يمكن تطبيق الطريقة الموصوفة هنا على المصل البشري ، وlysates الخلية ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة.
Abstract
على الرغم من خصوصية التحليل المحدودة ووعرة، تم استخدام الحمض thiobarbituric المواد التفاعلية (TBARS) على نطاق واسع كمقياس عام من البيروكسيد الدهون في السوائل البيولوجية. وغالبا ما يعتبر مؤشرا جيدا لمستويات الإجهاد التأكسدي داخل عينة بيولوجية، شريطة أن تكون العينة قد عولجت وخزنت على النحو الصحيح. ينطوي المقايسة على تفاعل منتجات البيروكسيد الدهون ، في المقام الأول malondialdehyde (MDA) ، مع حمض ثيوباربيتوريس (TBA) ، مما يؤدي إلى تشكيل إضافات MDA-TBA2 تسمى TBARS. TBARS ينتج اللون الأحمر والوردي التي يمكن قياسها الطيفيةصورية في 532 نانومتر. يتم إجراء فحص TBARS في ظل ظروف حمضية (درجة الحموضة = 4) وعند 95 درجة مئوية. نقية MDA غير مستقر، ولكن هذه الشروط تسمح الافراج عن MDA من MDA بيس (ثنائي ميثيل الأسيتال)، والذي يستخدم كمعيار تحليلي في هذه الطريقة. إن اختبار TBARS هو طريقة مباشرة يمكن إكمالها في حوالي 2 ساعة. يتم وصف إعداد الكواشف المقايسة بالتفصيل هنا. يمكن للباحثين المهتمين بالميزانية استخدام هذه الكواشف لإجراء تجارب متعددة بتكلفة منخفضة بدلا من شراء مجموعة مقايسة TBARS باهظة الثمن تسمح فقط ببناء منحنى قياسي واحد (وبالتالي لا يمكن استخدامها إلا لتجربة واحدة). ويظهر تطبيق هذا المقايسة TBARS في مصل الدم البشري, البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة, وlysates الخلية. وينبغي أن يكون المقايسة متسقة وقابلة للتكرار، ويمكن بلوغ حدود الكشف عن 1.1 ميكرومتر. وتقدم توصيات لاستخدام وتفسير المقايسة الطيفية TBARS.
Introduction
البيروكسيد الدهني هو عملية تهاجم فيها الجذور الحرة، مثل أنواع الأكسجين التفاعلية وأنواع النيتروجين التفاعلية، الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون في الدهون، وهي عملية تنطوي على تجريد الهيدروجين من الكربون وإدخال جزيء الأكسجين. هذه العملية تؤدي إلى خليط من المنتجات المعقدة بما في ذلك، الجذور البيروكسيدات الدهنية، والهيدروكسيدات والمنتجات الأولية، وكذلك malondialdehyde (MDA) و 4 هيدروكسينالونال كمنتجات ثانوية السائدة1.
وقد استخدمت على نطاق واسع MDA في البحوث الطبية الحيوية كعلامة على البيروكسيد الدهون بسبب رد فعل سهل مع حمض ثيوباربيتريك (TBA). رد الفعل يؤدي إلى تشكيل MDA-TBA2، وهو اقتران يمتص في الطيف المرئي في 532 نانومتر وتنتج اللون الأحمر والوردي2. الجزيئات الأخرى المستمدة من بيروكسيد الدهون إلى جانب MDA يمكن أن تتفاعل أيضا مع TBA وتمتص الضوء في 532 نانومتر، مما يساهم في إشارة الامتصاص الشاملة التي يتم قياسها. وبالمثل، يمكن أن تتفاعل MDA مع معظم الفئات الرئيسية الأخرى من الجزيئات الحيوية، مما قد يحد من إمكانية الوصول إليها للتفاعل مع TBA3،4. على هذا النحو، يعتبر هذا المقايسة التقليدية ببساطة لقياس “المواد التفاعلية حمض ثيوباربيتورك” أو TBARS5.
