基于斑马鱼模型结合网络药理学探究重楼肝毒性机制_李芝奇.pdf
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1、基金项目:国家科技重大专项();北京中医药大学新教师启动基金项目();北京中医药大学重点攻关项目()作者简介:李芝奇(.),女,博士研究生在读,研究方向:中药安全性评价及主要活性 毒性物质基础筛选,:.通信作者:赵崇军(.),男,博士,助理研究员,研究方向:中药安全性评价及主要活性 毒性物质基础筛选,:.;刘振权(.),男,博士,教授,博士研究生导师,研究方向:男科疾病的中西医结合临床与研究,:.;林瑞超(.),博士,教授,博士研究生导师,研究方向:中药品质评价,:.中药研究基于斑马鱼模型结合网络药理学探究重楼肝毒性机制李芝奇 陈美琳 郭思敏 范琦琦 林子力 钟鑫悦 蔡 琼 高睿涵 林瑞超 赵
2、崇军 刘振权(北京中医药大学中药品质评价北京市重点实验室,北京,)摘要 目的:重楼在中华人民共和国药典中记载为小毒,但其毒性机制尚未阐明。随着人们对中药安全性问题的重视,重楼的临床使用安全性及其机制也待明确,本文旨在阐明重楼提取物的肝毒性机制。方法:通过斑马鱼模式生物进行急性毒性验证,采用 斑马鱼暴露于重楼提取物中,后吖啶橙染色,组织病理切片证明其肝脏毒性。通过网络药理学及分子对接技术预测重楼肝毒性靶点,并采用实时聚合酶链反应()验证网络预测靶点及通路。结果:实验结果表明,重楼提取物暴露处理 斑马鱼 ,吖啶橙染色重楼水提物组及醇提物组在肝脏部分均会出现黄绿色荧光点,组织病理切片显示肝细胞排列紊
3、乱松散,出现细胞凋亡、空泡等现象,表明重楼具有肝脏毒性。网络药理学结果预测重楼肝毒性可能与细胞增殖的肉瘤基因()信号通路,能量代谢和信号转导相关的磷酸化磷脂酰肌醇 激酶()蛋白激酶()信号通路、丝裂原活化蛋白激酶()信号通路、酪氨酸激酶()信号转导与转录激活因子()信号通路相关,血管内皮生长因子()、血小板衍生生长因子受体()、鼠双微基因()、雷帕霉素靶蛋白()、原癌基因()、细胞淋巴瘤 样()、成纤维细胞生长因子()、白细胞介素()及 可能是重楼造成肝毒性核心靶点,实验结果验证了以上推测。结论:重楼可能影响肝细胞增殖、能量代谢等通路的信号转导,从而引起肝毒性。关键词 重楼;肝毒性;斑马鱼;网
4、络药理学;分子对接;验证;信号通路;信号通路 ,(,):,:(),():,(),(),()(),(),(),(),(),(),(),(),:,;世界中医药 年 月第 卷第 期;中图分类号:文献标识码:重楼为百合科植物云南重楼 .(.).或七叶 一 枝 花.(.)的干燥根茎。重楼具有清热解毒、消肿止痛、凉肝定惊的功效,常应用于疔疮痈肿,咽喉肿痛,蛇虫咬伤,跌扑伤痛,惊风抽搐。同时重楼也是成药云南白药、季德胜蛇药片的主要成分,这些药物在临床中普遍使用并发挥重要作用。中华人民共和国药典记载,重楼具有小毒,近年来,随着人们对于中药用药安全意识的不断增强,学者们也利用体外细胞实验相继验证了重楼的肝毒性,
5、但其机制尚未阐明。本研究利用网络药理学技术,结合各大数据库挖掘重楼肝毒性机制,并利用实时聚合酶链反应(,)等技术进行验证,为重楼的安全合理开发利用奠定基础。材料与方法.材料.动物正常 型斑马鱼(鱼龄约 个月,雌雄各半,亲本购于中国科学院水生生物研究所,由本实验室饲养繁殖,动物许可证号:(京)。水温.、光照周期为 光照 黑暗,每日喂食 次活体丰年虾。.药物重楼由云南白药集团股份有限公司提供,经北京中医药大学刘春生、林瑞超和李向日教授 鉴 定 为 .().的干燥块根。重楼水提物(称取重楼饮片 ,加入 蒸馏水浸泡,回流提取 ,过滤,隔水蒸发浓缩至浸膏状,冷冻干燥呈粉末状,阴凉处密封保存待用);重楼醇
