王世軍 于華蕓 季旭明 吳智春 韓冰冰 (山東中醫(yī)藥大學,山東 濟南 250355)
陽虛是引起衰老的主要原因〔1〕,如《素問》云:“陽氣者,若天與日,失其所則折壽而不彰,故天運當以日光明”,治當補火助陽之法。附子為毛莨科植物烏頭(Aconitum carmichaeli Debx.)的子根加工品。臨床常取其辛甘大熱之性,補火助陽用治腎陽不足,命門火衰所致陽痿滑精、宮寒不孕以及眩暈耳鳴,須發(fā)早白等癥?,F(xiàn)代藥理學研究也證實附子有一定的抗氧化、抗衰老作用〔2〕,并能興奮下丘腦-垂體-性腺軸。但尚未有從基因水平研究其發(fā)揮“溫陽補火”功效用治陽虛衰老病證機制的相關(guān)報道。本項研究應(yīng)用全基因組基因芯片技術(shù),研究大鼠灌胃附子水煎液后肝組織基因表達譜的變化,為附子溫熱效應(yīng)及產(chǎn)生機制提供新的實驗依據(jù)。
1.1 實驗動物 SPF級雄性Wistar大鼠20只,體重180~200 g,魯抗醫(yī)藥集團股份有限公司實驗動物中心提供,合格證號:SCXK(魯)20080002。
1.2 實驗用藥 附子,水煎濃縮,濃度為0.675 g生藥/ml,4℃儲存?zhèn)溆谩?/p>
1.3 試劑與儀器 大鼠全基因組表達譜基因芯片,芯片類型:RatRef-12-V1,芯片條形碼編號:4562019003(美國Illumina公司);Unizol試劑和cRNA擴增與標記試劑盒(上海博星基因芯片有限責任公司);DEPC(美國Sigma公司);定量PCR試劑盒(上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司);微珠芯片掃描儀和微珠芯片分析軟件(美國 Illumina公司);核酸分析儀(美國 Infinigen公司);FR-200型凝膠成像儀(上海復(fù)日科技);AB 7900熒光定量PCR儀(美國ABI公司)。
1.4 實驗分組與給藥方法 實驗動物隨機分為附子組和對照組,每組10只。附子組灌胃附子水煎濃縮液1 ml(含生藥)/100 g,對照組灌胃等容量生理鹽水,1次/d,連續(xù)20 d。
1.5 肝組織總RNA提取與質(zhì)量檢測 給藥結(jié)束后處理動物,迅速剝?nèi)〈笫蟾谓M織,Unizol試劑提取肝組織總RNA,核酸分析儀定量,1%瓊脂糖凝膠電泳質(zhì)檢。
1.6 RNA擴增和芯片制作 按照Illumina Total Prep RNA擴增試劑盒操作程序進行RNA擴增。RNA反轉(zhuǎn)錄合成第1鏈cDNA,合成第2鏈 cDNA,cDNA純化,體外轉(zhuǎn)錄合成 cRNA,cRNA純化,雜交,洗滌,染色,干燥后進行芯片掃描。
1.7 基因芯片數(shù)據(jù)處理與分析 應(yīng)用微珠芯片掃描儀掃描芯片,應(yīng)用微珠芯片圖像分析軟件對芯片灰度掃描圖進行分析處理。應(yīng)用立方樣條函數(shù)(Cubic Spline)方法對原始數(shù)據(jù)歸一化處理。差異基因的篩選標準為附子組與對照組為有效基因,且實驗組差異分值(Diffscore值)<-20或者大于>+20。利用Agilent Genespring GX 11分析軟件對差異基因按照Gene Ontology(GO)分類標準進行基因功能分類注釋,Log10P值<-1.3的基因功能為顯著性基因功能。
1.8 實時熒光定量PCR驗證 選取附子組與對照組比較差異表達的基因 Gclc為目的基因,β-actin為管家基因,采用SYBR GreenⅠ法進行實時熒光定量PCR檢測以驗證芯片數(shù)據(jù)的可靠性。引物由primer-5.0設(shè)計,基因Gclc的引物序列:上游:ACCTCTGCTGAGAACAGTCGTC,下游:ATCTGGAATGAAATGAATGGCT。實時PCR分析由AB 7900熒光定量PCR儀完成。每個樣本重復(fù)測定3次。
