薛 娟,楊 欣,莫共柔,劉龍江,陳 彪,柴慧芳
肝臟作為人體重要的代謝和解毒器官,會(huì)受到各種因素的損害,如長(zhǎng)期酗酒、病毒感染、藥物毒性、代謝紊亂、不良情緒和免疫反應(yīng)等。然而目前肝損傷的臨床治療效果不佳,病死率較高[1]。因此,探索有效的防治肝損傷的藥物具有重要的意義。中醫(yī)藥以其多成分、多靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在防治肝損傷方面展示了廣闊的開(kāi)發(fā)前景。黃柏為蕓香科植物黃皮樹(shù)(PhellodendronamurenseSchneid.)的干燥樹(shù)皮,味苦、性寒,歸腎、膀胱經(jīng),具有清熱燥濕、瀉火除蒸、解毒療瘡之效,收載于《中國(guó)藥典》[2],2021年入選貴州省道地藥材目錄(第一批)?,F(xiàn)代研究[3-5]表明黃柏含有生物堿、酚酸、檸檬苦素、多糖等成分,具有抗菌、保肝、抗?jié)?、抗氧化、抗痛風(fēng)等多種藥理活性[6-8]。與其他中藥一樣,黃柏化學(xué)成分復(fù)雜、作用靶點(diǎn)多,其保護(hù)肝臟作用的機(jī)制研究較少,有待深入探討。該研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合小鼠免疫肝損傷實(shí)驗(yàn)?zāi)P?深入探討黃柏提取物對(duì)肝損傷的保護(hù)作用及機(jī)制,為充分利用黃柏豐富的天然植物資源提供重要的科學(xué)依據(jù)。
1.1 材料
1.1.1主要試劑和儀器 黃柏藥材購(gòu)于貴州苗立克中藥科技有限公司,批號(hào):171101,生產(chǎn)許可證:黔20160079。刀豆蛋白A(Con A,貨號(hào):824V032)購(gòu)于北京索萊寶科技有限公司;過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT,貨號(hào):20211116)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD,貨號(hào):20211213)、丙二醛(malondialdehyde,MDA,貨號(hào):20211118)試劑盒購(gòu)于南京建成生物工程研究所;腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α,貨號(hào):Dec 2021)、白細(xì)胞介素(intreleukin,IL)-6、IL-1β、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor β1, TGF-β1)購(gòu)于上海茁彩生物科技有限公司(貨號(hào)均為Dec 2021);酶標(biāo)分析儀購(gòu)于北京普朗新技術(shù)有限公司,分析天平購(gòu)于上海市卓精電子科技有限公司。
1.1.2實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 60只雄性BALB/c小鼠,5~6周齡,18~22 g,均購(gòu)于長(zhǎng)沙市天勤生物技術(shù)有限公司,許可證號(hào):SCXK(湘):2019-0014。
1.2 方法
1.2.1黃柏活性成分篩選和靶點(diǎn)預(yù)測(cè) 借助中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(TCMSP,https://tcmspw.com),以“黃柏”為檢索詞,以口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%,類(lèi)藥性(drug-likeness,DL)≥0.18為設(shè)定條件,篩選黃柏潛在的活性化學(xué)成分。將化學(xué)成分輸入Pubchem (https: / /pubchem.ncbi.nlm.nih.gov /)數(shù)據(jù)庫(kù)中下載“SDF”格式的分子結(jié)構(gòu),然后上傳至Swiss target prediction平臺(tái)(http://www.swisstar getprediction.ch/)篩選藥物作用靶點(diǎn)。
1.2.2疾病靶點(diǎn)篩選 以“l(fā)iver injury”為關(guān)鍵詞在GeneCards(http://www.genecards.org/)、OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.omim.org)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索疾病靶點(diǎn),將兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)靶點(diǎn)信息進(jìn)行合并去重,獲得肝損傷相關(guān)靶點(diǎn)。將黃柏活性成分靶點(diǎn)和疾病靶點(diǎn)導(dǎo)入FunRich 3.1.3軟件取交集,最終獲得黃柏治療肝損傷的潛在作用靶點(diǎn)。