6、提物(称取重楼饮片 ,加入 乙醇浸泡 ,回流提取,过滤,隔水蒸发浓缩至浸膏状,冷冻干燥呈粉末状,阴凉处密封保存待用)。.试剂与仪器 吖啶橙(上海源叶生物科技有限公司,货号:);提取试剂盒(公司,货号:),第一链合成试剂盒(天根生化科技(北京)有限公司,货号:;、均为分析纯(北京化工公司),试剂(,美国,货号:)。体式荧光显微镜(卡尔蔡司公司股份公司,德国,型号:);体式显微镜(卡尔蔡司公司股份公司,德国,型号:);斑马鱼养殖系统(北京爱生生物科 技 有 限 公 司,型 号:);酶 标 仪(公司,美国,型号:);微量分光光度计(,美国,型号:)。.网络药理学分析.重楼毒性成分的收集经过重楼相关文
7、献挖掘整理,收集已被证实的重楼化学成分,得到重楼的化学成分列表。基于(:)数据库确定重楼的化学结构,并下载其化学结构的 格式文件,通过 平台利用其 格式文件预测上述化合物的药代动力学参数,以肠胃吸收(,)为“”,且类药性预测(、)结果中有 个及 个以上为“”的准则为筛选标准,并结合前期研究进行补充,获得重楼的毒性成分。.毒性成分靶点的预测通过 数据库查找导出毒性成分的二维化学结构数据,获得毒性成分的标准 结构序列号,并将其 结构序列号输入 数据库(:)中分别进行不同毒性成分的靶点基因预测,筛选阈值 的所有靶点,得到重楼毒性成分的靶点信息。.肝损靶点的预测在 数据库以“”为关键词进行检索,以 值
8、中位数为标准,筛选 值大于中位数的靶点,获得肝损相关的靶点基因。将肝损靶点基因与毒性成分靶点基因进行比对,取交集作为重楼致肝毒性的潜在靶点基因,并绘制韦恩图表示。.重楼“毒性成分预测靶点”及致肝毒性“毒性成分潜在靶点”网络的构建 整理归纳所得成分靶点及疾病靶点对应信息,利用软件.及其“”工具构建重楼“毒性成分预测靶点”网络及重楼致肝毒性“毒性成分潜在靶点”网络,并对网络进行分析获取信息。.潜在靶点基因的蛋白质蛋白质相互作用网络的构建将重楼致肝毒性的潜在靶点基因导入 数据库(:.)中,在设定物种为人的前提下,导出分值 .的置信度区间的相互作用关系数据,在 .中构建潜在靶点的蛋白质蛋白质相互作用(
9、,)网络图。.基因本体富集分析和京都基因和基因组百科全书通路富集分析 分析重楼致肝毒性潜在靶点基因的功能及其在信号通路中的作用,从而进一步探讨重楼致肝毒性作用机制。通过来自信息网站(:)的 语言数据包“”“”及“”,以基因本体(,)数据库对靶点基因的生物过程(,)、分子功能(,)和细胞组分(,)进行功能注释并绘制富集结果每项排名前 的数据,以京都基因和基因组百科全书(,)数据库对靶点基因主要参与的生化代谢途径进行富集与关联性分析并绘制富集结果排名前 的数据,设定阈值为 .。以 分析结果中的显著通路数据信息,利用 .构建重楼致肝毒性的“毒性成分潜在靶点核心通路”网络图,对该网络进行拓扑学性质分析
10、,筛选聚焦重楼致肝毒性的核心成分及核心靶点。.分子对接.配体的准备将.中从 数据库下载的待对接成分结构 格式文件通过软件 转化为 格式文件,采用 .软件设置其可旋转的键及活动键时需要移动的最少的原子数目,输出 格式文件作为分子对接中的配体。.受体的准备从 数据库(:.)下载待对接靶点的 结构,首先对其结构进行预处理,去除水分子及磷酸根,然后采用 .软 件 对 其 进 行 计 算 电荷,添加氢原子,分离配体和受体,融合孤对电子等操作,输出 格式作为分子对接中的受体。.分子对接将受体与配体导入 .软件中获取相应毒性口袋,设置 坐标及大小,运行 脚本进行分子对接,得到其结合情况评估参数 值,并通过开
11、源软件 对其对接结果进行可视化。.方法.分组与模型制备随机选取受精后 (,)斑马鱼置于 孔板中,尾为 组,根据预实验结果,重楼水提物及重楼醇提物分别设置 最大非致死浓度(,)、的 个药物浓度组,同时设置空白鱼水处理作为空白对照组,每组设置 个复孔。.给药方法 精密称取重楼提取物.,加入 鱼水,超声至完全溶解,得到 溶液作为储备液。使用时用鱼水稀释成一系列浓度梯度供试液。将 的幼鱼暴露于不同浓度的供试液样品中,整个暴露过程在.恒温培养箱中进行,后统计各观察组斑马鱼死亡数目,计算斑马鱼死亡率。.检测指标与方法.致死曲线的建立及 的确定暴露过程中统计 不同剂量组斑马鱼死亡率,以药物浓度为横坐标,以斑
