全 文 :三七对大鼠肺组织内 CYP和 GST基因表达的影响
杨秀芬,廖梅春,杨子明,郭菁菁,高倩倩
(广西中医学院 药学院 药理学教研室,广西 南宁 530001)
[摘要] 目的:研究三七对大鼠肺组织内细胞色素P450(cytochromeP450,CYP)和谷胱甘肽S转移酶(glutathioneStrans
ferase,GST)基因表达的影响。方法:雄性SD大鼠,三七2,4g·kg-1,每日1次连续灌胃14d,用逆转录实时定量PCR法检测
肺组织内的CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1,CYP2B1,CYP2E1,CYP3A1,CYP4A1基因和谷胱甘肽S转移酶GSTm1,GSTpi基因的
表达情况。结果:与空白组相比,三七不影响肺组织内 CYP2E1,CYP1A2和 GSTpi基因的表达,但2g·kg-1的三七可诱导
CYP3A1基因的表达(400倍,P<005),2,4g·kg-1的三七可分别诱导 GSTm1基因的表达(分别是164倍,P<005和
153倍,P>005)和CYP1A1基因的表达(344倍,P>005和605倍,P<005),2,4g·kg-1的三七对 CYP1B1基因(081
倍,P>005和038倍,P>005)有抑制趋势;2,4g·kg-1的三七明显抑制 CYP2B1基因(047倍,P<005和050倍,P<
005)和CYP4A1基因(054倍,P<005和072倍,P<005)的表达。结论:三七对肺组织不同的CYP基因和不同的GST基
因的影响有明显的差异,这对临床合理使用三七和研究三七的作用机制具有重要意义。
[关键词] 三七;细胞色素P450;谷胱甘肽S转移酶;基因表达
[收稿日期] 20090314
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30660228),广西自然科学基
金项目(桂科基0731058)
[通信作者] 杨秀芬,医学博士,教授,硕士研究生导师。主要从
事:药物(中药)对内源性和外源性物质代谢酶的影响和酶抑制剂类
新药(含新中药)及肿瘤防治药物的研究开发。Tel:(0771)2279423,
Email:xiufenyang@163.com
三七是我国的传统珍贵药材,具有止血、活血、
补血,改善心肌缺血、抗心律失常、降血脂、降血压、
抗氧化、改善微循环、抗炎镇痛等作用[12]。三七对
肺组织细胞色素P450酶(cytochromeP450,CYP)和
谷胱甘肽 S转移酶(glutathioneStransferase,GST)
的影响,国内外均未有报道。
细胞色素P450酶(cytochromeP450,CYP)[36]
和谷胱甘肽 S转移酶 (glutathioneStransferase,
GST)[36]位于肝、肺、肾、心、脑等多个部位,CYP参
与各种外源性物质(如药物、致癌物、环境污染物
等)和内源性物质(如花生四烯酸、类固醇类、前列
腺素、白三烯等)的代谢。GST的主要功能是脱毒
功能,催化各种外源性化学物质在体内形成的亲电
子代谢产物与谷胱甘肽连结成亲水性化合物,进而
脱毒并加速排泄,也参与内源性物质的代谢,与羟基
过氧化物结合保护组织免受氧化应激损伤等。
本实验拟观察三七对大鼠肺组织内 CYP和
GST基因表达的影响。
1 材料与方法
1.1 药物与试剂
三七粉(江苏江阴天江药业有限公司,批号
0711149);苯并芘(Sigma公司)。TRIZOL试剂(In
vitrogenlifetechnologies公司);无 RNA酶的糖原
(Invitrogenlifetechnologies公司);甲醛上样染液
(Ambion公司);RNA酶抑制剂、MMLV反转录酶和
10×RT缓冲液(Epicentre公司);25mmol·L-1
dNTP混合液(HyTestLtd公司);GeneAmpPCR
System9700(AppliedBiosystems公司);10×PCR缓
冲液、Taq聚合酶(Promega公司)、10000×SYBR
greenI(Invitrogen公司);TaKaRaPCRThermalCy
cler(宝生物工程有限公司);ABI7700RealTime
PCR仪(ABI公司)。
1.2 给药方法
雄性SD大鼠,合格证号 SCXK(桂)20030001,
SPF级,由广西壮族自治区药品检验所提供,200~
250g。三七粉2,4g·kg-1,超声助溶于蒸馏水成