1.2.3蛋白相互作用 將獲取的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING(https: //cn.string-db.org/)網(wǎng)站,得到蛋白互作網(wǎng)絡(luò)(PPI)和TSV文件,再用R軟件對(duì)TSV文件的靶點(diǎn)數(shù)據(jù)行統(tǒng)計(jì)和繪圖分析。
1.2.4GO功能及KEGG通路富集分析 利用R軟件對(duì)潛在作用靶點(diǎn)進(jìn)行京都基因(geneontology, GO和基因組百科全書(shū)(kyoto encyclopedia of genes and gnomes, KEGG)通路分析。GO分析包括生物學(xué)過(guò)程(biological process, BP),細(xì)胞組分(cellular component, CC)和分子功能(molecular function, MF) 3個(gè)方面。GO和KEGG均選取排名前10名結(jié)果,繪制氣泡圖。
1.2.5分子對(duì)接 37個(gè)活性化合物從PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)下載3D結(jié)構(gòu)的sdf文件并進(jìn)行能量?jī)?yōu)化,再?gòu)腜DB網(wǎng)站下載蛋白互作網(wǎng)絡(luò)(protein protein interaction network,PPI)關(guān)聯(lián)度最高的5個(gè)蛋白的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),存為pdb文件,后將其導(dǎo)入SYBYL 2.1.1軟件中進(jìn)行預(yù)處理,包括提取配體小分子、去除水分子、加氫等。最后利用SYBYL 2.1.1將對(duì)應(yīng)的化合物與蛋白進(jìn)行分子對(duì)接,利用打分函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.2.6動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
1.2.6.1分組、給藥及模型建立 雄性BALB/c小鼠,隨機(jī)分成6組,每組10只:空白組、模型組、陽(yáng)性藥物組及黃柏多糖高、中、低劑量組??瞻捉M和模型組以等體積生理鹽水進(jìn)行灌胃,陽(yáng)性藥物組以聯(lián)苯雙酯滴丸200 mg/kg的劑量進(jìn)行灌胃,黃柏多糖高、中、低劑量組分別以黃柏多糖686.4、343.2、171.4 mg/kg進(jìn)行灌胃(劑量依據(jù)《中國(guó)藥典》中黃柏人用劑量經(jīng)人/小鼠等效劑量折算后設(shè)置),每日灌胃1次,連續(xù)灌胃14 d。末次灌胃1 h后,空白組尾靜脈注射生理鹽水10 ml/kg,其余5組靜脈注射Con A 15 mg/kg造模。禁食禁水6 h,小鼠眼球取血,室溫靜止后離心,血清-80 ℃保存;隨后立即脫臼處死小鼠,摘取的肝臟部分于-80 ℃冰箱保存,部分常溫保存,用4%多聚甲醛固定。
1.2.6.2肝組織病理觀察 部分肝組織用4%多聚甲醛后,石蠟包埋切片,將切片入二甲苯,水化,蘇木精-伊紅(HE)染色,在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行病理形態(tài)檢查。
1.2.6.3小鼠血清中堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(aspartate aminotransferase,AST)水平檢測(cè) 小鼠血清按照試劑盒說(shuō)明書(shū)檢測(cè)ALP、AST水平。
1.2.6.4肝臟中SOD、CAT、MDA水平檢測(cè) 取肝組織適量,生理鹽水配成勻漿液,15 000 r/min離心10 min,取上清液,用BCA法測(cè)肝組織蛋白濃度,按照試劑盒說(shuō)明書(shū)測(cè)定MDA、CAT水平與SOD活性。
1.2.6.5血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1炎癥因子含量的測(cè)定 采用ELISA法,嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明檢測(cè)小鼠血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1含量。
1.2.6.6qRT-PCR檢測(cè)肝組織TNF-α mRNA表達(dá) 取肝臟組織提取RNA,逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,以β-actin作為內(nèi)參照,采用2-ΔΔCt法計(jì)算TNF-α基因mRNA表達(dá)水平。TNF-α上游引物:5′-GAGACAGATGTGGGGTGTGA-3′,下游引物5′-GTCACTCGGGGTTCGAGAAG-3′。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0軟件,組間比較用單因素方差分析,LSD-t檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 黃柏活性成分靶點(diǎn)及疾病靶基因篩選結(jié)果最終獲得37個(gè)黃柏化學(xué)成分,見(jiàn)表1。37個(gè)成分經(jīng)Swiss target prediction平臺(tái)預(yù)測(cè)獲得467個(gè)靶點(diǎn)蛋白?;贕eneCards、OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)檢索,整理得到2 607 個(gè)疾病靶點(diǎn);將上述黃柏靶點(diǎn)蛋白與疾病靶點(diǎn)取交集并繪制Venn圖,得到核心靶點(diǎn)346個(gè),見(jiàn)圖1。