عند تطبيقها وتفسيرها بشكل صحيح، يعتبر فحص TBARS عموما مؤشرا جيدا للمستويات الإجمالية للإجهاد التأكسدي في عينة بيولوجية6. ولسوء الحظ، وكما وثقه شوبناساسبيفاري وآخرون، فإن المقايسة التي يجريها هذا النظام كثيرا ما تجرى وتفسر بطرق تيسر استخلاص استنتاجات مشكوك فيها(3)4،7،8،9،10،11. وتعود أسباب ذلك في المقام الأول إلى المتغيرات ما قبل التحليلية المتصلة بالعينة والافتقار إلى وعورة الفحص التي تحظر الاختلافات الطفيفة على ما يبدو في بروتوكول الفحص دون تغييرات جوهرية في نتائج الفحص 1,7,12,13.
المتغيرات قبل تحليلية المتعلقة بالمناولة البيولوجية وتخزين (على سبيل المثال، بلازما الدم أبقى مؤقتا في -20 درجة مئوية)14,15 يمكن أن يكون لها تأثير كبير على نتائج TBARS الفحص16,17; لدرجة أنه لا ينبغي مقارنة نتائج فحص TBARS عبر مختبرات مختلفة ما لم تبررها بيانات التحقق التحليلية الصريحة بين الطوابق. هذه التوصية هي أقرب إلى كيفية استخدام البقع الغربية وتفسيرها. ومقارنات كثافة النطاق صالحة للدراسات داخل البقع وربما داخل المختبر، ولكن مقارنة كثافات النطاق بين المختبرات تعتبر عموما ممارسة غير صالحة.
وقد اقترح بعض الباحثين أن MDA كما تقاس من قبل المقايسة TBARS ببساطة لا تفي بالمعايير التحليلية أو السريرية المطلوبة من علامة بيولوجية مقبولة3,9,10,18,19. والواقع أنه لو لم يتم تطوير المقايسة قبل أكثر من 50 عاما، لما اكتسبت على الأرجح الاستخدام الواسع النطاق والمقبولة الضمنية التي تتمتع بها اليوم. على الرغم من أن هناك مقايسات أخرى ذات حساسية تحليلية أكبر وخصوصية ووعرة تستخدم لتحديد الإجهاد التأكسدي ، إلا أن اختبار TBARS القائم على الامتصاص عند 532 نانومتر لا يزال إلى حد بعيد أحد المقايسات الأكثر شيوعا لتحديد peroxidation20 الدهون ، وبالتالي تقييم الإجهاد التأكسدي.
لا يمكن العثور على اختبار TBARS إلا كطقم باهظ الثمن (أكثر من 400 دولار أمريكي) ، حيث لا توفر التعليمات معلومات مفصلة عن معظم تركيزات الكواشف المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الكواشف المقدمة لتجربة واحدة فقط، لأنه يمكن إجراء منحنى قياسي لوني واحد فقط لكل مجموعة. وهذا يمكن أن يكون مشكلة للباحثين الذين يعتزمون تحديد مستويات الأكسدة في غضون بضع عينات في نقاط زمنية مختلفة، لأنه لا يمكن استخدام نفس المنحنى القياسي في عدة مرات. وبالتالي، يجب شراء مجموعات متعددة لإجراء تجارب متعددة. حاليا، ما لم يتم شراء مجموعة مكلفة، لا يوجد بروتوكول مفصل متاح لكيفية إجراء اختبار TBARS. وقد وصف بعض الباحثين في الماضي بشكل غامض كيفية إجراء تقييم TBARS21,22 ، ولكن لا يتوفر في الأدبيات بروتوكول مفصل تماما أو فيديو شامل حول كيفية إجراء فحص TBARS دون مجموعة مكلفة.
هنا نحن تقرير مفصلة، التحقق من صحة تحليليا منهجية لهذا الغرض حول كيفية تنفيذ TBARS المقايسة بطريقة بسيطة، استنساخها، وغير مكلفة. تظهر التغيرات في بيروكسيد الدهون في المصل البشري ، وlysates HepG2 ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة عند العلاج مع أيونات Cu(II) كالتطبيقات التوضيحية لمقايسة TBARS. تظهر النتائج أن هذا المقايسة TBARS متناسقة وقابلة للاستنساخ على أساس يومي.