均匀的混悬液,空白组和苯并芘组给等体积的蒸馏
水,每日1次连续灌胃14d(苯并芘组在第14天一
次性腹腔注射苯并芘100mg·kg-1),禁食不禁水
24h后断头放尽血液,剖胸迅速取出肺组织约100
mg放入液氮中速冻,后迅速转移至 -80℃冰箱保
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存备用(用于总RNA提取和基因表达分析)。
1.3 总RNA的提取[78]
取100mg肝组织样品,按TRIZOL试剂盒说明
书提取。获得的 RNA溶液保存于 -70℃。测定
RNA溶液的吸光度(A260)和A260/A280以判断总RNA
的浓度和纯度,甲醛变性琼脂糖凝胶电泳以判断
RNA的完整性。
1.4 样品RNA的cDNA合成[78]
配制退火混合物:取总 RNA2μg和 05g·
L-1Oligo(dT)181μL加无RNA酶的H2O至总体积
10μL,混合液在70℃水浴3min,降到37℃放置
10min。RT反应:取 10×RT缓冲液 2μL,25
mmol·L-1dNTP混合液4μL,RNA酶抑制剂1μL、
MMLV反转录酶1μL,混合后37℃恒温1min,加
10μL的 RT反应液到10μL退火混合物中,37℃
水浴60min,加热到95℃维持5min。得 RT终溶
液即为cDNA溶液,置冰浴待用。
1.5 引物设计
Primer50为引物设计软件,由上海康成生物
工程有限公司合成。各对引物基本情况见表1[711]。
表1 PCR法检测大鼠肺组织内CYP和GSTmRNAs的引物序列
基因 引物序列 外显子 位置 扩增长度/bp
βactin F:5′CCTCTATGCCAACACAGTGC3′ 5 957977 211
R:5′GTACTCCTGCTTGCTGATCC3′ 6 11671147
CYP1A1 F:5′GGGTGTAGCACCTTCATTTAC3′ 7 20832104 206
R:5′GTTCAGAGGCAACTTGGACTA3′ 7 22882267
CYP1A2 F:5′GGTGGAATCGGTGGCTAATGT3′ 2 622643 96
R:5′TTGCTGCTCTTCACGAGGTTG3′ 2 717696
CYP1B1 F:5′TCTTGGGAGGTTGTTTAGCG3′ 3 35253545 160
R:5′CCTTCTTAACAGGTTTCGGATT3′ 3 36843662
CYP2B1 F:5′TATCTTGCTCCTCCTTGCTCT3′ 1 502522 249
R:5′GCCTCCTTTATGGTGTCTGTC3′ 2 749728
CYP2E1 F:5′GTGGTCCTGCATGGCTACA3′ 2 244263 151
R:5′ACCTCCGCACATCCTTCC3′ 3 394276
CYP3A1 F:5′CCCAGCTAGAGGGACAACAC3′ 1 2949 119
R:5′TAGAGGAGCACCAGGACGAC3′ 2 147127
CYP4A1 F:5′CCTGCAAAGGCAATGGCTAC3′ 1 153173 146
R:5′GAGGAAAGGCACTTGGGAAAT3′ 2 298277
GSTm1 F:5′CGACGCTCCCGACTATGACA3′ 2 144164 182
R:5′CACGAATCCGCTCCTCCTCT3′ 5 325305
GSTpi F:5′GCACCTGGGTCGCTCTTTA3′ 4 283302 155
R:5′GGGCCTTCACATAGTCATCCTT3′ 6 437415
1.6 实时定量PCR[78]
1.6.1 DNA模板的制备 针对每一需要测量的基
因和看家基因,选择一确定表达该基因的 cDNA模
板进行 PCR反应:取 dNTP(25mmol·L-1)25
μL,10×PCR缓冲液25μL,25mmol·L-1,MgCl2
溶液15μL,Taq聚合酶 1units,10μmol·L-1的
PCR特异引物F1μL,10μmol·L-1的PCR特异引
物R1μL,cDNA1μL,加水至总体积为25μL。将
溶液混合,设置 PCR反应:95℃变性 3min;40个
PCR循环(94℃,20s;59℃~60,20s;72℃,30s);
72℃延伸5min。PCR产物与100bpDNALadder
在2%琼脂糖凝胶电泳,溴化乙锭染色,检测PCR产
物是否为单一特异性扩增条带。将 PCR产物进行
