苍术治疗急性肺损伤的治疗效果及机制:基于整合方法的研究

Therapeutic effects and mechanism of Atractylodis rhizoma in acute lung injury: Investigation based on an Integrated approach.

作者信息Kun Shi, Yan Wang, Yangxin Xiao, Jiyuan Tu, Zhongshi Zhou, Guosheng Cao, Yanju Liu
PMID37168993
发布时间2023-04-24
DOI10.3389/fphar.2023.1181951

实验完整度

包含动物模型(LPS诱导大鼠ALI)和多个验证层级(病理、炎症因子、WB、分子对接、代谢组学),并进行功能验证与机制验证。

主要模型

LPS诱导的SD大鼠急性肺损伤模型

重点核对

大鼠品系和体重:Sprague-Dawley (SD) 大鼠,130 ± 10 g EEAR给药剂量和途径:低剂量314.7 mg/kg,高剂量2517.4 mg/kg,灌胃给药,连续7天 LPS诱导剂量和途径:5 mg/kg,气管内滴注 对照组:地塞米松(Dex)5 mg/kg,灌胃给药 检测时间点:LPS给药后6小时处死动物

摘要

急性肺损伤(ALI)的特征是过度的炎症反应。苍术(Atractylodes lancea (Thunb.) DC.)是一种具有良好抗炎活性的中药,在中国常用于临床治疗肺部疾病;然而,其对抗ALI的机制尚不清楚。我们通过评估苏木精-伊红(HE)染色切片、肺湿/干(W/D)比值和炎症因子水平,阐明了苍术乙醇提取物(EEAR)对脂多糖(LPS)诱导的ALI的治疗效果。然后,我们通过超高效液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)表征了EEAR的化学成分,并通过网络药理学筛选成分和靶点,以阐明EEAR对ALI治疗作用所涉及的信号通路,并通过分子对接模拟和Western blot(WB)分析验证了结果。最后,我们通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测了大鼠肺组织中的代谢物。结果表明,EEAR显著降低了ALI模型大鼠肺部的W/D比值以及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)的水平。鉴定出EEAR的19种成分,并显示它们通过调节共享通路如丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(AKT)信号通路协同作用。阿魏酸、4-甲基伞形酮、乙酰苍术醇、苍术内酯I和苍术内酯III被预测分别与PI3K、AKT和MAPK1结合良好,结合能< -5 kcal/mol,尽管只有苍术内酯II与MAPK1高亲和力结合。EEAR显著抑制了PI3K、AKT、p38和ERK1/2的磷酸化,从而降低蛋白表达。EEAR显著调节了D-半乳糖、D-葡萄糖、丝氨酸和D-甘露糖等代谢物的表达。这些代谢物主要富集在半乳糖和氨基酸代谢通路中。总之,EEAR通过抑制PI3K-AKT和MAPK信号通路的激活以及调节半乳糖代谢来缓解ALI,为开发治疗ALI的药物提供了新方向。

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
苍术乙醇提取物(EEAR)对脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤(ALI)是否具有治疗作用,其潜在机制是什么?
核心机制
EEAR通过抑制PI3K-AKT和MAPK信号通路的激活,并调节半乳糖代谢,从而减轻ALI。
主要证据
在LPS诱导的ALI大鼠模型中,EEAR降低了肺湿/干比和炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平;网络药理学和分子对接预测EEAR成分与MAPK1、AKT1、PIK3CA结合;Western blot验证EEAR抑制PI3K、AKT、p38和ERK1/2的磷酸化;代谢组学显示EEAR调节D-半乳糖等代谢物,并富集于半乳糖代谢通路。
研究意义
为苍术治疗ALI的机制提供了新的见解,并为开发治疗ALI的药物提供了合理依据。

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

动物模型建立与药物治疗

建立LPS诱导的ALI大鼠模型,并评估EEAR的治疗效果。

SD大鼠随机分为5组,连续7天灌胃给予生理盐水、EEAR低剂量(314.7 mg/kg)、EEAR高剂量(2517.4 mg/kg)或地塞米松(5 mg/kg),第7天给药2小时后气管内滴注LPS(5 mg/kg)诱导ALI,6小时后处死动物。

2

肺组织病理和炎症评估

评估EEAR对ALI大鼠肺组织病理变化和炎症反应的影响。

通过HE染色观察肺组织病理变化,计算肺湿/干比(W/D),并通过ELISA和免疫组化检测BALF和肺组织中TNF-α、IL-1β、IL-6和MCP-1的表达。

3

EEAR化学成分鉴定

分析EEAR的化学成分组成。

使用UPLC-MS分析EEAR,通过与标准品对比鉴定出19种化合物。

4

网络药理学分析

预测EEAR治疗ALI的潜在靶点和信号通路。

基于UPLC-MS鉴定的化合物,通过SwissADME筛选类药性,通过TCMSP、SwissTargetPrediction和DrugBank预测靶点,通过GeneCards、OMIM和DrugBank获取ALI相关靶点,取交集后构建PPI网络和成分-靶点-通路网络,并进行GO和KEGG富集分析。

