荊文光,趙小亮,常潞,程顯隆,馬雙成*,魏鋒*
1.中國食品藥品檢定研究院,北京 100050;2.中國中醫(yī)科學(xué)院 醫(yī)學(xué)實(shí)驗中心,北京 100700;3.中國藥科大學(xué) 中藥學(xué)院,江蘇 南京 211198
厚樸Magnoliae Officinalis Cortex 為臨床常見理氣藥,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,來源于木蘭科植物厚樸Magnolia officinalisRehd.et Wils.或凹葉厚樸M.offcinalisRehd.et Wils.var.bilobaRehd.et Wils.的干燥干皮、根皮及枝皮[1]?,F(xiàn)代藥理研究表明,厚樸具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、抗氧化等作用;其中促進(jìn)胃腸動力與其傳統(tǒng)燥濕消痰、下氣除滿的功效相符合,臨床上用于慢性腹瀉、便秘、腸梗阻、急慢性胃炎、胃輕癱、胃十二指腸潰瘍等疾病[2]?,F(xiàn)代化學(xué)成分研究表明,厚樸酚、和厚樸酚是厚樸的主要藥效物質(zhì)[3-4],具有抗氧化、神經(jīng)營養(yǎng)及保護(hù)、抗腫瘤等活性[5-9]。厚樸傳統(tǒng)入藥多為水煎劑,對其水溶性成分的研究陸續(xù)興起,諸多苯乙醇苷類、生物堿類化合物被發(fā)現(xiàn)[10-13],這些成分是否也為藥效成分,或者是否與脂溶性的厚樸酚、和厚樸酚起到協(xié)同增效作用都值得深入研究。
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是建立在疾病-基因-藥物的多層次網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,運(yùn)用系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)及網(wǎng)絡(luò)平衡的整體觀等理解藥物和機(jī)體相互作用,闡述疾病發(fā)展的過程,其多基因、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)與中醫(yī)藥系統(tǒng)觀、整體觀的治療理念相一致,在中藥研究中已得到廣泛應(yīng)用[14]。血清藥物化學(xué)研究認(rèn)為藥物口服吸收后只有移行入血的成分才可能是發(fā)揮藥效的成分,通過高分辨質(zhì)譜等技術(shù)對含藥血清中的原型成分及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析,快速、準(zhǔn)確地闡明中藥發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ),并采用生物活性高通量篩選、疾病動物模型、計算機(jī)輔助藥物設(shè)計和虛擬篩選等技術(shù)對移行成分進(jìn)行驗證[15-16]。多數(shù)文獻(xiàn)中網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究指標(biāo)均以各數(shù)據(jù)庫中收集的化學(xué)成分及其口服生物利用度為篩選條件,然而傳統(tǒng)中藥多為復(fù)方水煎劑,部分藥材中的化學(xué)成分未能轉(zhuǎn)移到湯劑中,或者在多種成分的協(xié)同作用下,部分化學(xué)成分的生物利用度發(fā)生改變,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測結(jié)果可能存在偏差。血清藥物化學(xué)與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的緊密結(jié)合不僅可以通過分析藥物入血成分,尋找體內(nèi)直接作用物質(zhì),同時利用入血成分構(gòu)建相關(guān)藥理網(wǎng)絡(luò),更能直接反映其藥理作用機(jī)制。
胃輕癱綜合征(gastroparesis syndrome)是指以胃排空延緩為特征的臨床癥狀群,中醫(yī)辨證屬痞滿范疇,而厚樸具有“下氣除滿”的功效,故本研究選取胃輕癱作為候選疾病,篩選疾病靶點(diǎn)。通過液相色譜-質(zhì)譜法對厚樸水煎液和入血成分等進(jìn)行分析,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討入血成分發(fā)揮功效的作用機(jī)制,為進(jìn)一步闡明厚樸湯劑藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及深入研究厚樸的質(zhì)量標(biāo)志物提供參考。