Protocol
Representative Results
Discussion
على الرغم من القيود1,3,4,7,8,9,10,12,13,14,15,19 وعدم ملاءمة المقارنة بين المختبرات, فإن اختبار TBARS هو واحد من أقدم <s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم البحث المبلغ عنه هنا جزئيا المعهد الوطني للسرطان التابع للمعاهد الوطنية للصحة بموجب الجائزة رقم 1000/2000. R33 CA217702 ومبادرة تعظيم تنمية الطلاب (IMSD) البرنامج. المحتوى هو فقط مسؤولية المؤلفين ولا يمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة.
Materials
| 1x Sterile PBS pH 7.4 1 L | VWR, PA | 101642–262 | cell lysis reagent |
| 50 mL self-standing centrifuge tube | Corning, NY | CLS430897 | General material |
| 96 well plate, Non-Treated, clear, with lid, Non-sterile | Thermo Fisher Scientific, MA | 280895 | To measure absorbance |
| Amicon Ultra-0.5 100 kD centrifugal spin filter device | Fisher Scientific, NH | UFC510024 | LDL purification |
| Caps for glass tubes | Thermo Fisher Scientific, MA | 14-930-15D | for TBARS assay |
| Copper II Chloride | SIGMA, MO | 222011-250G | to induce oxidation |
| Culture tubes, Disposable, with Screw-Cap Finish, Borosilicate Glass (13 x 100 mm) | VWR, PA | 53283-800 | for TBARS assay |
| Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) | ATCC, VA | HB-8065 | HepG2 cell media |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | eppendorf, NY | 22363204 | General material |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 2.0 mL | Genesee Sceitific, CA | 22363352 | General material |
| Fetal Bovine Serum US Source | Omega Scientific, CA | FB-11 | for cell culture |
| Glacial Acetic Acid | SIGMA, MO | 27225-1L-R | TBARS Reagent |
| Halt Protease Inhibitor Cocktail (100x) | Thermo Scientific, MA | 87786 | cell lysis reagent |
| HEPES | SIGMA, MO | H3375-250G | LDL solvent |
| HepG2 Cells | ATCC, VA | HB-8065 | Biological matrix prototype |
| Hydrocloric acid (HCl) | Fisher Scientific, NH | A144-212 | cell lysis reagent |
| Legend Micro 17 Centrifuge | Thermo Scientific, MA | 75002431 | General material |
| Low Density Lipoprotein, Human Plasma | Athens Research & Technology, GA | 12-16-120412 | Biological matrix prototype |
| Magnetic Stir Bars, Octagon 6-Assortment | VWR, PA | 58948-025 | General material |
| Malondialdehyde bis (dimethyl acetal) | SIGMA, MO | 8207560250 | TBARS Standard |
| Multiskan Go Microplate Spectrophotometer | Fisher Scientific, NH | 51119200 | To measure absorbance |
| NP-40 | EMD Millipore Corp, MA | 492016-100ML | cell lysis reagent |
| Sodium Chloride | SIGMA, MO | S7653-1KG | cell lysis reagent |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | SIGMA, MO | 436143-100G | TBARS Reagent |
| Sodium hydroxide | SIGMA, MO | 367176-2.5KG | TBARS Reagent |
| SpeedVac Concentrator | Thermo Scientific, MA | SC250EXP | For concentrating cell lysates |
| T-75 Flask, Tissue Culture Treated, 250 mL, w/filter cap | USA Scientific, FL | 658175 | cell culture |
| Thiobarbituric Acid | SIGMA, MO | T5500-100G | TBARS Reagent |
| TRIS base | Fluka, GA | 93362 | cell lysis reagent |
| Trypsin (1x) | VWR, PA | 16777-166 | To detach HepG2 cells |
References
- Tsikas, D. Assessment of lipid peroxidation by measuring malondialdehyde (MDA) and relatives in biological samples: Analytical and biological challenges. Analytical Biochemistry. 524, 13-30 (2017).
- Ohkawa, H., Ohishi, N., Yagi, K. Reaction of linoleic acid hydroperoxide with thiobarbituric acid. Journal of Lipid Research. 19 (8), 1053-1057 (1978).
- Khoubnasabjafari, M., Soleymani, J., Jouyban, A. Avoid Using Spectrophotometric Determination of Malondialdehyde as a Biomarker of Oxidative Stress. Biomarkers in Medicine. 12 (6), 551-554 (2018).
