脑络欣通汤中天然纳米颗粒的分离、表征及其脑保护作用研究

Isolation and Characterization of Natural Nanoparticles in Naoluo Xintong Decoction and Their Brain Protection Research.

作者信息Guodong Zhao, Lu Hong, Mingming Liu, Huihui Jiang, Daiyin Peng, Ling He, Weidong Chen
PMID35268609
期刊Molecules
发布时间2022-02-23
DOI10.3390/molecules27051511

实验完整度

包含纳米颗粒分离表征(粒径、电位、TEM/SEM、红外、UPLC-Q-TOF-MS)和MCAO大鼠模型体内功能验证(神经功能评分、梗死体积、HE染色、氧化应激、凋亡及Western blot机制验证)。

主要模型

MCAO大鼠模型(雄性Sprague-Dawley大鼠) 脑络欣通汤剂中的天然纳米颗粒

重点核对

透析时间(10小时与12小时) 脑络欣通给药剂量(8.54 g/kg) 纳米颗粒给药剂量(81.15 mg/kg) MCAO手术造模及神经功能评分(Garcia评分1-2分) 给药方式:灌胃,每日两次,持续7天

摘要

目前,研究者们以物理药学的独特视角,利用现代分析技术分析中药(TCM)的相组成,发现汤剂中普遍存在天然纳米颗粒。本研究旨在分离并表征脑络欣通(NLXT)中纳米颗粒的结构和组成,并研究NLXT的脑保护作用是否与NLXT-纳米颗粒(NLXT-NPs)密切相关。首先,采用透析-离心法分离纳米颗粒,然后对其粒径分布、电位和形态进行表征。此外,利用红外光谱和超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)技术分析纳米颗粒的组成。在药效学实验中,将Sprague Dawley(SD)大鼠随机分为假手术组、大脑中动脉闭塞(MCAO)模型组、NLXT组、去除纳米颗粒的NLXT(NLXT-RN)组、NLXT-RN+纳米颗粒(NLXT-RN+NPs)组和NLXT-NPs组。给药后,测定神经功能、组织病理学变化、氧化应激和细胞凋亡水平。我们的研究表明,NLXT-NPs主要由多糖、蛋白质和皂苷组成,具有典型的200纳米尺寸和负电荷特征。NLXT可改善神经功能、减轻氧化应激、抑制细胞凋亡。然而,去除纳米颗粒可显著降低NLXT的脑保护作用,这表明NLXT-NPs在NLXT的药效中发挥重要作用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
脑络欣通汤中的天然纳米颗粒(NLXT-NPs)的结构和组成是什么?NLXT的脑保护作用是否与NLXT-NPs密切相关?
核心机制
NLXT-NPs通过调节氧化应激(增强SOD和GSH-Px活性,降低MDA水平)和抑制细胞凋亡(调节Caspase-3/9和Bax/Bcl-2信号通路)来发挥脑保护作用。
主要证据
通过透析-离心法分离NLXT-NPs,并利用动态光散射、TEM/SEM、红外光谱和UPLC-Q-TOF-MS表征其粒径约200 nm、表面负电荷、主要由多糖、蛋白质和皂苷组成;在MCAO大鼠模型中,NLXT可改善神经功能、减少脑梗死体积、减轻组织损伤、调节氧化应激和抑制凋亡,而去除纳米颗粒(NLXT-RN组)后这些保护作用显著减弱,但补充纳米颗粒(NLXT-RN+NPs组)可恢复。
研究意义
研究发现NLXT-NPs是NLXT药效的重要物质基础,为中药复方药效物质基础研究提供了新方向,补充了中药配伍理论。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

纳米颗粒的分离与制备

从脑络欣通汤剂中分离出天然纳米颗粒(NLXT-NPs),并制备去除纳米颗粒的NLXT(NLXT-RN)和补充纳米颗粒的NLXT(NLXT-RN+NPs)以用于后续研究。