Forma 88000型-86 ℃超低溫冰箱(美國Thermo Scientific 公司);Rotanta 460R 型高速冷凍離心機(jī)(德國Hetich公司);ABS2TM 型自動采血儀及ABS2軟件(美國Instech Laboratories 公司);小動物自由活動裝置(醫(yī)學(xué)實(shí)驗中心自制);CBAS-C30 型肝素化采血管(美國Solomon Scientific 公司);1200-6320 Ion Trap XCT 型液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)。
厚樸藥材采自湖北恩施市華中藥用植物園,經(jīng)中國食品藥品檢定研究院魏鋒研究員鑒定為木蘭科植物厚樸Magnolia officinalisRehd.et Wils.的干燥干皮。
肝素鈉(批號:20120612)、水合氯醛(批號:20130201)均購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氯化鈉注射液(批號:A17022005,河北天成藥業(yè)股份有限公司);對照品紫丁香酚苷(批號:Y28M9H57297)、木蘭箭毒堿(批號:M29J8S40878)、咖啡酸(批號:W16O10B100366)、巴婆堿(批號:J21)、咖啡酸甲酯(批號:D30N10G104165)、木蘭花堿(批號:R21M9F61834)、番荔枝堿(批號:O24)、木蘭苷A(批號:X16S8L44141)、厚樸酚(批號:KS0912CB14)、和厚樸酚(批號:T28O6B5149)、β-桉葉醇(批號:P24O8F46474)均購自上海源葉生物科技有限公司,經(jīng)超高效液相色譜法(UPLC)峰面積歸一化法測定,純度均大于98.0%;對照品木蘭苷B、木蘭苷D、辣薄荷基厚樸酚為實(shí)驗室自制,經(jīng)UPLC 峰面積歸一化法測定,純度均大于98.0%。
雄性SD 大鼠12 只,SPF 級,7~8 周齡,購自北京維通利華實(shí)驗動物技術(shù)有限公司,實(shí)驗動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(京)2016-0006。大鼠飼養(yǎng)于IVC 籠具(獨(dú)立通氣籠,461 mm×274 mm×229 mm,意大利Tecniplast公司),每籠3只,保持實(shí)驗室環(huán)境溫度為22 ℃,相對濕度為50%左右。
2.1.1色譜和質(zhì)譜條件 Agilent Extend-C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動相:0.1%甲酸(A)-乙腈(B),梯度洗脫(0~5 min,5%B;5~20 min,5%~20%B;20~30 min,20%~28%B;30~42 min,28%~74%B;42~55 min,74%~80%B;55~60 min,80%~90%B;60~70 min,90%B);流速1.0 mL·min-1,柱后4∶1 分流,進(jìn)質(zhì)譜的流速為0.2 mL·min-1;柱溫為35 ℃;進(jìn)樣體積為10 μL。使用電噴霧離子源(ESI)進(jìn)行負(fù)離子模式全掃描;碰撞氣為氦氣;霧化氣壓力為50 psi(1 psi≈6895 Pa);干燥氣體流速為10.0 L·min-1;干燥氣溫度為350 ℃;毛細(xì)管電壓為4000 V;掃描范圍為m/z50~1000。
2.1.2厚樸水煎液樣品制備 取厚樸藥材100 g,粉碎至粗粉,加水800 mL,煎煮2 次,每次2 h,合并水煎液,減壓濃縮至1 g·mL-1(以生藥量計)。
2.1.3動物分組與給藥 SD 大鼠6 只,隨機(jī)分為2 組,對照組、厚樸給藥組各3 只。實(shí)驗前禁食12 h,全程自由飲水,給藥組按3.3 g·kg-1(以生藥量計,相當(dāng)于人體給藥劑量20 倍)給藥3 d,每天2次。
