秀麗隱桿線蟲在中藥活性評價及作用機制中的應用與展望

邵會涵 段瓊璐 溫馨 楊俁倩 孔楚楚 雷海民 劉永剛

摘 要 中藥活性評價是中藥研究中的一個重要環節，但由于評價藥效的模型相對單一，嚴重限制了其現代化發展。秀麗隱桿線蟲作為生命科學領域重要的模式生物，因其個體小、繁殖快、易培養、基因序列清楚等特點，近年來常被應用于各種人類疾病的研究中，建立了眾多適用于不同疾病類型的秀麗隱桿線蟲模型，并用于藥物的活性評價與篩選及作用機制研究，而且已報道利用秀麗隱桿線蟲作為模式生物評價具有抗衰老、抗腫瘤、治療神經退行性疾病、抗菌等作用的中藥成分的活性。

關鍵詞 秀麗隱桿線蟲 活性評價 模式生物 作用機制 中藥

中圖分類號：R285.5； Q939.99 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2021）15-0086-04

Application and prospect of Caenorhabditis elegans in activity evaluation and mechanism of traditional Chinese medicine

SHAO Huihan， DUAN Qionglu， WEN Xin， YANG Yuqian， KONG Chuchu， LEI Haimin， LIU Yonggang

（School of Chinese Medicine， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 102488， China）

ABSTRACT The activity evaluation of traditional Chinese medicine （TCM） is an important link in the research of TCM， but its modern development is severely restricted due to the relatively single technical method of the evaluation model of drug efficacy. Caenorhabditis elegans as an important model organism has been often applied in the study of various human diseases in recent years because of its small size， fast reproduction， easy cultivation， clear gene sequence and so on. Many models of Caenorhabditis elegans suitable for different types of diseases are established and used for the evaluation and screening of the activity of drugs and the study on their mechanism. In addition， it has been reported to use Caenorhabditis elegans as a model organism to evaluate the activity of anti-aging， anti-tumor， neurodegenerative diseases， antibacteria of Chinese herbal medicinal ingredients.

KEY WORDS Caenorhabditis elegans； activity evaluation； model organism； mechanism； traditional Chinese medicine

中藥活性成分評價在中藥研究中至關重要，但目前中藥活性成分評價的技術方法較單一，是中藥活性成分研究中的瓶頸問題[1]。近年來，秀麗隱桿線蟲因其易于培養、蟲體透明、基因序列清楚等特點逐步成為生命科學領域重要的模式生物，被廣泛應用于各種人類疾病的研究及藥物活性的篩選中。目前已有研究表明，其可以應用于抗衰老、抗腫瘤、神經退行性疾病、抗菌及藥物作用機制的研究中。

1 秀麗隱桿線蟲概述

秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）是一種個體小、無毒無害且可以獨立生存的線蟲。因其具有易于培養、維護成本低、繁殖快、蟲體透明易于觀察等特點，目前被廣泛應用于分子遺傳學、發育生物學、神經科學和細胞生物學等領域[2]，是良好的模式生物。

秀麗隱桿線蟲是第一個完成測序的多細胞真核生物，其基因組與人類基因組有較高同源性，且與多種人類疾病相關，因此，其在藥物活性篩選和作用機制研究中具有獨特優勢。

2 秀麗隱桿線蟲在中藥活性評價及其治療功效表征中的應用

2.1 秀麗隱桿線蟲在抗衰老藥物研究中的應用

秀麗隱桿線蟲因其生命周期短的特點常被應用于抗衰老的研究中。通過觀察線蟲壽命、身體擺動頻率、咽泵頻率、抗氧化損傷能力等生理指標可以篩選抗衰老藥物并評價其活性，目前的實驗研究中常采用野生型N2線蟲進行此類研究。

楊龍旺等[3]利用秀麗隱桿線蟲評價黃芪、何首烏、熟地黃復方湯劑的抗衰老作用。利用線蟲壽命作為指標，探究原始復方湯劑的抗衰老作用是否與濃度有關，以及不同萃取部位對于線蟲壽命的影響。

