2. 浙江省医学科学院安全性评价研究中心,浙江 杭州 310013
温成平(1972- ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向:中医防治风湿性免疫疾病,E-mail:wengcp@163.com
2. Safety Evaluation Research Center,Zhejiang Academy of Medical Sciences,Hangzhou 310013,China
药对是中药配伍形式中的一种,从某种角度上讲,药对的配伍与应用具有特别的意义。所谓中药药对又称对药、对子药、姐妹药,专指临床上常用的相对固定的两味药物的配伍形式,是中药配伍中的最小单位[1]。由于研究单味药难以反映出其在复方中的真实作用,而复方由于药味多,作用关系复杂,对其研究也难以得出准确结论。“药对”作为药配伍中的雏形,对其研究恰好可以弥补上述不足。复方中的核心药对,在中药理论中具有相互增效并调和药性,引药归经的作用。
系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种自身免疫性疾病。研究认为,SLE 的发生主要由于先天肾阴亏虚,以致五脏之精生化乏源,形成以阴虚内热为本的狼疮体质[2]。根据病因病机特点,结合症状分析,及古代医家选方用药特点,辨证论治,范永升等[3]确立了解毒祛瘀滋阴疗法,按照以法制方的原则,通过处方、药物筛选及临床经验,确立解毒祛瘀滋阴方,青蒿、鳖甲为该方的核心组分,两药相配,有“青蒿不能直入阴分,有鳖甲领之入也;鳖甲不能独出阳分,青蒿领之出也”之妙。
代谢组学借助高通量、高灵敏度与高精确度的现代技术,分析生物样本如血液、尿液中的内源性代谢物,可以根据代谢物的变化,发现生物标志物,阐明药物作用的整体效应,包括协同作用,其思想具有与中医理论整体观念相一致的特点。作为系统生物学的重要组成部分,代谢组学已被广泛应用于各类复杂疾病的作用机制研究[4]。其中,超高效液相质谱联用(UPLC/Q-TOFMS)是目前用于分析的一种强有力的方法[5]。本实验拟选择解毒祛瘀滋阴方中的青蒿、鳖甲作为药对配伍,应用代谢组学技术研究其干预狼疮鼠后血清代谢标志物的变化规律,筛选、鉴定与疾病相关的代谢标记物,探讨青蒿-鳖甲药对对SLE的治疗机制。
1 材料 1.1 实验动物2月龄C57BL/6 小鼠12 只,MRL/lpr 狼疮鼠36只,由上海斯莱克实验动物有限责任公司提供,实验动物生产许可证号: SCXK(沪) 2012-0002,实验用基础饲料由浙江中医药大学动物实验中心提供[6]。
1.2 实验药品与试剂青蒿、鳖甲生药材由浙江中医药大学饮片厂提供。青蒿鳖甲提取液由浙江中医药大学附属医院制剂室制备(浓度:含生药量0.5 g每毫升),-20℃保存备用[6]。甲酸(分析纯,阿拉丁公司),甲醇(色谱级,美国Tedia 公司),乙腈(色谱级,美国Tedia公司),质谱参比液和校准液为美国安捷伦公司所提供。
1.3 实验仪器1260 infinity 高效液相色谱仪,Eclipse Plus C18色谱柱,Agilent 6520 Q-TOF /MS 质谱系统,均购自美国Agilent公司;Centrifuge 5417R 高速冷冻离心机(德国,Eppendorf 公司);Milli-Q Biocel 纯水仪(美国,Millipore 公司);Mass Hunter 软件(美国,Agilent Technologies 公司);Mass Profiler Professional(MPP) 软件(美国,Agilent Technologies 公司)。