12、马鱼 死亡率为纵坐标,和 软件绘制“死亡率浓度”效应曲线并计算。.吖啶橙染色 吖啶橙染色液的配制方法:精密称取一定量的吖啶橙,加入适量鱼水,配制成.的染色液,并于 环境中避光保存。根据供试样品的量毒曲线,设置 、的 个药物浓度和对照组,按照“.”的给药方式进行暴露处理。在实验终点用磷酸盐缓冲液(,)清洗各暴露组幼鱼 次,加入 的吖啶橙染液,避光着色 。用 清洗后,将幼鱼侧位摆放于含有.甲基纤维素凝胶的载玻片上,于荧光显微镜下观察斑马鱼肝脏处的细胞凋亡情况。.病理切片为观察斑马鱼经药物处理后肝脏组织的病理学形态,按照“.”的方法进行暴露处理,在实验终点将 孔板中的斑马鱼幼鱼用 清洗,转入.离心管
13、中,将收集好的鱼体固定于 的多聚甲醛缓冲液中,然后进行脱水、透明处理,石蜡包埋,切成 的薄片,苏木精伊红染色法(,染色)进行染色,处理温度为室温,最后置于显微镜下观察。.肝脏面积 选取肝脏转基因斑马鱼()幼鱼为实验对象,根据供试样品的量毒曲线,设置 、个药物浓度组和对照组,按照“.”的给药方式进行暴露处理。暴露 后,去除药液,胚胎培养水清洗,然后将幼鱼侧位摆放于含有.的甲基纤维素凝胶的载玻片上,于显微镜下依次观察各暴露组和对照组中幼鱼世界中医药 年 月第 卷第 期的肝脏表型,在白光和荧光 种模式下分别进行拍照,然后使用显微镜软件()统计各组幼鱼的肝脏面积。.实验验证取在“.”暴露后的斑马鱼,加
14、入 试剂提取总 后,使用微量分光光度计测定 浓度和纯度。再用试剂盒逆转录为 后进行 测定,引物信息见表。.统计学方法 采用 统计软件进行数据分析,采用单因素方差分析,以 .为差异有统计学意义。研究结果.重楼的毒性成分经过文献挖掘整理及数据库预测分析后,从重楼 个主要化学成分中筛选出 个毒性成分,并对其依次进行编号。前期研究证明这 个成分具备一定毒性,且数据库预测所得生物利用度评分较高,皆.,其中薯蓣皂素、延龄草苷及偏诺皂苷的生物利用度水平较高,均为.。见表。.重楼“毒性成分预测靶点”网络的构建 重楼的 个毒性成分共预测出作用靶点 个,从而得到重楼“毒性成分预测靶点”网络图。见图。该网络图共有
15、个节点,条边,其中三角形节点代表重楼,六边形节点代表重楼毒性成分,圆形节点代表重楼毒性成分的预测靶点,边分别代表药物和毒性成分及毒性成分和靶点之间的对应关系。图中节点的大小与其度值成正比,而内部较大的深蓝色靶点如白细胞介素(,)、信号转导与转录激活因子(,)、血 小 板 活 化 因 子 受 体(,)等为重楼“毒性成分预测靶点”网络中度值大于 倍中位数即 的靶点。见表。可知该网络中 是所有预测靶点中度值最大的,为,度值 的靶点有、蛋白磷酸酶 催化亚基(,)、蛋白质磷酸酶 催化亚基(,)、蛋白磷酸酶 调节亚基(,)、依赖蛋白磷酸酶(,)和羟类固醇 脱氢酶(,)。表 引物设计基因前引()后引()表
16、重楼毒性成分编号成分生物利用度筛选标准薯蓣皂素().类药性五原则延龄草苷().类药性五原则纤细薯蓣皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究偏诺皂苷().类药性五原则重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究重楼皂苷().前期研究 ,表 重楼 的预测靶点基因度值白细胞介素(,)信号转导与转录激活因子(,)血小板活化因子受体(,)蛋白磷酸酶 催化亚基(,)蛋白质磷酸酶 催化亚基(,)蛋白磷酸酶 调节亚基(,)依赖蛋白磷酸酶(,)羟类固醇 脱氢酶(,)羟基类固醇 脱氢
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