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Regulatory effects of Wuzhuyutang (Evodiae prescription) and its consisting herbs on TPH2 promoter

吴茱萸汤及其各组分对TPH2启动子活性的影响



全 文 :吴茱萸汤及其各组分对 TPH2启动子活性的影响
王玉刚,雷帆,王秀坤,胡臖,詹宏磊,邢东明,杜力军
(清华大学 生物科学与技术系 药物药理研究室,北京 100084)
[摘要] 目的:利用分子生物技术构建色氨酸羟化酶(TPH2)启动子调控红色荧光蛋白(redfluorescentprotein,RFP)转
基因细胞,以筛选吴茱萸汤及其各组成药物对 TPH2启动子的调控活性,探讨其治疗偏头痛可能的分子靶点。方法:构建
TPH2启动子调控红色荧光蛋白表达的转基因细胞系,观察统计不同给药组中细胞荧光强度的变化及发光细胞数量的变化。
结果:通过荧光细胞计数发现吴茱萸汤、吴茱萸、生姜、大枣水提物不同透析部分在不同浓度上对 TPH2启动子转录活性具有
不同的调控作用。结论:吴茱萸汤治疗偏头痛的可能分子靶点与激活TPH2表达有关。TPH2启动子调控红色荧光蛋白表达
细胞模型可用于对以此为靶点的药物筛选和活性评价。
[关键词] TPH2;吴茱萸汤;吴茱萸;转录调控;PC12细胞
[收稿日期] 20090601
[基金项目] 国家“十一五”科技支撑计划(2006BAI08B0309);中
国博士后科学基金(20080440418)
[通信作者] 杜力军,Email:lijundu@mail.tsinghua.edu.cn
  偏头痛是一种由神经血管功能紊乱而引起的
顽固性病症。为常见病、多发病,主要表现为单侧或
双侧周期性发作的疾病,严重时影响工作和日常生
活。国际上普遍认为偏头痛的发生与脑内五羟色胺
(5hydroxytryptamine,5HT)含量异常上调有关,目
前已用于临床或正在研究中的针对偏头痛的药物大
部分的作用机制是通过稳定调控脑内交感神经、副
交感神经和5HT含量而达到防治的目的[1]。5HT
是一种单胺类神经递质,它参与多种机体对外界刺
激的非行为学反应,如情绪,焦虑,欲望,伤害感受,
警觉,睡眠等[2]。色胺能神经递质紊乱与众多精神
疾病相关,如抑郁症,双向型障碍症,精神分裂症,孤
独症,多动症及自杀行为等。在体内,5HT的生物
合成限速酶是色氨酸羟化酶(tryptophanhydroxy
lase,TPH)[3]。TPH有 TPH1和 TPH2两个亚
型[4],其中TPH2在脑内特异性高表达[5],为脑内5
HT合成限速酶。
吴茱萸汤出自张仲景《伤寒论》,经历代医学家
应用治疗头痛效果良好,现代临床也多用来治疗偏
头痛[6]。药理实验表明,该药具有镇痛、改善脑膜
血流量、升高脑内 5HT含量的作用[78],其中主要
为吴茱萸生物碱类、黄酮类以及人参皂苷类成
分[9]。为了研究吴茱萸汤治疗偏头痛的可能分子
机制,以及寻找吴茱萸汤中主要的药效物质,作者通
过构建TPH2启动子调控红色荧光蛋白表达的细胞
系,通过观察测量红色荧光蛋白表达量的变化来反
应药物组分 TPH2基因表达启动的干预,从而对吴
茱萸汤各组分进行活性筛选和评价。
1 材料与方法
1.1 受试药物 吴茱萸汤(中国中医科学院中药
研究所中药质量标准中心提供,批号 0804094)。
吴茱萸汤及其各组成中药吴茱萸、人参、大枣、生姜
均用水提并经70%乙醇沉淀,取上清液浓缩干燥。
使用时称取一定重量,用生理盐水溶解配至所需浓
度。将溶液置于相对分子质量100D和500D的透
析袋内,4℃蒸馏水透析过夜,取袋内溶液用于实
验。吴茱萸、人参、生姜和大枣各药材提取物均由上
述单位提供,其制备工艺及样品前处理同吴茱萸汤,
批 号 分 别 为:0804095,08040910,0804098,
0804092。
1.2 仪器 OlympusSERIES120荧光倒置显微镜;
北京六一仪器厂 DYY7C型电泳仪;BIOERLitle
GeniusPCR仪;SANYOMCO15ACCO2细胞培养
箱;复日科技 FR200A全自动紫外与可见分析装
置。
1.3 人TPH2启动子DNA片段获得 抽取健康男
性成年人全血 5mL,用基因组抽提试剂盒(Tian
gen)按照说明书操作步骤提取人基因组 DNA。以
人基因组DNA为模板,用primerpremier50设计引
物扩增 TPH2的启动子序列:sense:5′ctacatgtggcta
aatgaaccctac3′,antisense:5′ACATCATCATTGCT
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GGCTGCATGG3′。
1.4 TPH2promoterRFP表达重组质粒的构建 将
TPH2promoter的 PCR产物电泳分离纯化后用 T4
连接酶(Fermentas)连接到过渡载体 pUCM18T载
体上,挑选正确连接的克隆并测序。将正确连接且
测序无误的质粒用 SacI(Fermentas)37℃酶切2h,
将 pDsRedExpresseN1质粒用 AseI(Fermentas)37
℃酶切2h后分别用Klenowfragment(Fermentas)37