10倍梯度稀释:设定 PCR产物浓度为1,分别梯度
稀释为 1×10-1,1×10-2,1×10-3,1×10-4,1×
10-5,1×10-6,1×10-7,1×10-8,1×10-9这几个梯
度浓度的DNA。
1.6.2 RealTimePCR反应 稀释的 DNA模板以
及所有cDNA样品分别配置 RealTimePCR反应体
系。体系配置如下:dNTP(25mmol·L-1)25μL,
10×PCR缓冲液25μL,MgCl2溶液15μL,Taq聚
合酶1units,SYBRgreenI终浓度025×10μmol·
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L-1的PCR特异引物 F1μL,10μmol·L-1的 PCR
特异引物 R1μL,cDNA或 DNA1μL,加水至总体
积为25μL。轻弹管底将溶液混合,5000r·min-1
短暂离心。将配置好的 PCR反应溶液置于 ABI
7700RealTimePCR仪上进行 PCR反应。95℃变
性3min;40个PCR循环,各基因的循环条件如下。
Betaactin(看 家 基 因):CYP1A1,CYP1B1,
CYP2B1,CYP2E1,CYP3A1,CYP4A1,GSTm1,GST
Pi:95℃,15s;59℃,20s,72℃,20s;收集荧光:
835℃ (Betaactin,CYP2B1),79℃ (CYP1A1,
CYP4A1),81℃(CYP1B1,CYP2E1,CYP3A1),83
℃(GSTm1),81℃(GSTPi)均 15s。CYP1A2:95
℃,15s;60℃,20s;72℃,20s;81℃(收集荧光),
15s。以上每个基因,为了建立PCR产物的熔解曲
线,扩增反应结束后,每个反应管均95℃,2min;61
℃,20s;72℃,20s;99℃,10s,并从72℃缓慢加热
到99℃(8min)。
1.7 统计学处理
各样品的目的基因和看家基因分别进行 Real
TimePCR反应。根据绘制的梯度稀释 DNA标准曲
线,各样品目的基因和看家基因的浓度结果直接由机
器生成。每个样品的目的基因浓度除以其看家基因
的浓度,即为此样品此基因的校正后的相对含量。最
后再与对照组比较。数据采用 珋x±s,组间比较采用t
检验,用MicrosoftExcel统计软件进行分析处理。
2 结果
2.1 三七对大鼠肺组织内CYP和GST基因表达的
影响
苯并芘可显著诱导肺组织内CYP1A1,CYP1A2,
CYP1B1和GSTpi基因的表达,分别是空白组的155
倍(P<0001),63倍(P<0001),62倍(P<001)
和206倍(P<005),但不影响CYP2E1的表达;与
空白对照组相比,三七粉不影响肺组织内的CYP2E1,
CYP1A2基因和GSTpi基因的表达,但2,4g·kg-1
的三七粉可诱导GSTm1基因的表达,分别是空白组
164倍(P<005)和153倍(无显著差异),2,4g·
kg-1的三七粉对CYP1B1基因的表达有抑制趋势,分
别是空白组的081倍(无显著差异),038倍(无显
著差异),2,4g·kg-1的三七粉均可诱导CYP1A1基
因的表达,分别是空白组的344倍(无显著差异)和
605倍(P<005);但 2g·kg-1的三七粉可诱导
CYP3A1基因的表达,是空白组的 400倍(P<
005),2,4g·kg-1的三七粉均可抑制CYP2B1的基
因表达,分别是空白组的047倍(P<005)、050倍
(P<005)和 CYP4A1基因表达,分别是空白组的
054倍(P<005),072倍(P<005)。见表2。
表2 三七对大鼠肺组织内CYP和GST基因表达的影响(目的基因/看家基因βactin)(珋x±s,n=3~5)
基因 对照 苯并芘 三七/2g·kg-1 三七/4g·kg-1
CYP1A1 1000243±000160 00377±000644)(155) 000836±000554(344) 00147±00972)(605)
CYP1A2 2000920±000401 00580±001384)(63) 000975±000655 00105±00046
CYP1B1 10000797±0000925 000492±0002023)(62) 0000648±0000521(081) 0000302±0000176(038)
CYP2B1 100452±00115 - 00212±000722)(047) 00226±000762)(050)