2.1 總RNA抽提結(jié)果 兩組總RNA的Ratio比值(OD260nm/OD280nm)均在2.0左右,電泳檢查有清晰的RNA條帶,28 S和18 S比值在2∶1以上,符合基因芯片質(zhì)量檢測要求。見圖1。
圖1 各組RNA的電泳圖
2.2 基因芯片Cy3熒光掃描圖像 見圖2。
2.3 基因表達譜結(jié)果與生物信息學分析 附子組與對照組比較有592條基因差異表達,應(yīng)用Agilent Genespring GX 11分析軟件對差異基因進行基因功能顯著性分析,催化活性基因功能為較顯著性基因功能(Log10P值為-11.534 6),42條差異基因與氧化還原酶活性相關(guān)(上調(diào)26條,下調(diào)16條),其中7條與氧自由基的生成和清除相關(guān),3條涉及性激素代謝。見表1。
圖2 各組芯片熒光掃描圖
表1 附子組與對照組比較部分差異表達基因列表
2.4 實時熒光定量PCR驗證 Gclc基因在附子組與對照組2-△△Ct數(shù)值比是2.120 4,說明附子可以上調(diào)Gclc基因表達,與芯片結(jié)果一致。
附子可顯著增強老齡大鼠抗氧化酶活性,降低自由基代謝產(chǎn)物含量,起到延緩衰老的作用〔2〕;所含附子多糖能夠清除運動過程中產(chǎn)生的自由基,具有一定的抗氧化作用〔3〕。提示抗氧化、抗衰老可能是附子發(fā)揮溫熱效應(yīng)的途徑之一。
超氧陰離子是活性氧自由基的重要代表。NADPH氧化酶是機體內(nèi)超氧陰離子生成的重要催化酶〔4,5〕,由膜亞基細胞色素b558(p22phox和 gp91phox蛋白)、多個細胞質(zhì)亞基(p47phox、p67phox和 p40phox蛋白)和小 G 蛋白 Rac-1 組成〔6,7〕,其中 p22phox和p47phox分子分別由Cyba(NM_024160)和Ncf1(NM_053734)基因編碼。研究結(jié)果顯示,附子組Cyba和Ncf1表達下調(diào),提示附子可能通過下調(diào)Cyba和Ncf1表達水平,導(dǎo)致NADPH氧化酶水平或活性降低,減少超氧陰離子的生成〔8〕。
研究發(fā)現(xiàn),與自由基清除有關(guān)的 Gpx1、Gsr、Gclc、Dhcr2等基因表達上調(diào)。谷胱甘肽(GSH)是細胞內(nèi)重要的水溶性抗氧化劑,是羥自由基、H2O2和單線態(tài)氧的清除劑。谷氨酸半胱氨酸連接酶(GCL)是生物體內(nèi)GSH合成的限速酶。Gclc(NM_012815)編碼其催化亞單位,含有GCL所有底物的結(jié)合位點和所有的催化亞基,具有全酶活性〔9〕,其表達上調(diào)可增加GSH合成。Gpx1(NM_030826)和Gsr(NM_053906)則分別編碼谷胱甘肽過氧化物酶-1(GPx-1)和谷胱甘肽還原酶(GSR)。GPx-1是生物機體內(nèi)重要的抗氧化酶之一,利用谷胱甘肽作為還原劑,將生物體內(nèi)的H2O2或脂質(zhì)過氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O或較穩(wěn)定的脂類烴基化合物,從而阻斷活性氧對機體的損傷。GSR利用NADPH+H+作為供氫體,將上述反應(yīng)生成的氧化型的谷胱甘肽(GSSG)轉(zhuǎn)變?yōu)?GSH,以保證生理條件下細胞內(nèi) GSH和GSSG的高比值〔10〕。Dhcr24(XM_216452)編碼的24-脫氫膽固醇還原酶也被證實具有清除H2O2,抗氧化作用〔11〕。
此外,研究結(jié)果顯示,附子可調(diào)控性激素代謝相關(guān)基因的表達,上調(diào)雄激素代謝相關(guān)Srd5a1、Cyp3a18基因表達,下調(diào)性激素滅活相關(guān)基因Hsd17b2表達。Srd5a1(NM_017070)編碼類固醇-5α-還原酶-1,能催化睪酮轉(zhuǎn)化為生物活性不盡相同的另一種雄激素二氫睪酮;Cyp3a18(NM_145782)編碼CYP3A18蛋白,具有睪酮羥化酶活性,在雄激素代謝中發(fā)揮重要作用。Hsd17b2(NM_024391)編碼的17β-羥類固醇脫氫酶-2可催化雄激素和雌激素轉(zhuǎn)變?yōu)榈突钚缘男问剑瑓⑴c雌二醇、睪酮和DHT的滅活和排泄過程〔12〕。附子調(diào)控參與性激素代謝的氧化還原酶基因表達,可促進性激素轉(zhuǎn)化,減少其滅活和排泄。