2 方法 2.1 动物实验36只MRL/lpr小鼠♀,12只C57BL/6小鼠♀,由浙江中医药大学动物实验中心饲养(SPF级)。适应性喂养1 周后,分为对照组(C57BL/6小鼠)、模型组及青蒿-鳖甲治疗组(低、高剂量)。对照组及模型组每日灌胃生理盐水1次,每只0.5 mL。低、高剂量组以相当于正常成人每日用量5、10倍剂量给药,分别为0.1、0.2 mL·(10 g)-1(水煎液),每日1次,连续饲养用药2个月。采血前小鼠禁食12 h,眼球取血,收集血液3 000 r·min-1离心15 min,分离血清,-80 ℃保存备用[6]。
2.2 血清样本前处理血清样本在室温下解冻后,离心后取出100 μL,加入300 μL 乙腈沉淀蛋白[7],涡旋震荡 1 min,静置 10 min,然后4℃低温高速离心10 min (12 000 r·min-1),400 μL 血清样品用0.22 μm微孔滤膜过滤,弃去初始滤液,样品即可进行液相质谱分析。从4个实验组样本中抽取等体积血清混合制成质控样本,前处理方法与待测样本相同。
2.3 色谱条件与质谱条件依据本实验室前期建立的条件进行优化,最终确定的色谱条件:流动相A为0.1%甲酸水溶液,B为0.1%甲酸乙腈溶液,采用梯度洗脱(0~2 min,20% B;2~13 min,20%~75% B;13~18 min,75%~85% B;18~25 min,85%~95% B),后运行时间为 5 min。自动进样器温度为4 ℃,柱温为 35 ℃。
对质谱系统进行优化,优化后的主要参数是:采用电喷雾离子源 ESI 正离子模式。扫描范围m/z 50~1 000,干燥气为N2,干燥气温度为350 ℃,正离子模式毛细管电压分别为4 000 V,碎裂电压为170 V,锥孔电压为65 V,雾化器压力为275.8 kPa。使用 Centroid 模式保存质谱数据,数据采集速率为 2 spectrum·s-1。数据采集过程中,参比液实时监测校准质谱系统。二级质谱数据采集时,碰撞能分别设置为 40 eV,二级质谱采集速率为 2 spectrum·s-1[8]。
2.4 数据处理使用Agilent Mass Hunter 分析软件中分子特征提取 (molecular feature extraction,MFE)处理代谢物信息。提取离子丰度阈值为 200,基峰丰度阈值为1 000,正离子模式加和离子种类为[M+H]+。提取后代谢物信息包括保留时间、精确质量数和丰度,将提取后的数据转存为CEF格式文件,利用 MPP 软件进行数据预处理。使用PLS-DA的载荷图筛选出对分类贡献较大的化合物,进一步通过VIP(variable importance in projection)值(>1.5)确定生物标志物,利用方差分析对数据进行统计学分析。利用PLS-DA对数据矩阵进行模式识别。根据精确的质量数和二级质谱图,利用METLIN、HMDB和PubChem等数据库鉴定潜在标记物。
3 结果 3.1 LC-MS分析如Fig1所示,实验得到各组血清样本的TIC图之间存在一定差异。为保证数据的可靠性,在采集过程中,每间隔8个样本进样一次质控样本,以监测系统的稳定性。分析质控样本的TIC 图,分保留时间(前、中、后),采用5个特征峰的离子精确质量、保留时间和峰面积数据。结果显示,所选特征峰的保留时间偏移<0.01 min,各个峰面积RSD<10%,精确质量的数漂移值小于2 ppm。由此可见,在血清样本数据采集过程中,系统稳定,采集数据可靠。
3.2 数据分析对4组小鼠的代谢图谱进行PCA主成分分析(Fig2),发现SLE模型组和对照组明显地分离,说明2 组小鼠血清中代谢物种类或者数量上存在一定差异。在此基础上,我们进一步采用PLS-DA对各组数据进行分型,由得分图结果可以看出(Fig3),SLE组较对照组有明显的向左偏移。青蒿-鳖甲配伍治疗后,代谢图谱偏移得到有效的缓解,治疗组与对照组在得分图中趋于靠近,表明代谢产物差异相对减小,说明青蒿-鳖甲药对配伍对SLE小鼠有治疗作用。