2.1.4血漿采集與制備 大鼠稱體質(zhì)量后,腹腔注射10%水合氯醛麻醉(按大鼠體質(zhì)量350 mg·kg-1給藥),頸部和背部剃毛(2 cm×2 cm)。仰臥位固定,右側(cè)頸部近鎖骨位置碘酒消毒,75%乙醇脫碘,然后切開長約1.5 cm 小口,鈍性分離結(jié)締組織和肌肉,使頸總靜脈暴露于視野下,然后剪一小口,小心插入肝素化的采血管,結(jié)扎。將采血管從大鼠背部引出,并與大鼠采血馬甲連接,IVC 籠具單籠飼養(yǎng),過夜。大鼠實(shí)驗前禁食12~16 h,自由飲水。給藥后4 h正常飲食。選取能順利抽血,無過敏、發(fā)炎等不良反應(yīng)的大鼠進(jìn)行藥動學(xué)的采血實(shí)驗。在末次給藥后不同的時間點(diǎn)(0、10、20、30、45 min 及1.0、1.5、2.0、2.5、4.0 h)采集血液樣品,采血體積為350 μL,采血速度為375 μL·min-1,補(bǔ)液速度為375 μL·min-1,保持“低漏失”模式,補(bǔ)肝素化0.9%氯化鈉溶液速度:100 μL·h-1,樣品收集室溫度為4~6 ℃。實(shí)驗組同一時間點(diǎn)每只大鼠取血漿100 μL,混合為300 μL,加入3 倍甲醇沉淀,渦旋3 min,12 000 r·min-1離心10 min(離心半徑為8 cm),氮?dú)獯蹈桑?0%甲醇100 μL復(fù)溶,重復(fù)離心10 min,取上清液進(jìn)樣。對照組大鼠取血漿300 μL,步驟同上,取上清液進(jìn)樣。
2.1.5尿液、糞便采集與制備 SD 大鼠6 只,分組與給藥同2.1.3項下。第4天置于代謝籠中,禁食12 h,自由飲水,于6、12、24 h 收集尿液和糞便。記錄各時間點(diǎn)收集到的尿液體積和糞便質(zhì)量,分別置于離心管中,-80 ℃保存。實(shí)驗組同一時間點(diǎn)取每只大鼠尿液收集量的1%,混合,3 倍甲醇沉淀,渦旋3 min,12 000 r·min-1離心10 min(離心半徑為8 cm),取上清液進(jìn)樣。對照組大鼠取樣100 μL,步驟同上,取上清液進(jìn)樣。實(shí)驗組大鼠同一時間點(diǎn)取每只大鼠糞便收集量的10%,混合,用20 倍70%甲醇提取(渦旋3 min,超聲30 min),按上述同樣離心條件離心10 min,取上清液進(jìn)樣。對照組大鼠取樣50 mg,步驟同上,取上清液進(jìn)樣。
2.2.1厚樸潛在靶點(diǎn)預(yù)測 將分析得到的厚樸水煎劑入血成分通過中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺(TCMSP)2.3、STITCH 5.0、SwissTargetPrediction、SuperPred 數(shù)據(jù)庫獲取相關(guān)靶蛋白,利用UniProt 數(shù)據(jù)庫對入血成分靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行匹配分析,并轉(zhuǎn)化成gene symbol。
2.2.2構(gòu)建胃輕癱疾病靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫 利用TTD、DiGSeE 2.01、OMIM、DrugBank 5.1.0、HPO 數(shù)據(jù)庫,以“gastroparesis”為關(guān)鍵詞,檢索與胃輕癱相關(guān)的基因,構(gòu)建胃輕癱疾病靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。
2.2.3蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 將藥物和疾病靶點(diǎn)輸入STRING 10.5 數(shù)據(jù)庫,限定物種為人類(Homo sapiens),構(gòu)建藥物、胃輕癱靶點(diǎn)PPI 網(wǎng)絡(luò)。通過Cytoscape 3.5.1 對藥物、胃輕癱靶點(diǎn)數(shù)據(jù)取交集,尋找核心靶點(diǎn),并繪制出藥物-入血成分-靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)。
2.2.4基因本體(GO)功能富集和京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路富集分析 利用DAVID 6.7 數(shù)據(jù)庫對入血成分、疾病交集靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行GO 富集分析和KEGG 通路富集分析,其中Select Identifier 設(shè)置為Official Gene Symbol,List Type 設(shè)置為Gene List,限定物種為人,列出-lgP排名前20的通路。
厚樸水煎劑化學(xué)成分總離子流圖(TIC)見圖1,根據(jù)部分對照品保留時間和質(zhì)譜數(shù)據(jù),結(jié)合質(zhì)譜裂解規(guī)律,從厚樸水煎劑中共鑒定出54 個化合物(表1),主要為苯乙醇苷、生物堿和木脂素類成分。