℃补平10min,将产物用酚氯仿(Sangon)抽提后用
XhoI37℃酶切2h。将 pDsRedExpresseN1双酶切
的产物用 BAPF(Worthington)55℃去磷酸化。将
TPH2promoterpUCM18T质粒和 pDsRedExpresse
N1质粒双酶切的产物用T4连接酶连接。将连接子
转化入 DH5α感受态细胞中,挑取单克隆并 EcoRI
(Fermentas)酶切鉴定选择含正确连接质粒的菌种
并大量提取高纯度质粒。
1.5 细胞转染与细胞培养 用含 10%马血清
(Gibico)和5%胎牛血清(四季青)RPMI1640细胞
培养基(Gibico)培养的 PC12细胞用阳离子脂质体
(Tiangen)按照说明书在6孔板内将构建好的 TPH2
promoterRFP转染入 PC12细胞。转染24h后加入
终浓度为400mg·L-1G418筛选转染细胞。7d后
将细胞接种于96孔板进行试验。
1.6 给药及荧光拍照 用01%的胰酶将转基因
细胞从6孔板中消化下来,按照5×105个/mL的细
胞浓度在96孔板内每孔接种100μL细胞悬液。在
细胞培养箱培养12h后,弃培养液,用 PBS洗涤
细胞2次后给药。各药用含01%马血清的 RPMI
1640细胞培养基配制。每个药按2倍浓度等比稀
释成6个浓度梯度,各药物各浓度做3复孔。对照
组给含01%马血清的 RPMI1640细胞培养基。实
验重复 1遍。给药 12h后监测药物的细胞毒性。
按照最大无毒剂量将各药物按照2倍浓度等比稀释
配制成6个浓度梯度后给药,12h后将培养基吸
出,用PBS漂洗2次后在荧光显微镜下用10倍物
镜,10倍目镜随即选取视野拍照,曝光时间固定
为400ms。在每个孔内随机取3个无相互重叠的拍
照视野拍照。
1.7 数据处理 用ImageJ软件扫描每张图片中可
见点的荧光密度,以扫描值大于等于2000的荧光
点定义为一个荧光细胞,计数每一张图片中荧光细
胞。用SPSS110软件做各数据处理,单因素方差
分析,t检验,以P<005为差异具有显著性。
2 结果
2.1 人TPH2promoter片段的PCR扩增及TA克隆
与分析 以人基因组 DNA为模板,用引物 sense和
antisense在60℃退火条件下进行35个PCR反应循
环,将PCR产物在10%琼脂糖凝胶中电泳检测,只
得到1条1kb大小的特异条带,与目的条带大小吻
合。将用EcoRI酶切鉴定选择的正向连接 TA克隆
菌液递交给上海生工生物技术有限公司测序,测序
结果与NG008279通过BLAST程序进行比对,相似
度为100%。
2.2 人 TPH2promoterRFP表达质粒的鉴定 用
EcoRI酶切鉴定选择转入正确连接的 TPH2promot
erRFP表达质粒的克隆,大量摇菌并提取质粒。以
该质粒为模板,用sense和 antisense,60℃退火条件
下进行PCR反应,能扩增出清晰的1kb大小的目的
条带。
2.3 PC12转基因细胞的表达及鉴定 用阳离子脂
质体将 TPH2promoterRFP转染入 PC12细胞36h
后用荧光显微镜观察,有大量细胞开始表达红色荧
光蛋白(图1)。将该细胞悬液作模板,用 sense和
antisense在60℃退火条件下进行PCR反应,得到1
kd大小的特异条带。
A.红色荧光细胞(荧光强度≥2000);
B.明场下同一视野中PC12细胞。
图1 TPH2promoterRFP转基因PC12细胞
2.4 药物对TPH2基因表达启动的影响 给药12
h后对细胞红色荧光细胞进行计数。结果表明,在
给药12h后有4个组分对 TPH2启动子有激活作
用,有2个组分对TPH2启动子有抑制作用,有1个
组分对TPH2启动子有不同的作用(图2,3),大枣
提取物没有激活作用。各给药组分和剂量对 TPH2
启动子调控作用见表1。
3 讨论
本研究成功地构建了TPH2启动子调控红色荧
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A.相对分子质量<500;B.相对分子质量>100和>500。
与对照组相比P<005;珋x±s,n=6。
图2 不同相对分子质量吴茱萸提取物(WZYH)对TPH2
启动子的调控活性
A.吴茱萸汤(WZYT);B.人参提取物;
C.生姜提取物。与对照组相比P<005。珋x±s,n=6。
图3 不同分子量吴茱萸汤(WZYT)、人参、
生姜提取物对TPH2启动子的调控活性
表1 不同浓度药物药后12h对TPH2
启动子的调控作用
组分(相对分子质量范围) 调控作用最低有效质量浓度/g·L-1
吴茱萸汤(<500) 激活 011
吴茱萸(>100) 激活 0156
吴茱萸(>500) 激活 0156
吴茱萸(<500) 抑制 00208
人参(>100) 激活 261
人参(>100) 抑制 0163
人参(>500) 抑制 0163
生姜(>100) 激活 0015
光蛋白表达的转基因细胞模型。在该模型中质粒
pDsRedExpresseN1调控红色荧光蛋白表达的 CMV
启动子被TPH2启动子替代,因此给药后红色荧光
蛋白表达量的变化直接反映并模拟了细胞受到药物
刺激后TPH2基因表达的调控。
在实验拍摄中随机选取视野,曝光时间均为
400ms,发光较弱的细胞在该曝光时间内不被感应。
