中科院1区-JPA：代谢组学阐明中药十八反中甘遂和甘草的相互作用

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研究背景

草药配伍作为中药的基本特征，在中药现代化研究中具有重要意义。不当的配伍可能带来严重毒副作用。甘遂和甘草是中药配伍十八反代表之一。前期研究发现甘遂：甘草的比例在2：1和1：1之间被认为是剂量-毒效的拐点。甘遂与甘草的相容和不相容随配伍比例和剂量的不同而发生变化，其潜在机制尚不清楚。

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研究概述

使用不同剂量的甘遂、甘草单用和联合作用于恶性胸腔积液（malignant pleural effusion，MPE）模型大鼠，行组织病理学染色观察药物疗效和副作用，并行血液和心肝肾代谢组学，筛选差异代谢物。然后，根据这些差异代谢物的倍数变化（FC），构建相互作用的代谢热图，找出和甘遂甘草药物协同和拮抗有关的生物标志物，最后通过检测它们所在通路的相关酶和细胞因子水平进行验证（图1）。

图1 研究概述图

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研究方法与结果

作者首先构建了MPE大鼠模型，使用甘遂和甘草按下表剂量对模型鼠给予灌胃干预。后收集血浆和心肝肾组织进行下一步检测（表1）。

表1 不同组的药物剂量和比例

对各组心、肝和肾组织做苏木精伊红染色。模型组可观察到心、肝和肾明显病理改变，甘遂：甘草4：1组肝和肾病理改变减轻，而甘遂：甘草1：4组心、肝和肾损伤加重（图2）。

图2 心、肝和肾组织的病理组织学显微照片

应用UPLC-Q-TOF/MS检测血浆的整体代谢谱，主成分分析（PCA）将对照组和模型组很好区分开来。对代谢数据进行归一化后，作S-plot和V-plot，从中可以看出，模型组与对照组的代谢物有显著差异。有监督的PLS-DA分析显示，与对照组相比，治疗组的血浆代谢特征差异更大。可以看出甘遂组和甘遂：甘草4：1组能将MPE大鼠的代谢异常调节靠近正常状态，而甘遂：甘草1：4组疗效相反（图3）。

图3 血浆代谢数据PCA得分图，S-plot、V-plot 以及PLS-DA得分图

同样的程序用于心、肝和肾组织的代谢谱分析。对照组和模型组的PCA评分图显示，两组分离良好，潜在的生物标志物可从S-plot和V-plot中提取出来。进行PLS-DA评分展示了7个组代谢物的分布倾向（图4）。

图4 心、肝、肾代谢数据PCA得分图、S-plot以及PLS-DA得分图

计算各组代谢物的倍数变化（FC）和相关倍数变化（RFC）使用Multi-experiment Viewer绘制各组间代谢物变化趋势的热图。模型组所在列的红色代表被上调，绿色代表被下调的代谢物；甘遂：甘草4：1-甘遂-甘草1)/模型组中，红色和绿色均代表导致增效的相容性生物标志物；甘遂：甘草1：4-甘遂-甘草2)/模型组中，红色和绿色均代表导致减效的不相容性生物标志物。一共鉴定出29种相容代谢物和48种不相容的代谢物（图5）。

 图5 各组代谢物的倍数变化热图

将上述标志性代谢物导入MetaboAnalyst构建代谢通路。提取-log(p) value>2和impact value >0.1作为重要代谢通路。实验结果显示，参与MPE组的有6条重要通路，甘遂：甘草4：1组有5条主要通路，可能与药物配伍适当有关。甘遂：甘草1：4与7条重要代谢通路相关，这可能与草药配伍不当有关（图6）。

图6 MPE和甘遂-甘草4：1和1：4组的通路分析

从以上关键通路中选择3条，测定各组样本中这些通路上的细胞因子和酶的水平。实验结果显示，甘遂：甘草4：1组的表达水平接近于正常组，甘遂：甘草1：4组水平接近于模型组（图7）。

图7.通路相关细胞因子和酶的表达

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总结

本文研究了MPE大鼠的代谢变化，并通过比较代谢组学的方法阐明了甘遂与甘草可能的配伍与不配伍机制。创建了具有相对倍数变化的交互式热图，以提高探索草药相互作用的复杂代谢组学数据的能力。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jpha.2019.05.005

转自：“如沐风科研”微信公众号

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