圖1 中藥黃柏與肝損傷交互靶點(diǎn)信息
表1 黃柏活性成分信息
2.2 蛋白相互作用346個(gè)靶點(diǎn)使用STRING進(jìn)行PPI分析,利用R語(yǔ)言繪制蛋白質(zhì)節(jié)點(diǎn)的條形圖,見(jiàn)圖2。Degree排名前5的節(jié)點(diǎn)包括TNF-α,絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1(serine/threonine-protein kinase 1,AKT1),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3),表皮生長(zhǎng)因子受體(pidermal growth factor receptor,EGFR)和半胱天蛋白酶3(caspase-3,CASP3)。
圖2 PPI網(wǎng)絡(luò)核心基因條形圖
2.3 GO功能及KEGG通路富集分析使用R語(yǔ)言完成346個(gè)靶點(diǎn)的GO富集分析,輸出前10項(xiàng),見(jiàn)圖3(A~C)。結(jié)果顯示346個(gè)靶點(diǎn)參與的生物過(guò)程中主要富集于MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)的正向調(diào)控、激酶活性的正向調(diào)節(jié)、對(duì)異種刺激的反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)等;細(xì)胞組分主要涉及膜筏、膜微域、神經(jīng)元細(xì)胞體、焦點(diǎn)粘連等;分子功能主要為蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶活性、蛋白絲氨酸激酶活性、蛋白酪氨酸激酶活性和RNA聚合酶II-特異性DNA-結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合等。
圖3 GO功能和KEGG通路富集分析氣泡圖
346個(gè)靶點(diǎn)涉及的信號(hào)通路同樣基于R語(yǔ)言輸出前10項(xiàng),見(jiàn)圖3D。主要涉及PI3K-Akt信號(hào)通路(PI3K-Akt signaling pathway)、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化(lipid and atherosclerosis)、癌癥中的蛋白多糖(proteoglycans in cancer)、乙型肝炎(Hepatitis B)等。
2.4 分子對(duì)接基于SYBYL 2.1.1分子對(duì)接驗(yàn)證黃柏37個(gè)化學(xué)成分與5個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)的結(jié)合情況,對(duì)接結(jié)果以打分函數(shù)T_score≥5為閾值,T_score≥5表示活性成分與靶標(biāo)蛋白有較好的結(jié)合,分子對(duì)接結(jié)果見(jiàn)表2。37個(gè)成分中,22個(gè)成分能與AKT1有較好的結(jié)合,21個(gè)成分能與CASP3、TNF-α有較好的結(jié)合,17個(gè)成分能與STAT3、EGFR有較好的結(jié)合。37個(gè)成分中,9個(gè)化學(xué)成分能同時(shí)與5個(gè)靶點(diǎn)(TNF-α、AKT1、STAT3、EGFR、CASP3)有較好的結(jié)合(T_score≥5,圖4),分別是Hericenone H、delta 7-stigmastenol、campesterol、Candletoxin A、beta-sitosterol、quercetin、phellamurin_qt、poriferast-5-en-3beta-ol、niloticin,它們可能是黃柏治療肝損傷的關(guān)鍵成分,后續(xù)將進(jìn)一步深入研究。
圖4 分子對(duì)接熱圖
表2 分子對(duì)接分析
2.5 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.5.1小鼠肝組織病理變化 各組小鼠肝組織HE染色結(jié)果如圖5所示??瞻捉M肝臟組織結(jié)構(gòu)正常,肝細(xì)胞排列整齊、分布均勻,細(xì)胞核完整,無(wú)炎癥顆粒細(xì)胞浸潤(rùn)。模型組肝臟組織結(jié)構(gòu)明顯異常,肝細(xì)胞已經(jīng)紊亂,細(xì)胞核固縮,且有炎性顆粒細(xì)胞浸潤(rùn)。與模型組相比,陽(yáng)性對(duì)照組和黃柏多糖高劑量組肝臟組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)顯著改善,炎性顆粒細(xì)胞明顯減少,黃柏多糖中、低劑量組也有一定改善。