圖1 厚樸水煎劑負(fù)、正離子模式下的TIC圖

表1 厚樸水煎劑中化學(xué)成分

續(xù)表1

續(xù)表1
對不同采血時間點(diǎn)大鼠血清中成分進(jìn)行分析,結(jié)果表明,給藥后1 h 的血清樣品中移行成分最多,且各成分色譜峰響應(yīng)值較高,因此選定1 h為最佳采血時間。通過各成分的保留時間、質(zhì)譜裂解規(guī)律及文獻(xiàn)參考,推測厚樸水煎劑入血成分。對比空白血清,含藥血清中發(fā)現(xiàn)14 個移行成分,包括厚樸酚、和厚樸酚等木脂素類脂溶性成分,木蘭花堿、木蘭箭毒堿等生物堿類成分和其他如谷甾醇、桉葉醇類成分等(表2)。

表2 大鼠血清中成分鑒定
分析大鼠尿液和糞便,結(jié)果顯示,尿液中大部分為入血的原型成分,糞便中多為苯乙醇苷類、酚苷類等成分(表3),推測該類未被腸道吸收的原型成分主要通過糞便排出體外。

表3 大鼠尿液和糞便中成分鑒定
將入血成分輸入到TCMSP 2.3、STITCH 5.0、SwissTargetPrediction 和SuperPred 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,結(jié)果共有7 個入血成分篩選到靶點(diǎn),收集得到的靶點(diǎn)并刪除重復(fù)靶點(diǎn),整理共得到118 個靶點(diǎn),見表4。同時利用Cytoscape 3.5.1 構(gòu)建厚樸藥材、入血成分和相關(guān)靶點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖(圖2)。

圖2 厚樸的藥物-入血成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

表4 厚樸主要入血成分靶點(diǎn)
利用TTD、DiGSeE 2.01、OMIM、DrugBank、HPO 數(shù)據(jù)庫并結(jié)合文獻(xiàn)[27-33],檢索胃輕癱疾病靶點(diǎn),經(jīng)整理合并后共得到55個靶點(diǎn)(表5)。

表5 胃輕癱疾病靶點(diǎn)
通過STRING 10.5 對藥物、胃輕癱靶點(diǎn)構(gòu)建PPI 網(wǎng)絡(luò)。藥物靶點(diǎn)PPI 網(wǎng)絡(luò)得到607 個節(jié)點(diǎn)和7252條邊;胃輕癱靶點(diǎn)PPI 網(wǎng)絡(luò)得到547 個節(jié)點(diǎn)和9171條邊,平均節(jié)點(diǎn)度值為6.23。通過Cytoscape 3.5.1對藥物、胃輕癱PPI數(shù)據(jù)取交集,結(jié)果得到124個節(jié)點(diǎn)(圖3),可以看出人激肽原1(KNG1)、磷脂酰肌醇3-激酶催化亞基α(PIK3CA)、表皮生長因子(EGF)、內(nèi)皮型一氧化氮合酶3(NOS3)、血管內(nèi)皮生長因子A(VEGFA)等為PPI核心靶點(diǎn)。

圖3 厚樸治療胃輕癱靶點(diǎn)的PPI網(wǎng)絡(luò)
利用DAVID 6.7 平臺對藥物疾病交集的核心靶點(diǎn)進(jìn)行GO 富集分析及KEGG 通路富集分析。GO 富集分析包括分子功能、細(xì)胞組分、生物學(xué)過程分析,分子功能主要涉及細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、血小板脫顆粒及RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控等方面;細(xì)胞組分主要涉及血小板α顆粒腔體、細(xì)胞質(zhì)膜、胞外區(qū)等方面;生物學(xué)過程主要涉及血小板脫顆粒、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1(ERK1)和ERK2 的正向調(diào)節(jié)、對藥物的反應(yīng)等方面。以-lgP值進(jìn)行排名并列出排名前15 的途徑,見圖4。對富集得到的通路結(jié)果,以-lgP及各通路連接的基因數(shù)從大到小進(jìn)行排序,見圖5。結(jié)果表明,厚樸中有效成分可能通過催乳素信號通路、雌激素信號通路、RAS 信號通路及神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路等發(fā)揮胃腸推動作用。