CYP2E1 100266±00212 00138±00047 00362±00138 00197±00103
CYP3A1 1000531±000526 - 00212±001142)(400) 000756±000594
CYP4A1 1000839±000120 - 000450±0001593)(054) 000600±0000752)(072)
GSTm1 0261±00522 0246±00606 0428±01392)(164) 0274±0047(153)
GSTpi 0104±0025 0214±00682)(206) 0144±0051 0133±0021
注:与对照组相比2)P<005,3)P<001,4)P<0001;括号里的数字表示与对照组相比被诱导或抑制的倍数。
3 讨论
研究表明CYP1A1,CYP1A2和 CYP1B1是代谢
清除或激活多种环境致癌物的主要酶类,如多环芳
烃(如香烟、烧烤食物、汽车尾气、工厂废气等中致
癌物苯并芘)、杂环胺(如香烟中的强致癌物PhIP)、
芳族胺(如氨基蒽)等[6]。在体内 CYP1B1是将以
上致癌物激活形成强致癌物的主要酶类[12],
CYP1B1被诱导或 CYP1B1活性高的人群是肺癌、
乳腺癌、胃肠道肿瘤、头颈部肿瘤等肿瘤发生的高危
因素[12]。CYP1A1,CYP1A2在体内则是以上致癌
物代谢解毒的主要酶类,诱导 CYP1A1,CYP1A2有
利于以上致癌物的代谢清除[1315]。本实验发现三
七可明显诱导CYP1A1,对 CYP1B1有抑制作用,表
明三七可能会加速苯并芘代谢形成非致癌物而解毒
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和加速排泄。CYP2E1是代谢清除或激活很多小分
子毒物或致癌物(如乙醇、苯、苯乙烯、氯仿、四氯化
碳、丙烯腈等)的主要酶类,此外,CYP1A2,CYP2E1
和CYP3A1(人CYP3A4)还是非常重要的药物代谢
酶,在人类,临床使用的药物中约有50%的药物均
经CYP3A4代谢[35]。本实验发现三七可明显诱导
大鼠肺组织内的 CYP3A1的基因表达,提示人吸入
给予经CYP3A4代谢的药物时若同时合用三七要注
意代谢性药物相互作用,而给予经 CYP1A2,
CYP2E1代谢的药物时则没有影响。CYP1A1,1A2
和CYP4A1在花生四烯酸(arachidonicacid,AA)的
代谢中起重要作用,花生四烯酸的ω末端羟化反应
主要 由 CYP1A1,1A2和 CYP4A1催 化,其 中
CYP1A1,1A2催化生成的产物是16,17,18,19羟
基二十碳四烯酸(16,17,18,19OHhydroxyeicosa
tetraenoicacids,16,17,18,19HETEs)和CYP4A1
催化生成的产物是20羟基二十碳四烯酸(20OH
ydroxyeicosatetraenoic acids, 20HETE)[5,16];
CYP2B1则是花生四烯酸环氧化的主要代谢酶,代
谢花生四烯酸生成环氧化产物5,6,8,9,11,12和
14,15EETs(epoxyeicosatrienoicacids,EETs)[5,16];
在肺部HETEs和EETs参与调节肺血管和支气管顺
应性、可激活细胞内信号传道途径、参与血管再生和
抗炎作用等[1720]。本实验发现三七可明显诱导
CYP1A1的基因表达、而明显抑制肺组织内CYP2B1
和CYP4A1的基因表达,提示三七可促进肺组织内
16,17,18,19HETEs的生成、抑制 20HETE和
EETs的生成从而调节花生四烯酸的羟化和环氧化
产物的产生进而影响肺血管和支气管顺应性、调节
细胞内信号传道途径、参与血管再生和抗炎作用等。
具体机制有待进一步研究。谷胱甘肽S转移酶也
含有多个成员,研究的比较深入的主要是 GSTm1
(GlutathioneStransferaseM1,GSTm1)和 GSTpi
(GlutathioneStransferaseP1,GSTpi),它们催化谷
胱甘肽与CYP催化形成的底物、体内各种化学反应
形成的亲电子剂形成水溶性物质而解毒和排泄、催
化谷胱甘肽与体内氧化还原产物和体内代谢形成的
氧自由基反应而清除体内氧化还原产物和体内代谢
形成的氧自由基等[4,1011,21];它们还参与前列腺素、
白三烯、胆酸等物质的代谢[4,1011,21];另外,GSTm1
活性低的人群患肺癌、膀胱肿瘤、急性白血病、乳腺