圖5 黃柏多糖對(duì)Con A誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織病理變化的影響 HE ×100
2.5.2小鼠肝功能指標(biāo)AST、ALP的檢測(cè) 與空白組相比,模型組小鼠血清AST、ALP水平顯著升高(P<0.01),說(shuō)明尾靜脈注射Con A對(duì)小鼠肝組織造成了嚴(yán)重?fù)p傷。各給藥組小鼠的ALP、AST水平與模型組相比,均下降,其中黃柏多糖高劑量組有顯著差異(P<0.01),黃柏多糖中劑量組有差異(P<0.05),見(jiàn)表3。
表3 黃柏多糖對(duì)小鼠血清AST、ALP的影響
2.5.3肝臟中SOD、CAT、MDA的水平檢測(cè) 與空白組對(duì)比,模型組小鼠肝臟中的SOD、CAT含量顯著下降(P<0.01),MDA含量顯著升高(P<0.01)。黃柏多糖干預(yù)后,SOD、CAT含量均有所升高,MDA含量有所降低,其中高劑量組變化最顯著(P<0.01),中劑量組次之(P<0.05),低劑量組最弱,見(jiàn)圖6。
圖6 黃柏多糖對(duì)肝損傷小鼠血清SOD、CAT、MDA的影響
2.5.4血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1免疫炎癥因子含量的測(cè)定 各組對(duì)Con A誘導(dǎo)肝損傷小鼠血清炎癥因子的影響結(jié)果見(jiàn)圖7。與空白組比較,模型組小鼠血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1含量顯著升高(P<0.01)。給予黃柏多糖后,各組小鼠血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1均有一定程度的降低,其中高劑量組變化最顯著(P<0.01),中劑量組次之(P<0.05或0.01),低劑量組各因子也有所降低,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
圖7 黃柏多糖對(duì)肝損傷小鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1細(xì)胞因子的影響
2.5.5qRT-PCR檢測(cè)肝組織TNF-α mRNA表達(dá) 選取PPI網(wǎng)絡(luò)中最重要的TNF-α基因進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。與空白組比較,模型組小鼠肝組織中TNF-α mRNA表達(dá)水平顯著升高(P<0.01)。與模型組相比,黃柏多糖高、中劑量組TNF-α mRNA水平顯著降低(P<0.01或0.05),黃柏多糖低劑量組也有所降低,見(jiàn)圖8。
圖8 黃柏多糖對(duì)肝損傷小鼠肝臟TNF-α mRNA表達(dá)的影響
中藥是中華文明的瑰寶,在防治肝病方面有著悠久的用藥歷史,因此,以中藥為著眼點(diǎn),開(kāi)發(fā)其藥用價(jià)值并探討作用機(jī)制有一定的創(chuàng)新性。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的出現(xiàn)為預(yù)測(cè)中藥成分靶標(biāo)和疾病基因提供了新的手段,它從整體角度探索藥物與疾病的關(guān)聯(lián)性[9]。因此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證黃柏抗肝損傷的作用機(jī)制、篩選其活性成分靶點(diǎn)有重要意義。
本研究首先于TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)檢索并篩選得到37個(gè)黃柏潛在的活性成分,主要有小檗堿、黃連堿、黃柏酮等多種化合物。研究[10]表明,黃柏提取液對(duì)D-氨基半乳糖(D-Gal N)誘導(dǎo)的急性肝損傷有較好的預(yù)防性保護(hù)作用,其作用機(jī)制可能與清除氧自由基,降低脂質(zhì)過(guò)氧化等抗氧化作用有關(guān)。黃柏乙醇提取物對(duì)α-萘異硫氰酸酯(ANIT)誘導(dǎo)的黃疸型肝炎模型小鼠具有一定的預(yù)防及治療作用。同時(shí),對(duì)于黃藥子導(dǎo)致的肝中毒,黃芩、黃柏及其配伍使用可顯著降低大鼠血清轉(zhuǎn)氨酶,其中黃芩配伍黃柏使用效果最佳。這些研究結(jié)果均表明黃柏有效成分具有保護(hù)肝損傷作用,然而,藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及作用分子機(jī)制尚不明確。