圖4 厚樸入血成分與胃輕癱疾病交集核心靶點(diǎn)GO富集分析

圖5 厚樸入血成分與胃輕癱疾病交集核心靶點(diǎn)KEGG通路富集分析
化學(xué)成分研究表明,厚樸中除含有厚樸酚類成分外,還含有多種苯乙醇苷類化學(xué)成分,從本實(shí)驗中大鼠的尿液和糞便中均能檢出,推測這些化合物很難被吸收。李玲等[34]通過研究苯乙醇苷類化合物木蘭苷A 在大鼠體內(nèi)的藥動學(xué)發(fā)現(xiàn),此類化合物具有吸收快、消除迅速且生物利用度低的特點(diǎn),口服給藥后在大鼠尿液和糞便中檢測到的苯乙醇苷類化合物多丟失1 個咖啡酰基得到m/z461 [M-HC9H6O3]-,或者失去1 個脫氧六碳糖基得到只連1 個葡萄糖基的苯乙醇苷部分m/z315[M-H-C9H6O3-C6H10O4]-,此后該部分裂解為丟失葡萄糖基的苷元和1 分子水后形成的脫氫離子m/z135 [M-HC9H6O3-C6H10O4-C6H12O6]-,與苯乙醇苷類化合物的裂解方式一致,下一步將根據(jù)每種化學(xué)成分的裂解規(guī)律開展代謝產(chǎn)物研究。
厚樸具有燥濕消痰、下氣除滿的功效,為消除脹滿的要藥。而胃輕癱綜合征是指以胃排空延緩為特征的臨床癥狀群,主要表現(xiàn)為早飽、餐后上腹飽脹、惡心、發(fā)作性干嘔、嘔吐、體質(zhì)量減輕等,又稱胃麻痹、胃無力等。胃輕癱綜合征不僅發(fā)生在胃手術(shù)后,還可見于其他腹部手術(shù)后和代謝疾病中,是一種影響胃功能的潛在嚴(yán)重疾病,如糖尿病胃輕癱(DGP)是糖尿病患者最常見的消化道并發(fā)癥,以非機(jī)械性梗阻所致的胃排空延遲為主要特點(diǎn)[35]。胃排空過程受神經(jīng)、激素、血糖等多系統(tǒng)、多因素調(diào)節(jié),這些組織學(xué)變化及相關(guān)調(diào)控因素的改變與DGP 的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。核心靶點(diǎn)KNG1 是硫醇蛋白酶的抑制劑,高分子量激肽原(HMWK)釋放的活性肽緩激肽能影響平滑肌收縮,降低血液中葡萄糖水平[36];PI3K 的激活在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3),PIP3 通過將含有PH 結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)[包括絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1(Akt1)和磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDPK1)]募集到膜上而發(fā)揮關(guān)鍵作用,激活參與細(xì)胞生長、存活、增殖、運(yùn)動和形態(tài)的信號級聯(lián)通路,并在受體酪氨酸激酶配體如EGF、胰島素樣生長因子1(IGF1)、VEGFA 和血小板衍生生長因子(PDGF)的刺激下參與Akt1 的激活,通過胰島素受體底物(IRS)蛋白參與信號傳導(dǎo)[37]。VEGFA 是在血管生成和內(nèi)皮細(xì)胞生長中具有活性的生長因子,能夠誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖,促進(jìn)細(xì)胞遷移,抑制細(xì)胞凋亡并誘導(dǎo)血管通透化[38]。NOS3 能夠產(chǎn)生一氧化氮(NO),NO作為一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),可引起胃底容受性和幽門松弛,在DGP 的發(fā)病中起到重要作用[39]。黃穎秋等[40]證實(shí)NO 作為一種新型的非腎上腺非膽堿能(NANC)神經(jīng)遞質(zhì),可能參與胃排空的調(diào)節(jié),NO增多引起括約肌松弛,反之,括約肌收縮。DGP 患者神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)NO 水平顯著增高,且隨DGP 病程的延長和血糖的升高而進(jìn)行性增加[27-28],而核心靶點(diǎn)NOS3能參與調(diào)節(jié)一氧化氮合酶的活性。
Thomas 等[29]認(rèn)為p38MAPK 通路的激活可以加快雌激素受體(ER)的轉(zhuǎn)運(yùn)速度及其與雌激素反應(yīng)元件(EREs)的結(jié)合,從而證明雌激素對胃排空有重要的作用。這與研究發(fā)現(xiàn)胃輕癱患者以女性居多,男女比例約為1∶4,且女性患者的癥狀會隨雌激素水平的變化而變化相符合,由此推測雌激素會影響DGP 患者胃排空進(jìn)程[30-31]。此 外,Gonenne 等[32]研究表明,雌激素可使胃排空時間延長,但胃腸傳輸時間不受影響。有研究表明,雌二醇可刺激胃腸道非腎上腺素非膽堿能神經(jīng)釋放NO,從而減慢胃排空[33]。雌激素信號通路上有厚樸與胃輕癱疾病的共同靶點(diǎn)NOS3,因此推測厚樸可能通過調(diào)節(jié)雌激素信號通路改善胃排空。有研究表明,厚樸提取物及厚樸酚可提高小鼠胃排空率及小腸推進(jìn)率,其對胃腸動力的促進(jìn)作用可能與興奮M 膽堿受體和調(diào)節(jié)5-羥色胺3(5-HT3)有關(guān)[41]。而張衛(wèi)衛(wèi)[42]研究結(jié)果顯示,厚樸酚與和厚樸酚可以抑制乙酰膽堿(ACH)、5-HT 所致的大鼠離體胃底條的收縮,使胃腸平滑肌松弛。此外,厚樸酚與和厚樸酚作為非競爭性毒蕈堿拮抗劑,兩者均能抑制ACH 誘導(dǎo)的平滑肌收縮和ACH 誘導(dǎo)的細(xì)胞外Ca2+依賴性收縮[41,43-46],其改善胃排空和腸推進(jìn)功能的作用可能與胃腸平滑肌松弛功能有關(guān)。
綜上所述,本研究基于血清藥物化學(xué)與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué),在體內(nèi)化學(xué)成分分析辨識的基礎(chǔ)上通過關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及分析,初步闡釋了厚樸“下氣除滿”的作用機(jī)制,可為厚樸質(zhì)量標(biāo)志物的研究和相關(guān)藥效物質(zhì)的作用機(jī)制探究提供一定參考。