全 文 ：蜘蛛香药物依赖性评价的毒理基因表达谱研究
闫智勇 (生命科学与工程学院)
1 引言
药物既能起到防病治病作用 ,也能引起不良反应 ,这是药物作用的基本规律之一 ,中药也
不例外。目前 ,中药的安全性研究越来越引起人们的重视。
其中 ,药物依赖性(drug dependence)是中枢神经系统药物(如镇静催眠 、抗焦虑药等)引起
的一种常见的不良反应 ,同时也是一种严重危及人类健康并为全球所关注的公共卫生问题 ,其
是指药物长期与机体相互作用 ,使机体在生理机能 、生化过程和/或形态学发生特异性 、代偿性
和适应性改变的特性 ,停止用药可导致机体的不适和/或心理上的渴求。因此 ,在药物研究中 ,
对于具有上述特定中枢神经系统作用的药物 ,应该特别注重药物依赖性的评价研究 。
我们研究的药物蜘蛛香 ,始载于《本草纲目》 , 1977年版《中国药典(一部)》曾加以收载 ,称
其“性温 ,味辛 、微苦 ,功能理气止痛 、消炎止泻 、祛风除湿” 。近年来 ,项目组在蜘蛛香传统中医
药理论及应用的基础上 ,进一步提出蜘蛛香理气 、疏郁 、定志的认识 ,并通过实验研究 ,证明蜘
蛛香确有显著的抗焦虑作用 ,但其在抗焦虑的同时 ,是否存在产生药物依赖的潜在风险尚需进
一步的研究。
目前 ,毒理学领域形成的一个新的亚学科 ———毒理基因组学 ,为药物依赖研究提供了毒理
基因表达谱这个新的更加强大的技术平台。其利用基因组学的相关信息 ,将遗传学与生物信
息学结合起来 ,从基因整体水平研究药物的依赖作用 ,建立药物依赖作用与基因表达谱(Gene
expression profile)变化之间的关系 ,从而筛选和鉴别潜在的毒性药物 ,并阐明其作用机制 。
鉴此 ,我们拟利用毒理基因表达谱研究方法 ,通过功能基因组和生物信息学技术 ,对蜘蛛
香药物依赖性评价进行脑组织基因整体表达模式的研究 ,对于提高蜘蛛香是否存在药物依赖
性评价的灵敏性 、探讨产生药物依赖的潜在风险以及形成机制 ,增强其抗焦虑用药安全性都将
具有重要意义。
2 国内外研究现状
2.1 蜘蛛香研究
蜘蛛香是败酱科(Valerianaceae)缬草属(Valeriana Linn.)植物蜘蛛香(Valeriana jatamansi
Jones)的根茎 ,又名马蹄香(《广西中药志》)、雷公七(《贵州民间方药集》)、鬼见愁(《云南中草
药》)、香草子(《陕西中草药》)、臭药(成都《常用草药治疗手册》)等。
蜘蛛香始载于《本草纲目》 ,其记载:“蜘蛛香出蜀西茂松藩山中 。草根也 ,黑色有粗须 ,状
如蜘蛛及藁本 ,芎穷 ,气味芳香” 。1977年版《中国药典(一部)》曾加以收载 ,称其“性温 ,味辛 、
微苦 ,功能理气止痛 、消炎止泻 、祛风除湿 ,用于脘腹胀痛 、消化不良 、腹泻 、痢疾 、风湿痹痛和腰
膝酸软” 。
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基础研究 2010年第 3期
作者简介:闫智勇 ,男 ,助理实验师。
国内 、外化学和药理研究发现 ,蜘蛛香主含挥发油类成分 、环烯醚萜类成分 、黄酮类成分
等。具有镇静催眠和改善协调能力 、镇痛 、促进胃肠运动 、保护肠粘膜等作用。
近年来 ,我们项目组通过实验研究 ,发现蜘蛛香具有明确的抗焦虑作用 。
祖国医学并无“焦虑症”之名 ,但从临床表现看 ,应属于情志病 、心病范畴 ,可能与“郁证” 、
“惊” 、“恐” 、“惊悸”等病症有关 ,多由脏腑虚弱 、不良环境和精神刺激等侵扰 ,而致气机闭塞不