- Morales, M., Munné-Bosch, S. Malondialdehyde: Facts and artifacts. Plant Physiology. 180 (3), 1246-1250 (2019).
- Devasagayam, T. P. A., Boloor, K. K., Ramasarma, T. Methods for estimating lipid peroxidation: An analysis of merits and demerits. Indian Journal of Biochemistry and Biophysics. 40 (5), 300-308 (2003).
- Dasgupta, A., Klein, K. Methods for Measuring Oxidative Stress in the Laboratory. Antioxidants in Food, Vitamins and Supplements. , 19-40 (2014).
- Wade, C. R., van Rij, A. M. Plasma malondialdehyde, lipid peroxides, and the thiobarbituric acid reaction. Clinical Chemistry. 35 (2), 336-336 (1989).
- Khoubnasabjafari, M., Ansarin, K., Jouyban, A. Reliability of malondialdehyde as a biomarker of oxidative stress in psychological disorders. BioImpacts. 5 (3), 123-127 (2015).
- Khoubnasabjafari, M., Ansarin, K., Jouyban, A. Comments Concerning “Comparison of Airway and Systemic Malondialdehyde Levels for Assessment of Oxidative Stress in Cystic Fibrosis”. Lung. 193 (5), 867-868 (2015).
- Khoubnasabjafari, M., Ansarin, K., Vaez-Gharamaleki, J., Jouyban, A. Comments on “Salivary 8-hydroxy-2-deoxyguanosine, malondialdehyde, vitamin C, and vitamin E in oral pre-cancer and cancer: diagnostic value and free radical mechanism of action”. Clinical Oral Investigations. 20 (2), 395-396 (2016).
- Khoubnasabjafari, M., Ansarin, K., Jouyban, A. Comments on “An Investigation into the Serum Thioredoxin Superoxide Dismutase, Malondialdehyde, and Advanced Oxidation Protein Products in Patients with Breast Cancer”. Annals of Surgical Oncology. 24, 573-576 (2017).
- Azizi, S., et al. Effects of analytical procedures on the repeatability of malondialdehyde determinations in biological samples. Pharmaceutical Sciences. 23 (3), 193-197 (2017).
- Azizi, S., et al. A possible reason for the low reproducibility of malondialdehyde determinations in biological samples. Bioanalysis. 8 (21), 2179-2181 (2016).
- Wasowicz, W., Neve, J., Peretz, A. Optimized steps in fluorometric determination of thiobarbituric acid- reactive substances in serum: Importance of extraction pH and influence of sample preservation and storage. Clinical Chemistry. 39 (12), 2522-2526 (1993).
- Jentzsch, A. M., Bachmann, H., Fürst, P., Biesalski, H. K. Improved analysis of malondialdehyde in human body fluids. Free Radical Biology and Medicine. 20 (2), 251-256 (1996).
- Buege, J. A., Aust, S. D. Microsomal lipid peroxidation. Methods in Enzymology. 52, 302-310 (1978).
- Gutteridge, J. M. C. Free-Radical Damage to Lipids, Amino-Acids, Carbohydrates and Nucleic-Acids Determined by Thiobarbituric Acid Reactivity. International Journal of Biochemistry. 14 (7), 649-653 (1982).
- Khoubnasabjafari, M., Ansarin, K., Jouyban, A. Salivary malondialdehyde as an oxidative stress biomarker in oral and systemic diseases. J Dent Res Dent Clin Dent Prospects. 10 (2), 71-74 (2016).
- Halliwell, B., Whiteman, M. Measuring reactive species and oxidative damage in vivo and in cell culture: How should you do it and what do the results mean. British Journal of Pharmacology. 142 (2), 231-255 (2004).
- Lee, R., et al. Evaluating oxidative stress in human cardiovascular disease: methodological aspects and considerations. Current medicinal chemistry. 19 (16), 2504-2520 (2012).
- Morel, D. W., Hessler, J. R., Chisolm, G. M. Low density lipoprotein cytotoxicity induced by free radical peroxidation of lipid. Journal of Lipid Research. 24 (8), 1070-1076 (1983).
