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基于模式生物斑马鱼研究姜黄抗血管新生的作 [复制链接]

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摘要:目的利用模式生物斑马鱼研究姜*Curcumalonga抗血管新生作用,并采用网络药理学和分子对接技术探究姜*抗血管新生的作用机制。方法采用模式生物斑马鱼模型,考察姜*挥发油、姜*素以及姜*水提液对斑马鱼节间血管生长的抑制作用,检测各给药组斑马鱼节间血管生成数,计算血管生成抑制率。利用网络药理学和分子对接技术预测姜*抗血管新生的作用机制,构建“药物-成分-靶点”网络和蛋白质-蛋白质相互作用(protein-proteininteraction,PPI)网络,进行基因本体(geneontology,GO)富集分析及京都基因与基因组百科全书(Kyotoencyclopediaofgenesandgenomes,KEGG)通路富集分析;通过AutoDockvina软件对活性成分与关键靶点进行分子对接验证。结果姜*挥发油、姜*素以及姜*水提液均可明显抑制斑马鱼血管新生(P<0.05),呈剂量相关性,其中姜*素抑制血管生成作用最强。网络药理学预测发现姜*共有21种主要活性成分,可通过调节前列腺素G/H合酶2(prostaglandinG/Hsynthase2,PTGS2)、维生素D3受体(vitaminD3receptor,VDR)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine/threoninekinase1,AKT1)和血清白蛋白(albumin,ALB)等关键靶点,进而调控磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositide3-kinases,PI3K)-AKT和血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)等相关信号通路,从而发挥抑制血管新生的作用。分子对接结果显示姜*的主要活性成分与核心靶点均能自发结合。结论姜*挥发油、姜*素以及姜*水提液对斑马鱼血管新生的抑制作用存在差异,姜*抗血管新生具有多成分、多靶点、多途径的特点,为姜*对血管新生依赖性疾病的防治提供了参考。

血管新生是指在原有血管的基础上构建新血管的过程。在正常生理状况下,体内抗血管与促血管因子之间呈动态平衡;当机体受到过度促血管因子刺激时,会导致异常的过度的病理性血管新生。病理性血管新生是人类恶性肿瘤、心血管疾病和其他疾病发生发展的重要进程[1],癌症、糖尿病视网膜病变、动脉粥样硬化、类风湿性关节炎等70余种疾病均与血管过度生成有关,因此抗血管新生的研究对于治疗血管新生依赖性疾病具有重要意义[2]。传统中医药理论虽无“血管新生”这一概念,但《素问·脉要精微论》提出“脉”为气血运行之通道,其中络脉主血、入血伤络,可见血管新生相关疾病与中医络脉的病变密切相关,中医临床上多选用活血化瘀类中药治疗络脉病变[3]。因此,中药治疗病理性血管新生具有一定的理论依据和优势。

姜*为姜科植物姜*CurcumalongaL.的干燥根茎。姜*属植物的药用记载始于《唐本草》[4],姜*性辛,味苦、温,入脾、肝经,可破血行气、通经止痛,用于治疗胸胁刺痛、胸搏心痛、痛经经闭、癥瘕、风湿肩臂疼痛、跌扑肿痛等症[5]。现代药理学研究表明,姜*具有抗炎、调血脂、抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤等作用[6-7]。姜*素和挥发油类成分为姜*中的主要活性成分,姜*素能够通过上调微小核糖核酸-(microRNA-,miR‐),负调控血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositide3-kinases,PI3K)-丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine/threoninekinase,AKT)和酪氨酸激酶2/信号传导及转录激活因子5A(Januskinase2/signaltransducerandactivatoroftranscription5,JAK2/STAT5)信号通路,从而发挥抗动脉粥样硬化作用[8],还能够通过影响miR-及miR-的靶基因VEGFB和核转录因子-кB(nuclearfactor-кB,NF-кB)表达,减少角膜内血管生成[9]。姜*挥发油成分β-榄香烯能够下调原发性黑色素瘤中血管生成标志物CD34表达,抑制肿瘤生长[10]。

斑马鱼是辐鳍亚纲鲤科的一种热带硬骨鱼,原产于南亚地区[11]。由于其基因组序列与人类具有87%的高度相似性,胚胎透明且实验周期短,被广泛应用于药物研究[12]。flk1-EGFP转基因斑马鱼常用于心脏、节间血管、脑血管系统等研究,荧光显微镜下血管的内皮细胞呈绿色荧光,可以直接观察斑马鱼血管的生成情况,是一种便捷的抗血管新生的体内研究模型[13]。本研究以转基因荧光斑马鱼为模式生物,探究姜*抑制斑马鱼胚胎血管新生的作用,并通过网络药理学构建“药物-成分-靶点”网络,结合分子对接技术,以整体性、系统性的角度阐释姜*抗血管新生的作用机制,为姜*防治血管新生依赖性疾病的药效物质基础提供科学依据。