行 、心主神明失司所致 ,病机有实有虚。然而目前治疗焦虑多以益气 、滋阴 、养血等为治则 ,适
用于精气不足 、阴血亏虚所造成的阴不涵阳 ,阴阳失衡所致焦虑者 ,但现代人发病多实而少虚 ,
这就使以“滋养”为主的治疗有一定局限性。我们项目组在对蜘蛛香传统中医药理论及应用的
认识上 ,进一步认为蜘蛛香理气 、疏郁 、定志 ,更适合现代社会外邪(各种压力 、矛盾 、环境等)扰
心 、气机郁滞 、神失清明的邪实型焦虑症 。
目前 ,中药的安全性越来越引起人们的重视 ,特别是应用于精神系统疾病的药物 ,药物依
赖性是非常常见的一种毒副作用 ,同时也是一种严重危及人类健康并为全球所关注的公共卫
生问题。故蜘蛛香在其抗焦虑的同时 ,是否存在产生药物依赖的潜在风险尚需进一步的研究 ,
本项目拟在前期明确蜘蛛香抗焦虑作用基础上 ,对蜘蛛香是否具有药物依赖性和其潜在风险 ,
以及依赖性产生机制进行更加深入研究 。
2.2 药物依赖性研究
药物依赖性(drug dependence)是指药物长期与机体相互作用 ,使机体在生理机能 、生化过
程和/或形态学发生特异性 、代偿性和适应性改变的特性 ,停止用药可导致机体的不适和/或心
理上的渴求 。药物依赖性表现为精神(心理)和躯体(生理)两个方面 ,其中躯体依赖性在中枢
神经抑制性药物(如镇静催眠 、抗焦虑药)中表现较强 ,而中枢神经兴奋性药物多表现为精神依
赖性 。
目前能引起药物依赖的物质除了毒品外 ,临床上常用的药物如阿片类麻醉性镇痛剂 ,咖啡
因等中枢神经兴奋剂 ,以及巴比妥类 、苯二氮类等镇静催眠 、抗焦虑药使用不当都可引起药物
依赖的副作用 ,对其临床的正常使用产生了巨大的不良影响 。因此 ,在药物研究中 ,对于具有
上述特定中枢神经系统作用药物 ,都应进行药物依赖性评价研究 ,探讨其是否具有明显的药物
依赖性 ,或是否具有产生药物依赖性的潜在风险及其产生机制。
目前通过大量的动物实验及临床研究 ,发现虽然不同依赖性药物在化学结构 、作用靶位和
药理效应等方面存在差异 ,但都有导致滥用而最终发展到成瘾的共同重要特征 ,即这些药物通
过不同靶位激活脑中的奖赏中枢———中脑边缘多巴胺系统而产生奖赏效应 ,和奖赏效应相关
的神经递质涉及多巴胺 、5-羟色胺 、去甲肾上腺素 、β-内啡肽 、强啡肽和谷氨酸等 。另外 ,一
些细胞因子和蛋白酶也和药物依赖的产生有关 ,如脑源性神经营养因子(BDNF)、组织型纤溶
酶原激活剂(tPA)和基质金属蛋白酶(MMP)可加强奖赏效应的产生 ,而肿瘤坏死因子(TNF
-α)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)则可减弱奖赏效应。
药物依赖表现出的行为异常具有相当的稳定性 ,这提示依赖产生的机制可能存在基因表
达的异常 。目前研究认为 ,40%～ 60%的药物依赖易感性与遗传因子即基因有关 ,如对动物一
些基因进行修饰或敲除之后 ,动物对毒品的反应性发生改变。mGluR5受体基因敲除 ,小鼠自
身给药行为消失;Muscarinic M5受体基因缺乏 ,小鼠对阿片的偏好消失;D1和 D3受体突变的
小鼠与野生型小鼠在可卡因给药后 ,分别表现为活动抑制和活动增加 ,且 D1 、D3受体在 c-
fos的表达中起着相反的调控作用。另外研究表明蛋白激酶(Protein kinase C , PKC)的γ和ε
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基础研究 2010年第 3期