2.2 秀麗隱桿線蟲在抗腫瘤藥物研究中的應用

秀麗隱桿線蟲與人類基因具有高度同源性，如秀麗隱桿線蟲中的let-60基因與人類癌癥相關基因ras基因是同源基因，因此，可以通過觀察中藥活性成分對于線蟲let-60基因表達的抑制作用，篩選其抗腫瘤活性。

任偉鈺等[4]利用線蟲MT2124作為模式生物，探究中藥鴉膽子不同極性部位提取物抑制ras基因突變的抗腫瘤活性。秀麗隱桿線蟲在中藥抗腫瘤活性成分篩選中的應用仍在不斷發展，秀麗隱桿線蟲作為抗腫瘤藥物篩選模型，為評價中藥活性成分的抗腫瘤作用以及探究其機制提供了新的途徑。

2.3 秀麗隱桿線蟲在神經退行性疾病治療藥物研究中的應用

近年來，有研究表明，多種中藥成分可以有效改善神經退行性疾病的癥狀。秀麗隱桿線蟲具有完整的神經系統，且具有與哺乳動物類似的神經遞質，通體透明便于觀察熒光標記蛋白的位置，所以是研究神經退行性疾病良好的模式生物。利用轉基因線蟲BZ555研究黃芪多糖對于6-羥基多巴胺誘導的神經毒性的抑制作用，通過對多巴胺能神經退行性試驗、食物敏感行為分析、生存分析、活性氧（reactive oxygen species， ROS）水平測定、乙酰膽堿酯酶活性試驗、抗氧化酶活性及丙二醛含量測定等試驗結果的統計分析，得出黃芪多糖可通過減少氧化應激，調節細胞凋亡途徑和恢復膽堿能系統功能來抑制6-羥基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）神經毒性的結論。秀麗隱桿線蟲在抗帕金森病（Parkinson disease， PD）藥物的研究中表現出巨大的優勢，在未來進一步研究抗神經退行性疾病藥物及其作用機制中可發揮重要作用[5]。

2.4 秀麗隱桿線蟲在抗菌藥物研究中的應用

秀麗隱桿線蟲高通量、能夠全面反應藥物活性的特點使其近年來廣泛地被應用于藥物的篩選中。利用其建立感染模型可以有效地進行中藥抗菌活性評價以及機制方面的研究。

楊相梅[6]利用廣泛耐藥鮑曼不動桿菌-線蟲感染模型對28味清熱解毒中藥提取物進行篩選，發現黃芩、大青葉、牡丹皮、雞骨草、何首烏、山豆根等6種中藥水提取物對感染了廣泛耐藥鮑曼不動桿菌的線蟲具有較好的治療作用。

2.5 秀麗隱桿線蟲在中藥毒性評價中的應用

安全有效是中藥生存、發展的前提，中藥的毒性現代化研究越來越受到重視。近年來，秀麗隱桿線蟲在中藥毒性的評價中得到了應用。

苗祥貞[7]利用秀麗隱桿線蟲對不同炮制方法炮制后的駱駝蓬子進行毒性評價，并以線蟲的死亡率、產卵數、半數致死天數、Omega/U擺動次數等為指標進行評級，結果顯示，炮制對駱駝蓬子確實有減毒作用。

利用秀麗隱桿線蟲在中藥毒性評價方面的應用目前仍在不斷發展中，其為認識與評價中藥的毒性成分及其機制提供了可能的研究方式。

2.6 秀麗隱桿線蟲在降脂藥物研究中的應用

在篩選中藥降脂有效成分時，整體的模式生物往往可以解決一些物質體外有效而體內效果不理想的問題。秀麗隱桿線蟲與哺乳動物脂代謝的機制以及通路高度保守，因此適用于篩選降脂藥物。由于秀麗隱桿線蟲是透明的，因此可以利用親油染料染色觀察線蟲體內的油滴，這一特性也使線蟲逐漸應用于肥胖癥藥物的研究[8]。

程瑞蕾[9]利用秀麗隱桿線蟲作為模式生物篩選雪菊中的5種黃酮類化合物對線蟲腸道內脂肪含量的影響，發現馬里苷能通過減少脂質合成酶基因的表達而減少線蟲腸道內的脂肪含量。