3.3 差异代谢物的鉴定
根据差异代谢物的精确相对分子质量和二级质谱图,鉴定差异代谢物。其中10种差异代谢物得到鉴定(Tab1),各个差异代谢物在各组中的峰面积变化如Fig4所示。
3.4 代谢物变化趋势血清中代谢物的变化趋势反映了机体代谢变化,SLE发病或药物干预都可能会引起正常代谢图谱的改变。对照组和SLE模型组的PLS-DA分析,鉴定出10个SLE的代谢标记物(Tab1),分析这些代谢标记物在给药前后相对含量的变化(Fig4),发现在SLE模型组中代谢标记物含量与对照组相比差异有显著性(P<0.05),说明SLE对小鼠血清中代谢物含量有较大的影响。
VIP | m/z | tR | Ion form | Name |
1.95083 | 518.3164 | 9.41 | M+Na | PC(16:0/0:0)[U]/PC(16:0/0:0)[rac] |
2.05551 | 482.3527 | 12.62 | M+H | Lyso-PAF C-16 |
1.93244 | 510.3478 | 13.53 | M+H | L-α-Lysophosphatidylcholine |
1.99001 | 524.3644 | 15.24 | M+H | enantio-PAF C-16 |
1.98764 | 510.384 | 16.16 | M+H | UNC0638 |
1.80418 | 257.2402 | 21.99 | M+H | Isopalmitic acid |
1.968773 | 232.1468 | 0.95 | M+H | Butyryl-L-carnitine |
1.790383 | 333.1988 | 6.28 | M+H | PGB3 |
1.867661 | 478.3215 | 11.87 | M+Na | (Z)-2-tetracos-15-enamido ethanesulfonic acid |
1.941211 | 279.2243 | 17.73 | M+H | α-Linolenic acid |
青蒿-鳖甲药对治疗组小鼠代谢标记物中,血小板活化因子(Lyso-PAF C-16,enantio-PAF C-16)、L-α-溶血卵磷脂(L-α-Lyso phosphatidylcholine)、G9a/GLP组蛋白甲基转移酶抑制剂(UNC0638)、L-丁酰基肉碱(Butyryl-L-carnitine,C4)、前列腺素B3(PGB3)和乙烷磺酸[(Z)-2-tetracos-15-enamido ethanesulfonic acid]较SLE模型组含量差异有显著性(P<0.05),代谢标记物含量回调作用明显。这些代谢标记物含量的回调,体现了青蒿-鳖甲药对配伍对SLE模型小鼠疾病代谢的调节作用。
4 讨论正常组小鼠、模型狼疮鼠及给药组狼疮鼠的血清经过PCA和PLS-DA分析,结合图谱表明,与模型组相比,青蒿-鳖甲治疗组可以降低狼疮鼠体内L-α-溶血卵磷脂(溶血磷脂1,LPC)的含量。溶血磷脂是磷脂的降解产物,由于最常用的磷脂为卵磷脂,因而溶血磷脂一般是指LPC,其具有高度细胞毒性,可破坏细胞膜的磷脂层。体内卵磷脂代谢产生LPC的过程由磷脂酶A1和磷脂酶A2催化。磷脂酶A2可催化甘油磷脂的第2位酯键断裂,生成溶血磷脂1,即L-α-溶血卵磷脂。磷脂酶A2参与自身免疫病的病理损伤过程,它又与自由基的产生密切相关。有研究表明,SLE 患者体内磷脂酶A2活性较正常人升高,且活动期较非活动期增高,可能的机制为磷脂酶A2水解膜磷脂产生的LPC及其代谢产物,产生多器官损害[9, 10]。本研究结果显示,模型组血清中LPC含量较正常组明显升高,结合以上观点,可以判断与SLE疾病的发展有密切关系,青蒿-鳖甲治疗组干预后LPC水平明显下调,说明该药对的干预可以减弱LPC对细胞的毒性作用和对器官的损害,有助于SLE疾病的缓解和治疗。