- Guzmán-Chozas, M., Vicario-Romero, I. M., Guillén-Sans, R. 2-thiobarbituric acid test for lipid oxidation in food: Synthesis and spectroscopic study of 2-thiobarbituric acid-malonaldehyde adduct. Journal of the American Oil Chemists Society. 75 (12), 1711-1715 (1998).
- Shibata, T., et al. Identification of a lipid peroxidation product as a potential trigger of the p53 pathway. Journal of Biological Chemistry. 28 (2), 1196-1204 (2006).
- Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., Crouch, S. R. Sampling, standardization, and calibration. Fundamentals of Analytical Chemistry. 9th ed. , 153-196 (2014).
- Skoog, D. A., Holler, F. J., Crouch, S. R. Introduction. Principles of Instrumental Analysis. 6th ed. , 1-24 (2007).
- Seibig, S., Van Eldik, R. Kinetics of [FeII(edta)] Oxidation by Molecular Oxygen Revisited. New Evidence for a Multistep Mechanism. Inorganic Chemistry. 36 (18), 4115-4120 (1997).
- Jeffs, J. W., et al. Delta-S-Cys-Albumin: A Lab Test that Quantifies Cumulative Exposure of Archived Human Blood Plasma and Serum Samples to Thawed Conditions. Molecular & Cellular Proteomics. 18 (10), 2121-2137 (2019).
- Yagi, K., Armstrong, D. Simple Assay for the Level of Total Lipid Peroxides in Serum or Plasma. Free Radical and Antioxidant Protocols. Methods in Molecular Biology. , 101-106 (1998).
- Bernheim, F., Bernheim, M. L. C., Wilbur, K. M. The reaction between thiobarbituric acid and the oxidation products of certain lipides. Journal of Biological Chemistry. 174 (1), 257-264 (1948).
- Wilbur, K. M., Bernheim, F., Shapiro, O. W. The thiobarbituric acid reagent as a test for the oxidation of unsaturated fatty acids by various agents. Archives of Biochemistry. 24 (2), 305-313 (1949).
- Kwon, T. W., Watts, B. M. Determination of malonaldehyde by ultraviolet spectrophotometry. Journal of Food Science. 28 (6), 627-630 (1963).
- Esterbauer, H., Schaur, F. J., Zollner, H. Chemistry and biochemistry of 4-hydroxynonenal, malonaldehyde and related aldehydes. Free Radical Biology & Medicine. 11 (1), 81-128 (1991).
- Dalle-Donne, I., Rossi, R., Colombo, R., Giustarini, D., Milzani, A. Biomarkers of oxidative damage in human disease. Clinical Chemistry. 52 (4), 601-623 (2006).
- Jentzsch, A. M., Bachmann, H., Fürst, P., Biesalski, H. K. Improved analysis of malondialdehyde in human body fluids. Free Radical Biology and Medicine. 20 (2), 251-256 (1996).
- Jo, C., Ahn, D. U. Fluorometric Analysis of 2-Thiobarbituric Acid Reactive Substances in Turkey. Poultry Science. 77 (3), 475-480 (1998).
- Tsikas, D., et al. Development, validation and biomedical applications of stable-isotope dilution GC-MS and GC-MS/MS techniques for circulating malondialdehyde (MDA) after pentafluorobenzyl bromide derivatization: MDA as a biomarker of oxidative stress and its relation to 15(S)-8-iso-prostaglandin F2α and nitric oxide (NO). Journal of Chromatography. B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 1019, 95-111 (2016).
- Barden, A. E., Mas, E., Croft, K. D., Phillips, M., Mori, T. A. Minimizing artifactual elevation of lipid peroxidation products (F 2-isoprostanes) in plasma during collection and storage. Analytical Biochemistry. 449 (1), 129-131 (2014).
- Jeffs, J. W., Ferdosi, S., Yassine, H. N., Borges, C. R. Ex vivo instability of glycated albumin: A role for autoxidative glycation. Archives of Biochemistry and Biophysics. 629, 36-42 (2017).
- Lee, D. M. Malondialdehyde in Stored Plasma. Biochemical and Biophysical Research Communications. 95 (4), 1663-1672 (1980).
- Tsikas, D., et al. Simultaneous GC-MS/MS measurement of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal in human plasma: Effects of long-term L-arginine administration. Analytical Biochemistry. 524, 31-44 (2017).