采用高速离心结合透析的方法分离NLXT-NPs。具体为:NLXT经3500 rpm离心10 min去除药渣,旋转蒸发浓缩至1.0 g·mL⁻¹,上清液过滤后以13,000 rpm离心30 min去除微米颗粒,取40 mL上清液加入透析袋(3500 Da),在600 r·min⁻¹磁力搅拌下用2000 mL去离子水透析10 h(每2小时更换外液),收集外液浓缩得到NLXT-RN,透析袋内液冻干得到NLXT-NPs冻干粉,按产量(0.19%±0.01%)将76.0 mg冻干粉加入NLXT-RN溶液中,37 °C水浴磁力搅拌1 h得到NLXT-RN+NPs。

2

纳米颗粒的物理化学表征

表征NLXT-NPs的粒径分布、表面电荷、形态、化学组成和结构特征。

使用激光粒度分析仪测量粒径和Zeta电位;TEM和SEM观察形态;红外光谱分析结构特征;苯酚-硫酸法和考马斯亮蓝法测定多糖和蛋白质含量;UPLC-Q-TOF-MS分析化学成分,并通过MS/MS对人参皂苷Rg1、Rb1和黄芪甲苷IV进行裂解规律解析。

3

MCAO大鼠模型构建及给药

建立缺血性脑卒中大鼠模型,模拟临床缺血性脑卒中,用于评估NLXT及其纳米颗粒相关制剂的脑保护作用。

雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠(220~240 g)随机分为6组:假手术组、MCAO模型组、NLXT组(8.54 g/kg)、NLXT-RN组(8.54 g/kg)、NLXT-RN+NPs组(8.54 g/kg)、NLXT-NPs组(81.15 mg/kg)。采用线栓法构建MCAO模型:3%戊巴比妥钠腹腔麻醉,分离左侧颈总动脉、颈外动脉和颈内动脉,插入线栓阻塞大脑中动脉,2小时后拔出线栓再灌注。假手术组仅分离血管,不插入线栓。造模后根据Garcia评分选择1-2分的大鼠,各给药组每日灌胃两次,连续7天;假手术组和模型组给予生理盐水(1 mL/100 g)。

4

神经功能评分和脑梗死体积评估

评估各组大鼠神经功能缺损程度和脑组织梗死情况,以判断药物对脑损伤的改善作用。

给药结束后,根据自主运动、姿势对称性、前肢伸展、爬行、触觉反射和胡须触觉反射进行神经功能评分(NFS)。然后处死大鼠,取脑,于−20 °C冷冻30 min后切片,用2% TTC染色,4%多聚甲醛固定后拍照,通过Image J软件计算脑梗死体积百分比。

5

脑组织病理学检查

观察大脑皮层组织的病理学变化,评估各组大鼠脑组织损伤程度及药物干预的改善效果。

脑组织经脱水、石蜡包埋、切片后,用苏木精染色5分钟、1%水溶性伊红染色液染色2分钟,进行HE染色,然后在200倍视野下用倒置显微镜拍照观察。

6

氧化应激水平检测

评估各组大鼠脑组织中氧化应激水平的变化,以反映药物的抗氧化作用。

使用相应试剂盒测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和丙二醛(MDA)含量,按制造商说明书操作,用酶标仪在450 nm(SOD)、532 nm(MDA)或422 nm(GSH-Px)处测定吸光度。