补体系统是机体免疫应答过程中的一个重要的效应系统,具有溶病毒、溶细胞、溶菌等免疫调节作用,并有清除免疫复合物以及炎症介质作用。C4是补体经典激活途径的一个重要组分。补体的各组分在不同激活物的作用下,可循经典途径或替代途径被顺序活化,参与机体的特异性和非特异性效应机制;同时,补体活化也可能导致对机体组织的损伤。研究发现,补体异常与SLE疾病的发生发展有密切的关系。无论临床观察还是动物实验均证实,补体成分在SLE发病中的作用具有双重性,一方面补体蛋白缺陷或水平低下个体易患SLE,补体的存在对抵抗SLE的发生提供一定的保护作用;另一方面,补体活化的直接作用和对免疫细胞功能的影响可加重SLE的病理损害,影响SLE病程的发展和临床表现[11]。本研究结果表明,模型组小鼠C4表达水平升高,C4含量升高常见于风湿热的急性期。经典理论认为,自身抗原和抗体结合形成免疫复合物,进而激活补体,造成炎症反应和组织损伤。提示可能与狼疮鼠急性期炎症相关,而青蒿-鳖甲治疗组尤其是高剂量组明显降低了C4的含量,提示青蒿鳖甲药对可以改善SLE小鼠急性期的炎症反应,减少其病理损害。该结果进一步证实了我们前期的研究成果[6],发现青蒿-鳖甲药对能抑制小鼠血清中炎性因子IL-6 的分泌,明显降低血清中IFN-γ 的水平,从而减少了因自身免疫复合物的分泌而造成的病理性损害[12]。
血小板活化因子(platelet activating factor,PAF)主要由中性粒细胞、血小板和巨噬细胞等产生,是具有广泛生物活性的磷脂类递质,参与人体多种生理、病理过程。PAF需和PAF受体结合才能产生生物活性。SLE患者经常合并动、静脉血栓形成,是血栓栓塞性疾病的高危因素。2009年,美国研究1 930例SLE病例的结果显示,22%的SLE患者合并动、静脉血栓。SLE发生血栓性疾病的危险性是其它风湿性疾病的9.6倍[13, 14]。临床和实验证实,血栓形成的病理过程会伴有不同程度的血小板活化,活化的血小板释放出许多生物活性物质,这些活性物质可以使SLE 体内的免疫复合物沉积于小血管内膜、肾小球基底膜、关节等部位,激活补体引起炎症等[13]。且有报道研究发现,PAF水平与SLE疾病活动性指数相关,可作为评估SLE 病情活动性的指标之一[15]。本研究结果发现,高剂量药物治疗组可以明显降低Lyso-PAF C-16和enantio-PAF C-16的水平,因此推测青蒿-鳖甲干预后可以抑制PAF的活化,从而影响SLE血栓的发生发展。
由必需脂肪合成而来的前列腺素,可以使细胞对激素变得敏感。必需脂肪的缺乏,或者将必需脂肪转换成前列腺素的营养素(如维生素B3、维生素C和生物素等)的缺乏,都会造成与激素失调相关的症状。狼疮鼠模型组前列腺素B3(PGB3)与正常对照组相比明显降低,但药物组干预后PGB3水平明显升高,恢复正常,提示青蒿-鳖甲可以改善SLE引起的激素水平紊乱的状况。
综上所述,通过运用代谢组学技术鉴定疾病及用药后狼疮鼠血清差异代谢物,发现青蒿-鳖甲药对配伍作用后影响了体内一些疾病相关代谢物,尤其是脂质代谢和免疫相关因子,推测其可能为药物作用的关键靶点,为治疗SLE疾病复方的开发和进一步研究奠定了理论基础。
(致谢:本文实验在浙江中医药大学基础医学院中医临床基础研究所完成,在整个研究完成过程中得到了温成平教授、丁兴红教授、孔宏伟副研究员及谢志军副研究员的悉心指导和热忱帮助,在此深表谢意!)
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