5

分子对接模拟

验证核心化合物与核心靶点的结合亲和力。

选择排名前六的化合物和排名前三的靶点(MAPK1, AKT1, PIK3CA)进行分子对接,使用AutoDock Tools 1.5.6和PyMol软件。

6

Western blot验证

验证EEAR对PI3K-AKT和MAPK信号通路蛋白表达的影响。

提取肺组织蛋白,通过Western blot检测PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT、p38、p-p38、Erk1/2、p-Erk1/2的表达水平。

7

代谢组学分析

分析EEAR对ALI大鼠肺组织代谢物和代谢通路的影响。

通过GC-MS检测肺组织代谢物,使用Metaboanalyst 5.0进行多元统计分析,筛选差异代谢物并富集代谢通路。

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
80%乙醇----
甲醇----
甲酸----
安捷伦1260 Infinity系统Agilent--
Welch Xtimate C18色谱柱Welch--
LTQ-Orbitrap-MS质谱仪----
苍术素Chengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PU02410025
绿原酸Chengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS01311000
阿魏酸Chengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS01911000
乙酰苍术醇Chengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS22120806
4-甲基伞形酮Chengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS020119
苍术内酯IChengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS010510
苍术内酯IIChengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS010511
苍术内酯IIIChengdu Push Biotechnology Co., Ltd.PS010512
脂多糖(LPS)----
地塞米松----
TNF-α ELISA试剂盒ABclonal Technology Co., Ltd.RK00029
IL-6 ELISA试剂盒ABclonal Technology Co., Ltd.RK00020
IL-1β ELISA试剂盒ABclonal Technology Co., Ltd.RK00009
MCP-1 ELISA试剂盒Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.SEKR0024
TNF-α抗体ABclonal Technology Co., Ltd.A11534
IL-6抗体ABclonalA21264
IL-1β抗体Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.K108840P
二抗Servicebio Technology Co., Ltd.--
BCA试剂盒Elabscience Biotechnology Co., Ltd.--
PVDF膜----
增强化学发光检测试剂盒Vazyme Biotech Co., Ltd.--
P38抗体Cell Signaling Technology8690S
p-P38抗体Cell Signaling Technology4511S
Erk1/2抗体Cell Signaling Technology4695S
p-Erk1/2抗体Cell Signaling Technology4370S
AKT抗体Cell Signaling Technology4691S
p-AKT抗体Cell Signaling Technology4060S
PI3K抗体Cell Signaling Technology4249S
β-actin抗体Cell Signaling Technology3700S
p-PI3K抗体Cell Signaling Technology17366S
甲氧基吡啶----
DB-5MS毛细管柱----

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
动物模型建立
大鼠品系、性别、体重、来源;LPS剂量和给药途径;给药时间点;对照组设置
阅读提示:见Methods 2.4 Animal experiment design
EEAR制备
苍术来源、提取溶剂(80%乙醇)、提取次数和时间、提取温度
阅读提示:见Methods 2.1 Preparation of extract of Atractylodis rhizoma
EEAR剂量换算
人体与大鼠剂量换算方法;提取物得率;低、高剂量具体数值
阅读提示:见Methods 2.2 Conversion of dosage
肺湿干比测定
肺叶选择;干燥温度和时间;计算公式
阅读提示:见Methods 2.5 Lung wet/dry ratios
炎症因子检测
BALF收集方法;ELISA试剂盒品牌和货号;检测指标
阅读提示:见Methods 2.6 Detection of inflammatory factors
免疫组化
组织固定液和固定时间;一抗、二抗品牌和货号;抗原修复方法
阅读提示:见Methods 2.7 Immunohistochemical (IHC) staining
Western blot
蛋白提取方法;蛋白定量试剂盒;上样量;一抗、二抗稀释比和孵育条件;内参
阅读提示:见Methods 2.8 Western blot analysis
UPLC-MS分析
色谱柱型号;流动相组成和梯度程序;质谱参数;标准品信息(货号)
阅读提示:见Methods 2.3 Sample pretreatment and UPLC-MS chromatographic conditions
网络药理学
数据库版本;筛选条件(如吸收评分);靶点预测和疾病靶点来源;PPI网络置信度
阅读提示:见Methods 2.10-2.13 Compound screening, Target prediction, Network construction, Pathway enrichment analysis
分子对接
蛋白质数据库(PDB)ID;对接软件版本;结合能阈值
阅读提示:见Methods 2.14 Molecular docking simulation of component targets
GC-MS代谢组学
样品前处理步骤(衍生化试剂和条件);色谱柱型号;质谱参数;数据处理和统计方法
阅读提示:见Methods 2.15 GC-MS analysis of the endogenous metabolites
统计分析
统计软件(GraphPad 8.0);统计方法(one-way ANOVA, Dunnett's post hoc test);显著性水平
阅读提示:见Methods 2.16 Statistical analysis