由上可知,附子可調(diào)控氧自由基代謝相關(guān)基因的表達,即下調(diào)超氧陰離子生成催化酶基因水平,上調(diào)自由基清除相關(guān)基因表達水平,而減少自由基的生成,促進自由基的清除,發(fā)揮抗氧化作用;調(diào)控與性激素代謝相關(guān)的基因表達以促進性激素轉(zhuǎn)化,減少性激素滅活,發(fā)揮一定抗氧化、抗衰老作用,這可能是附子“助陽補火”臨床用治陽虛衰老的重要途徑,也是其溫熱效應(yīng)發(fā)揮的分子機制之一。
1 吳中朝,王玲玲,徐蘭風.試論老年人陽虛挾瘀衰老本質(zhì)〔J〕.江蘇中醫(yī),1994;21(2):135-7.
2 張 濤,王桂杰,白書閣.附子對老年大鼠抗氧化系統(tǒng)影響的實驗研究〔J〕. 中國老年學雜志,2001;21(2):135-7.
3 劉古鋒,吳偉康,段新芬,等.附子多糖對力竭運動小鼠自由基代謝的影響〔J〕.陜西醫(yī)學雜志,2008;37(5):529-31.
4 Cai H,Griendling KK,Harrison DG.The vascular NAD(P)H oxidase as therapeutic targets in cardiovascular diseases〔J〕.Trends Pharmacol Sci,2003;24(9):471-8.
5 Bayraktutan U,Blayney L,Shah AM.Molecular characterization and localization of the NAD(P)H oxidase components gp91-phox and p22-phox in endothelial cells〔J〕.Arterioscler Thromb Vasc Biol,2000;20(8):1903-11.
6 Babior BM.NADPH oxidase〔J〕.Curr Opin Immunol,2004;16(1):42-7.
7 Kim MJ,Shin KS,Chung YB,et al.Immunohistochemical study of p47Phox and gp91Phox distributions in rat brain〔J〕.Brain Res,2005;1040(1-2):178-86.
8 Ambasta RK,Kumar P,Griendling KK,et al.Direct interaction of the novel Nox proteins with p22phox is required for the formation of a functionally active NADPH oxidase〔J〕.J Biol Chem,2004;279(44):45935-41.
9 羅伶俐,鄒國民,李 冰,等.人γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶催化亞單位基因E-box元件功能初步分析〔J〕.中國病理生理雜志,2008;24(7):1428-30.
10 王 浩.生物化學〔M〕.北京:人民衛(wèi)生出版社,2002:404.
11 蘆秀麗,劉劍利,曹向宇,等.24-脫氫膽固醇還原酶抗氧化應(yīng)激作用的功能結(jié)構(gòu)域鑒定〔J〕.中國生物工程雜志,2009;29(5):50-4.
12 張萬飛.人類17β-羥類固醇脫氫酶的功能〔J〕.海南醫(yī)學,2008;19(1):127-30.