亚型基因在小鼠药物成瘾中也发挥重要作用;微粒体环氧化物水解酶基因 、前阿片黑素细胞皮
质激素基因表达改变和甲基苯丙胺 、阿片类 、可卡因 、酒精诱导的药物依赖有密切关系 。人群
中的研究表明 ,μ和δ阿片受体基因在不同群体之间存在单核苷酸多态性(SNP),特别是μ阿
片受体基因 118 nt位置的 SNP 在不同种族之间有很大的差别 ,具有特定 SNP 人群的阿片受
体对 β -内啡肽的亲和力增大 3倍 ,从而使该人群对阿片的易感性显著增加;前脑啡肽基因 、
D2 、D3 、D4和 D5多巴胺受体基因多态性与海洛因依赖易感性有关 。
然而 ,就像许多病理状态的产生一样 ,目前认为药物依赖的产生并不是由个别的基因表达
异常引起 ,而是由于多种机能紊乱 ,促使许多不同的基因共同作用导致的 。因此 , 采用新的研
究策略 , 对整个中枢神经系统的基因及基因表达产物 ,在系统生物学水平探索药物依赖的产
生机制 , 对于发现新的治疗药物作用靶标 、药物的合理改造和应用将具有重要的社会和科学
意义 。
2.3 药物依赖性研究新的强大技术平台———毒理基因表达谱研究
目前 ,毒理学领域形成的一个新的亚学科 ———毒理基因组学 ,为药物依赖研究提供了毒理
基因表达谱这个新的更加强大的技术平台。药物对细胞结构或功能的毒性损伤结果往往伴随
着基因表达水平上的改变 ,且这种改变一般出现更早 ,更敏感。毒理基因表达谱研究基于产生
毒性损伤的源头 ,从基因整体表达模式入手进行研究 ,比传统毒理学研究方法更省时省事 ,且
敏感性和特异性更高 。另外 ,该研究将基因表达模式的改变与药物毒性作用之间建立因果关
系 ,通过对大量同类化学物作用下基因表达模式的比较 ,确立此类毒性物质的特殊“生物标
志” ———特定的基因表达图谱 。通过检测潜在毒性药物作用下的基因表达 ,并与库中的数据进
行比较 ,即可对药物是否具有毒性进行预测和分类 。再者 ,药物的毒性作用通常涉及复杂的基
因级联调控机制 ,而传统的毒性检测方法往往着眼于某一个基因改变的具体细节。基因表达
谱研究不仅可对多个样品同时进行检测 ,而且可同时展现成千上万基因的整体表达模式及基
因间的网络调控模式 ,其高通量和并行性的优势是传统毒理学研究无法比拟的 。
反复的药物滥用可以通过一些机制从而改变脑中的基因表达。这些机制包括改变基因转
录的频率 ,改变初级 RNA向成熟的 mRNA转变的过程 ,改变 mRNA向蛋白质的翻译过程 ,以
及改变成熟的蛋白质向细胞内合适位置转运的过程 ,在这些机制中目前最为了解和最被人们
所接受的是基因转录过程的调节。药物依赖脑细胞活动的特定条件和特定时期 ,含有的 mR-
NA的种类和数目可以反映其功能和生化特性 ,如突触可塑性 、细胞骨架功能 、神经元能量的
变化 、细胞内信号的转导等。因此 ,对药物依赖脑组织基因表达谱的研究不仅能够提供有关神
经元生物学功能的基本信息 ,还能从脑整体水平反映神经元对药物刺激的生物学反应 ,从而探
明药物依赖形成的机制。
在此思路上 ,近年一些学者进行了毒品成瘾脑组织基因表达谱的观察 ,如 Lehrmann 等采
用Mammalian Gene Collection(MGC)芯片组分析了可卡因 、大麻和苯环利定毒品成瘾死亡者
大脑额叶皮质基因表达情况 ,发现一些基因转录的异常是滥用毒品所引起的特异性改变 。还
有研究观察了慢性可卡因成瘾者脑组织海马区基因转录情况 ,与对照组相比 ,慢性可卡因依赖
者显示海马区有 151个基因转录上调 , 91个基因转录下调。另外 ,有学者应用基因表达谱研