對(duì)黃柏與肝損傷疾病交集靶點(diǎn)進(jìn)行PPI分析,結(jié)果顯示TNF-α、AKT1、STAT3、EGFR和CASP3是5個(gè)度值最大的靶點(diǎn)。TNF-α可促白細(xì)胞活化、聚集、黏附,也可促血小板活化,加重組織炎癥反應(yīng),致肝損傷[9]。AKT1參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝、氧化應(yīng)激、炎癥等方面相關(guān)的信號(hào)通路[11]。STAT3廣泛分布于各個(gè)器官,參與各胚層發(fā)育、免疫細(xì)胞分化發(fā)育、腫瘤等各種病理生理過(guò)程,是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、存活,以及自身免疫和炎癥的關(guān)鍵因子,EGFR在控制炎癥方面具有關(guān)鍵作用;經(jīng)過(guò)上述分析,5個(gè)核心靶點(diǎn)主要與炎癥、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和免疫反應(yīng)等密切相關(guān)。
GO分析顯示,黃柏活性成分治療肝損傷涉及MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)的正向調(diào)控、激酶活性的正向調(diào)節(jié)、對(duì)異種刺激的反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)等,KEGG分析結(jié)果表明,黃柏可能通過(guò)PI3K-Akt信號(hào)通路、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥中的蛋白多糖、乙型肝炎等通路發(fā)揮對(duì)肝臟的保護(hù)作用。其中,脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化通路可能是肝損傷發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié),KEGG分析顯示TNF-α、AKT1、CASP3、STAT3等多個(gè)靶點(diǎn)均富集在該通路上,說(shuō)明調(diào)控該通路可能是黃柏緩解臨床癥狀、保護(hù)肝損傷的作用機(jī)制。
進(jìn)一步對(duì)黃柏潛在活性成分等與關(guān)鍵靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行分子對(duì)接,發(fā)現(xiàn)大部分活性成分可與靶點(diǎn)蛋白有較好的結(jié)合作用,其中Hericenone H、delta 7-stigmastenol、campesterol、Candletoxin A、beta-sitosterol、quercetin、phellamurin_qt、poriferast-5-en-3beta-ol、niloticin 9個(gè)成分均可與5個(gè)核心靶點(diǎn)TNF-α、AKT1、STAT3、EGFR和CASP3結(jié)合,由此推測(cè)該9個(gè)成分可能是這些靶點(diǎn)蛋白的潛在抑制劑,而這5個(gè)靶點(diǎn)亦可能是黃柏治療肝損傷的關(guān)鍵靶點(diǎn)。
綜合考慮網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)以及分子對(duì)接結(jié)果,進(jìn)一步進(jìn)行小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。研究[12]表明,黃柏具有廣譜抗炎和免疫調(diào)節(jié)活性。如黃柏水提物可通過(guò)抑制γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)、IL-1、TNF-α等細(xì)胞因子的產(chǎn)生和分泌,從而抑制小鼠遲發(fā)型超敏反應(yīng)(delayed type hypersensitivity,DTH)。由Con A引起的肝損傷是國(guó)際公認(rèn)的免疫性肝損傷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型,因此本研究選擇Con A建立小鼠肝損傷模型。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,經(jīng)黃柏多糖治療后,Con A誘導(dǎo)的肝損傷小鼠轉(zhuǎn)氨酶水平降低,肝臟組織中SOD、CAT水平升高,MDA水平下降,黃柏多糖干預(yù)可降低肝損傷小鼠血清中促炎因子TNF-α、IL-6、IL-1β、TGF-β1水平,明顯逆轉(zhuǎn)了Con A誘導(dǎo)的肝損傷小鼠肝臟TNF-α mRNA水平的升高。研究表明,測(cè)定血清中ALP和AST活性可反映肝細(xì)胞損傷的程度;同時(shí),當(dāng)肝細(xì)胞受到損傷后,MDA含量升高,其具有較強(qiáng)毒性,可導(dǎo)致細(xì)胞裂解和壞死,破壞蛋白和酶的結(jié)構(gòu)和功能[13-14],同時(shí),作為抗氧化酶的SOD和CAT發(fā)揮抗氧化作用,從而防止肝細(xì)胞損傷[15]。以上結(jié)果表明黃柏多糖保護(hù)肝損傷作用可能與降低體內(nèi)氧化應(yīng)激及調(diào)控炎癥因子水平有關(guān)。
綜上所述,黃柏提取物可以改善Con A誘導(dǎo)的小鼠免疫性肝損傷,其機(jī)制可能通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本研究為黃柏治療肝損傷奠定了一定的研究基礎(chǔ),但仍需細(xì)胞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。