1材料

1.1动物

转基因型flk1-EGFP品系斑马鱼,购自国家斑马鱼资源中心,由成都中医药大学药学院斑马鱼实验平台培养和繁殖。

1.2药材

姜*饮片(批号)购自成都荷花池中药材专业市场春宇药堂,经成都中医药大学马云桐教授鉴定为姜科植物姜*C.longaL.的干燥根茎。

1.3药品与试剂

姜*素(批号wkq)、去甲氧基姜*素(批号)、双去甲氧基姜*素(批号wkq)、芳姜*酮(批号wkq)、莪术醇(批号wkq)购自四川省维克奇生物科技有限公司,质量分数均≥98%;二甲基亚砜(DMSO,批号C)购自上海麦克林生化科技有限公司;链霉蛋白酶(批号X)购自北京索莱宝科技有限公司;VEGF受体酪氨酸激酶亚群抑制剂PTK(批号,质量分数为99.97%)购自美国MedChemExpres公司;MS-、甲基纤维素购自美国Sigma公司。

1.4仪器

斑马鱼培育与繁殖系统(北京爱生科技发展有限公司);恒温培养箱(上海一恒科技有限公司);SMZ-型体视显微镜、SMZ-型荧光显微镜(日本Nikon公司)。

2方法

2.1姜*抗斑马鱼血管新生作用

2.1.1供试品溶液的制备

(1)姜*挥发油溶液的制备取姜*药材粉末(过2号筛)g,采用水蒸气蒸馏法提取姜*挥发油成分,以含0.1%DMSO的胚胎培养水作为溶剂,分别配制成质量浓度为、50、25、10、1μg/mL的姜*挥发油溶液。

(2)姜*素溶液的制备取姜*素1mg,以含0.1%DMSO的胚胎培养水作为溶剂,分别配制成质量浓度为、50、25、10、1μg/mL的姜*素溶液。

(3)姜*水提液的制备取姜*药材粉末(过5号筛)1mg,加10倍量水,回流提取1h,滤过,以含0.1%DMSO的胚胎培养水作为溶剂,分别配制成质量浓度为、50、25、10、1μg/mL的姜*水提液。

(3)PTK溶液的制备精密称定PTK,以含0.1%DMSO的胚胎培养水作为溶剂,分别配制成质量浓度为0.、0.、0.、0.μg/mL的PTK溶液。

2.1.2姜*挥发油溶液和姜*水提液的质量控制

(1)气相色谱-质谱联用(GC-MS)法测定姜*挥发油成分取姜*药材的挥发油μL,用正己烷稀释50倍,定容至5mL量瓶,经0.45μm微孔滤膜滤过,注入气相色谱仪进行测定[14]。

(2)混合对照品溶液的制备精密称定姜*素、去甲氧基姜*素、双去甲氧基姜*素、莪术醇、芳姜*酮于5mL量瓶中,加甲醇振摇后定容,得到质量浓度为0.、0.、0.、0.、0.g/L的混合对照品溶液。

(3)超高效液相色谱(UPLC)双波长法(nm、nm)测定姜*水提液成分取姜*药材粉末(过5号筛)1g,加10倍量水,回流提取1h,经0.45μm微孔滤膜滤过,注入超高效液相色谱仪进行测定[15]。

2.1.3分组与给药取受精后24h的斑马鱼胚胎,采用链霉蛋白酶(0.1mg/mL)脱膜,随机分为对照组、姜*挥发油组、姜*素组、姜*水提液组和PTK组,置于含药液的24孔板中,每孔10~15粒胚胎,每孔终体积为1.5mL,培养板于28℃恒温培养箱中培养24h。

2.1.4指标观察采用0.%MS-麻醉斑马鱼胚胎,调整斑马鱼姿势,使两侧眼、体节重合,采用体式荧光显微镜进行血管表型观察,然后于3%甲基纤维素中固定并拍照。观察完整体节间血管(intersegmentalvessel,ISV)和缺陷ISV的形态,以评估姜*的抗血管生成活性,根据体节间血管生成数目计算抑制率。

血管生成抑制率=(对照组血管生成数-给药组血管生成数)/对照组血管生成数

2.1.5数据处理采用SPSS23.0软件进行单因素方差分析,结果以表示。

2.2基于网络药理学和分子对接探究姜*抗血管新生的作用机制

2.2.1姜*主要成分和靶点的筛选基于中药系统药理学技术平台(TCMSP),以口服生物利用度>30%且类药性>0.10为筛选条件,对姜*的成分进行筛选,同时结合相关文献,确定姜*的主要成分。采用TCMSP数据库及PharmMapper服务器(

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