以上研究表明，線蟲作為模式生物篩選降脂藥物并用于機制研究具有很好的前景。

2.7 秀麗隱桿線蟲在中藥復方活性評價中的應用

秀麗隱桿線蟲是整體生物，在復方中藥的活性評價中，其排除了細胞篩選對于樣品的限制，且符合中藥多靶點、多重調節的特點，更能體現中醫基礎理論中的整體觀，提高了中藥復方活性評價的效率。因此，其在中藥復方的活性評價及功效表征中具有獨特優勢。目前已有研究利用秀麗隱桿線蟲為模式生物評價生脈復方在抗PD中的作用[10]。

3 秀麗隱桿線蟲在作用機制研究中的應用

3.1 抗腫瘤藥物作用機制研究

絲裂原活化蛋白激酶信號通路的過度激活已被報道與人類癌癥密切相關，這一途徑已被認為是潛在的癌癥治療靶點。線蟲let-60基因與動物Ras基因為同源基因，秀麗隱桿線蟲中Ras基因參與調節線蟲外陰發育，線蟲let-60基因過度激活，導致出現類似腫瘤樣的多產卵表型，常用于篩選抗腫瘤藥物。

3.2 抗神經退行性疾病治療藥物作用機制研究

阿爾茲海默病（Alzheimer disease，AD）是目前最常見的神經退行性疾病之一，其具有典型的病理特征，即含有β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的斑塊和神經原纖維纏結。Aβ在細胞基質聚積后會有較強的神經毒性。Aβ可通過靶向線粒體，促進線粒體裂變、破壞線粒體膜電位等方式誘導神經元凋亡[11]。線粒體受損的積累是某些與衰老、年齡有關的神經退行性病變的標志，其中包括AD。因此，未來靶向線粒體將會成為治療AD的潛在新靶點。PD是一種與衰老相關的神經退行性疾病，其詳細的發病機制目前尚不清楚，不過已知線粒體損傷、氧化應激在PD的發病過程中發揮重要作用[12]。

3.3 抗衰老藥物作用機制研究

有研究表明，衰老的過程與蛋白質穩態的逐漸下降有關。胰島素/胰島素樣生長因子信號通路（insulin/ insulin-like growth factor 1 signaling，IIS）是一個與壽命調控相關的高度保守通路，daf-2是一種類似胰島素生長因子（insulin-like growth factors-1，IGF-1）的激素受體，其突變可導致線蟲壽命的延長。daf-16是IIS信號通路的主要靶點，其突變將會導致線蟲壽命的縮短。

有研究利用秀麗隱桿線蟲IIS途徑突變的短壽命株系（daf-16突變體）和長壽命株系（daf-2突變體），對與年齡相關的蛋白質聚集進行了詳細分析。結果表明，在衰老過程中，動物的蛋白質組經歷了廣泛的重塑，破壞了蛋白質穩態，最終呈現蛋白質組失衡狀態。這些變化可能與衰老有關[13]。

IIS信號突變通過造成氧化自由基ROS積累導致線蟲壽命相關的轉錄因子skn-1被激活，進而調控線蟲壽命[14]。因此，清除ROS成為一條可能的抗衰老途徑。

有研究利用秀麗隱桿線蟲作為模式生物探究苦瓜皂苷提取物的抗衰老作用機制。通過測定處理組與對照組線蟲ROS的積累，發現苦瓜皂苷提取物具有很好的抑制ROS積累的作用。并且進一步檢測了超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）的抗氧化活性，發現苦瓜皂苷提取物對線蟲的SOD、CAT等抗氧化酶活性具有顯著的活化作用。證明苦瓜皂苷提取物可能通過激活抗氧化系統直接或間接地消除ROS，從而發揮抗衰老作用[15]。

4 結語

目前，秀麗隱桿線蟲在藥物活性篩選及功效表征中已有較好的應用，但利用秀麗隱桿線蟲研究中藥活性成分藥理作用機制的相關報道較少，未來應理性考慮其優缺點，將其合理利用于中藥活性評價中，充分發揮其生物學優勢，進一步推動中藥活性評價方法的發展，推動中藥現代化事業的發展。

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