7

细胞凋亡检测

评估各组大鼠脑组织中细胞凋亡水平,并检测凋亡相关蛋白Caspase-3/9的表达。

通过心脏灌注后取脑、固定、脱水、切片,进行TUNEL染色,在200倍镜下观察并计算凋亡率;同时使用相应试剂盒测定Caspase-3和Caspase-9的水平。

8

Western blot检测Bax/Bcl-2蛋白表达

检测凋亡信号通路Bax/Bcl-2蛋白表达水平,以阐明NLXT及其纳米颗粒制剂抗凋亡的分子机制。

取梗死区域皮层组织约100 mg,液氮研磨后加入含有PMSF的RIPA裂解液(比例100:1),冰上裂解1 h,4 °C、12,000 rpm离心10 min,取上清,加入上样缓冲液,100 °C加热10 min变性。BCA法测定蛋白浓度,取40 µg蛋白/泳道进行10% SDS-PAGE电泳,转至PVDF膜,用5%脱脂牛奶室温封闭2 h,孵育一抗(Bcl-2、Bax、β-actin)4 °C过夜,洗涤后孵育二抗(1:3000)室温2 h,用ECL化学发光试剂盒显影,通过ImageJ软件定量,以β-actin作为内参。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
黄芪饮片(批号:200601)--200601
川芎饮片(批号:200601)--200601
三七根及根茎饮片(批号:200601)--200601
天麻饮片(批号:200601)--200601
蜈蚣(批号:160801)--160801
当归饮片(批号:200601)--200601
红花饮片(批号:200601)--200601
Bcl-2抗体(货号:bsm-33047M)Biossbsm-33047M
Bax抗体(货号:bsm-33283M)Biossbsm-33283M
β-actin抗体(货号:bsm-33036M)Biossbsm-33036M
SOD ELISA试剂盒(货号:A001-3-2)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA001-3-2
MDA ELISA试剂盒(货号:A003-1-2)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-1-2
GSH-Px ELISA试剂盒(货号:A005-1-2)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA005-1-2
Caspase-3 ELISA试剂盒(货号:G015-1-3)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteG015-1-3
Caspase-9 ELISA试剂盒(货号:G018-1-3)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteG018-1-3
TUNEL凋亡检测试剂盒(货号:G002-1-2)Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteG002-1-2
ZEN 3690激光散射粒度分析仪Malvern Panalytical--
透射电子显微镜HT7700Hitachi--
扫描电子显微镜Regulus8100Hitachi--
Waters AcquityTM超高效液相色谱系统Waters Corporation--
Waters ACQUITY-CSH-C18色谱柱(2.1 mm × 100 mm, 1.7 μm)Waters Corporation--
Waters Xevo G2 Q/TOF质谱仪Waters Corporation--
TTC(货号:RS4130)G-cloneRS4130
酶标仪Multiskan SpectrumThermo Fisher--
RIPA裂解液Servicebio--
BCA蛋白定量试剂盒Servicebio--
PVDF膜Servicebio--
Tris缓冲液含0.2% Tween-20Servicebio--
ECL化学发光试剂盒Servicebio--
超灵敏多功能成像仪Amersham Image 600Amersham--
SPSS 23----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
纳米颗粒分离条件
透析时间(10小时 vs 12小时)对纳米颗粒形态和组分的影响;离心转速和时间;透析袋截留分子量(3500 Da)。
阅读提示:见4.3节及2.1节图1C、D
MCAO模型构建
大鼠品系、性别、体重(雄性SD大鼠,220-240g);麻醉方式(3%戊巴比妥钠1 mL/100g);线栓插入深度;缺血2小时再灌注。
阅读提示:见4.7节
给药方案
给药剂量(NLXT相关组8.54 g/kg,NLXT-NPs组81.15 mg/kg);给药频次(每日两次,持续7天);给药途径(灌胃)。
阅读提示:见4.7节
神经功能评分及梗死体积
Garcia评分标准;TTC染色时间(30 min)和温度(37°C);固定条件(4%多聚甲醛4°C 24h);梗死体积计算方法(ImageJ)。
阅读提示:见4.8节及表1
氧化应激检测
SOD、MDA、GSH-Px的检测波长(450nm、532nm、422nm);试剂盒货号。
阅读提示:见4.10节
凋亡及通路蛋白检测
TUNEL染色步骤;Caspase-3/9检测;Western blot上样量(40 µg);抗体稀释比例;内参(β-actin)。
阅读提示:见4.11、4.12节