究方法 ,确认了和尼古丁依赖有关的 348条基因 ,从而发现了导致尼古丁依赖性产生的新的机
制因子。
但到目前为止 ,尚未发现有应用基因表达谱研究方法对抗焦虑药进行药物依赖性评价的
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脑组织基因表达谱研究。故本项目拟利用毒理基因表达谱研究方法 ,通过功能基因组和生物
信息学技术 ,对蜘蛛香药物依赖性评价进行脑组织基因整体表达模式的研究 ,对于提高蜘蛛香
是否存在药物依赖性评价的灵敏性 、探讨发生药物依赖的潜在风险以及形成机制 ,增强其抗焦
虑用药安全性都具有重要的意义。
脊椎动物酸味受体基因(PKD1L3/PKD2L1)
分子进化的研究
叶 春 (生命科学与工程学院)
1 引言
味觉对动物的摄食有着非常重要的作用 。动物通过味觉系统来评价食物的营养价值 、毒
性 、钠盐的含量以及食物的酸度。味觉可以分为甜味 、鲜味 、苦味 、酸味和咸味五种基本感觉形
式。动物如何感受这五种基本味觉一直是科学工作者关注的重要问题。近几年随着基因组计
划 、生物信息学与分子生物学发展 ,对味觉受体的研究取得了突破性进展 。研究表明:甜味和
鲜味受体基本属于味觉受体第一家族(Taste Receptor family 1 , T1R),苦味受体属于味觉受体
第二家族(Taste Receptor family 2 , T2R)。甜味 、鲜味和苦味受体已经被证实是G 蛋白耦联受
体(G Protein Coupled Receptor ,GPCR),其味觉信号传导机制的研究也比较全面和详细。而酸
味和咸味受体的具体编码基因和味觉信号传导机制至今还不清楚。
酸味普遍被认为是多数动物不喜欢的一种味道 ,它可以避免动物食用腐烂食物和未成熟
的水果。然而 ,多年以来 ,编码酸味受体的基因一直未被清楚鉴定 。ASIC2(Acid Sensing Ion
Channel 2 ,酸敏感离子通道 2)、HCNs(Hyperpolarization act ivated Cyclic Nucleotide gated chan-
nels ,超极化激活环核苷酸门控通道)家族成员 HCN1和 HCN4曾经被认为是候选的酸味受体
基因 。但研究发现:ASIC2在小鼠味觉细胞中并不表达 。在钙成像实验中 ,ASIC2基因敲除的
小鼠对酸味刺激呈现出正常的生理反应(细胞内 Ca2+浓度有所增加)。HCN 通道的抑制剂
-Cs+,在钙成像实验中也并没有阻断酸味刺激引起的 Ca2+离子流。这些研究证实上述基
因编码的通道蛋白不是酸味感觉的必需物质 。同时提示在哺乳动物酸味感觉传导机制中 ,可
能存在其它的酸味敏感的受体或离子通道。
2 国内外研究现状
2006年 ,Huang 等通过结合生物信息学 、遗传学和功能研究发现:TRP(Transient Receptor
Potential)通道家族成员 PKD1L3和 PKD2L1所编码的蛋白能结合形成异聚体复合物 ,作为酸
味受体 。不过 ,仍不排除还有其它基因编码酸味受体的可能 。他们研究发现:PKD1L3 和
PKD2L1只被各种酸类所激活 ,对其它味觉的刺激并没有反应。缺乏 PKD2L1表达的小鼠 ,完
全丧失了对酸味刺激的反应 ,而对其它味觉的感知没有受到任何影响。另外比较特别的是:
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作者简介:叶春 ,女 ,讲师。