癌和胃肠道肿瘤等[22]的风险明显增大。本实验发
现三七可明显诱导 GSTm1,预示三七可加速体内亲
电子剂的解毒和排泄、清除体内的氧化还原产物和
氧自由基,对体内多种恶性肿瘤的发生可能有一定
的预防作用。
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EffectofPanaxnotoginsengongenesexpressionofCYPandGSTin
lungtissuesofrats
YANGXiufen,LIAOMeichun,YANGZiming,GUOJingjing,GAOQianqian
(DeptofPharmacology,FacultyofPharmacy,GuangxiTraditionalChineseMedicalColege,Nanning530001,China)
[Abstract] Objective:ToexaminetheefectsofPanaxnotoginsengontheexpressionofcytochromeP450(CYP)genesand
glutathioneStransferase(GST)genesinlungtissuesofmaleSDrats.Method:RatswereadministeredP.notoginseng2or4g·
kg-1bw/dbygavagedailyfor15days.ThelevelsofgeneexpressionofCYP1A1,CYP1A2,CYP1B1,CYP2B1,CYP2E1,CYP3A1,
CYP4A1andglutathioneStransferasem1(GSTm1)andglutathioneStransferasepi(GSTpi)wereexaminedbyquantitativereal
timereversetranscriptionpolymerasechainreaction(quantitativerealtimeRTPCR)assays.Result:TheexpressionofCYP2E1,
CYP1A2andGSTpigeneswasnotchangedbyP.notoginsengtreatment,however,2g·kg-1doseofP.notoginsenggavea400fold
(P<005)inductionofCYP3A1mRNA.P.notoginsengsignificantlyincreasedmRNAexpressionsofGSTm1(164fold,P<005
and153fold,P>005)andCYP1A1(344fold,P>005and605fold,P<005)inthe2g·kg-1and4g·kg-1bw/dtreat
mentgroups,respectively,butP.notoginsenghadainhibitorytendencyonmRNAexpressionsofCYP1B1(081fold,P>005and
038fold,P>005)andsignificantlyinhibitedtheexpressionsofCYP2B1(047fold,P<005and050fold,P<005)and
CYP4A1(054fold,P<005and072fold,P<005)genesinthetwogroups.Conclusion:AspecificefectofP.notoginsengon
theexpressionofdiferentcytochromeP450genesorglutathioneStransferasegenesinthelungtissuesofratswasobservedinthisin
vestigation.ThesefindingswouldbeveryimportantandhelpfulforstudyingthemechanismofactionofP.notoginsenganditsreasona
bleuseinclinic.
[Keywords] Panaxnotoginseng;cytochromeP450;glutathioneStransferase;geneexpression
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第17期
2009年9月
Vol.34,Issue 17
September,2009