以荧光细胞计数为指标进行TPH2启动子调控 RFP
表达差异的考察可以排除由于培养板各孔差异而带
来的荧光背景不一致等问题。为了保证荧光细胞计
数的客观性,实验中设定一固定的荧光强度(≥
2000)为判断一个荧光细胞计数点的标准。
为了排除非特异性成分对实验结果的干扰,本
实验采用相对分子质量100D透析袋进行样品前处
理的方法[10],以除去 <100的小分子物质。由于天
然化合物多为相对分子质量 <500的小分子物质,
因此实验中又以相对分子质量500D透析袋进行样
品处理,以进一步考察活性物质的分子质量分布。
通过荧光细胞计数得出7个部分在处理细胞模
型12h后相对于对照组有统计学差异。吴茱萸提
取物>100和 >500组分在细胞给药后荧光细胞计
数显著高于对照组,提示吴茱萸提取物中刺激TPH2
转录激活的成分可能存在于 >500的组分中,而吴
茱萸提取物<500组分对 TPH2转录活性具有显著
抑制作用,提示吴茱萸提取物 <500组分中含有抑
制TPH2转录活性物质。人参提取物 >100组分对
TPH2启动子具有较特别的调控作用,当给药浓度
大于261g·L-1时激活 TPH2转录,小于0651g
·L-1时抑制TPH2转录。人参提取物>500组分在
0163~261g·L-1对TPH2转录起抑制作用,生姜
提取物 >100组分在 0015~24g·L-1可激活
TPH2转录,>500组分则没有明显的活性,提示其
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活性成分分子量主要集中在 100~500。吴茱萸
汤<500组分能激活TPH2启动子,提示吴茱萸汤各
组成药物混合制备后其药效成分可能受到一定影
响,但综合的结果在一定浓度范围内仍表现出激活
TPH2启动子作用。
吴茱萸汤及其各配伍药味的不同透析组分不同
浓度对TPH2启动子分别有抑制作用和激活作用,
表明吴茱萸汤在调控体内 5HT的双向性或复杂
性,这与其降低正常大鼠脑内5HT和升高模型大
鼠脑内5HT含量的报道有一定的一致性[11]。提示
在不同的生理、病理状态下吴茱萸汤对其进行调控
的机制有所不同,尚有待于进一步研究。本研究利
用TPH2启动子为分子靶点对吴茱萸汤及其各组分
进行活性评价,提示该方法对于以生物活性为指标
对吴茱萸汤及其各组分进行质量控制具有一定的可
行性。
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RegulatoryefectsofWuzhuyutang(Evodiaeprescription)and
itsconsistingherbsonTPH2promoter
WANGYugang,LEIFan,WANGXiukun,HUJun,ZHANHonglei,XINGDongming,DULijun
(LaboratoryofPharmaceutics,DepartmentofBiologicalSciencesandBiotechnology,TsignghuaUniversity,Beijing100084,China)
[Abstract] Objective:ToscreentheactivecomponentofWuzhuyutang(WZYT,Evodiaeprescription)andinvestigatethe
regulatoryefectsofthecomponentsinWZYTontheTPH2promoter,andtoexplorethepossiblemolecularmechanismofWZYTonmi
graine.Method:BytransfectingaTPH2promoterregulatingRedFluorescentProteinexpressingplasmidintoPC12cel,theglobal
fluorescenceintensitiesandcalculationsoffluorescentcelsaftercomponentstreatmentwerestatisticalyevaluated.Result:Diferent
regulatoryefectsofdiferentcomponentsinWZYTwithdiferentconcentrationsonTPH2promoterwereobserved.Conclusion:TPH2
promoterdroveRedFluorescentProteinexpressingcellinecanbeusedassystemscreeningcomponentstargetingTPH2promoteractiv
ity.ThepossiblemechanismofWZYTonmigrainemayduetoitsstimulatingefectsonTPH2promoter,andpromotethesynthesisand
releaseof5HTincerebral.
[Keywords] Fuctusevodiae;TPH2;transcriptionalregulation;wuzhuyutang;PC12cels
[责任编辑 张宁宁]
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