全 文 :中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月·725·
观地模拟了药物与机体的相互作用过程,可更深入
地揭示药物作用机制,使结果具有真实性和科学性。
本实验建立了测定血清中TFRD浓度的高效
液相色谱方法,该方法准确、科学性强。根据不同时
间的HPLC指纹图谱测定血药浓度,为在血清药理
学方法中寻找一个合适的采血时间点提供一个更可
行的手段,也为研究药物在体内的吸收、代谢及其作
用机制提供了一个可靠的方法。由TFRD的药一时
关系可知,血清药物浓度在0~30min是逐渐上升
的,在30~60min是逐渐下降的,在60min的血清
中几乎已经没有药物。因此,确定ig后30min为采
血最佳时间点。由于中药试剂一般在给药3d后才
能观察到效果,并结合血清药理学实验中通常采用
的给药方式[9],在本实验过程中,采取了1日2次,
给药7次的给药方案。
本实验从刺激小鼠脾淋巴细胞增殖、提高NK
与LAK细胞杀伤活性以及增强巨噬细胞吞噬功能
等方面对TFRD含药血清的活性进行了评价和分
析,结果证实了TFRD含药血清对小鼠的细胞免疫
功能如淋巴细胞增殖、巨噬细胞吞噬活性有一定的
促进作用,对NK以及LAK细胞的杀伤活性表现
出十分显著的促进作用。说明TFRD通过提高NK
和LAK细胞的杀伤活力实现对小鼠细胞免疫功能
的提升。
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关木通肾毒性的代谢组学研究
赵剑宇1,颜贤忠,彭双清2
(1.军事医学科学院国家生物医学分析中心,北京100850;2.军事医学科学院毒物药物研究所
国家北京药物安全评价研究中心,北京100850)
摘 要:目的 研究经关木通染毒后大鼠尿液的代谢表型改变及其与组织病理和尿液、血浆生化指标的相关性,探
讨代谢组学在中药毒理学研究中的应用。方法关木通分4个剂量组:36、32、28、24g/kg,Wistar大鼠连续ig给药
6d,12h后收集尿样,测定1H—NMR谱,并进行血浆生化指标和肾脏组织病理学检查。结果染毒后,大鼠肾脏出
现不同程度的炎症坏死,尿样中氧化三甲胺、柠檬酸、牛磺酸、肌酐、甜菜碱等代谢物均有不同程度的下降,而醋酸、
丙氨酸则显著上升。主成分分析表明,给药组与对照组的代谢谱有明显差异,能够被区分开,而造成组间差异的主
要影响因素是醋酸和氧化三甲胺的变化。不同剂量条件下,各组动物的代谢谱也各不相同,与肾脏病理和血浆生化
改变相一致。结论关木通能够对肾脏造成损害,且大鼠尿液的代谢物谱与关木通毒性作用强度密切相关,代谢组
学分析方法在毒理学研究中有着广泛的应用前景。
关键词:关木通;肾毒性;代谢组学;核磁共振;模式识别
中图分类号:R285.53 文献标识码:A 文章编号:0253—2670(2006)05—0725—06
收稿日期:2005—02—26
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30371705);国家高技术研究发展计划项目(2002AA22342D)
作者简介:赵剑宇(1974一),男,湖南人,在读硕士研究生,主要从事中药毒性的代谢组学研究。
*通讯作者颜贤忠Tel:(010)66930305E—mail:yanxz@nic.bmi.ac.cn
万方数据
·726· 中草芮 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月
MetabonomicsstudyonnephrotoxicityofAr stolochiam口咒s,lH,fP咒sZs
ZHAOJian—yul,YANXian—zhon91,PENGShuang~qin92
(1.NationalCenterofBiomedicalAn ysis,AcademyofMilitaryMedicalScience,Beijing100850,China;
2.NationalBeijingCenterforDrugSafetyEvaluationandResearch,InstituteofToxicology
andPharmacology,AcademyofMilitaryM dicalSciences,Beijing100850,China)
Abstract:ObjectiveTostudythemetabolicprofilesintheurinesamplesofratsdosedwithdecoction
ofthecaulisofAristolochiamanshuriensisandtherelationshipbetweentheresultsofbloodbiochemical
analysisandhistopath0109icalanalysis,andtoexplorethfeasibilityoftheapplicationofNMR—based
metabonomicstOtoxicologyofChinesemedicine.MethodsMaleWistarr tswereadministratedbyig36,
32,28,and24g/kgofA.manshuriensisorthequalvolumeofdistilledwaterfor6d,respectively.Urine
werecollectedandtheir1H—NMRspectrawereacquired,andthesubjectedtodataprocessandprincipal
componentana—lysis(PCA).Bloodbiochemicalanalysisandhistopathologicalexaminationwerecarried
out.ResultsComparedtOcontr01groups,theurinaryconcentrationsofTMAO,taurine,creatinine,
DMG,citrate,andDMAindosedgroupsdecreased,whilethoseofacetate,alanine,andsomeother
aminoacidsincreasedtOagreatextent.Thedos dgroupscanbereadilydiscriminatedfromhecontrols
basedonPCA,withacetatendTMAOasmaindiscriminators.Ago dagreementwasachievedwithin
clinicalhemistry,microscopicallyexaminationndPCAdata.ConclusionThecaulisofA.manshuriensis
canindueerenal1esionasrevealedbythemetabonomicanalysisofraturinesamplesaswellasbloodbio—
chemicalan ysisandhistopathologicalexaminations.Theresultsshowthathemetabonomicapproachis
apromisingnewtechnologyintoxicology.
Keywords:thecaulisofAristolochiamanshuriensisKom.;nephrotoxicity;metabonomics;NMR;
patternrecognition
早在1993年比利时学者Vanherweghem等[1]
报道,一些年轻妇女服用了含广防己、厚朴、关木通
等中草药成分的减肥药后出现慢性肾功能衰竭,组
织形态学主要表现为“进展性间质纤维化”,并称之
为“中草药肾病”(Chineseherbsnephropathy,
CHN),随后国内外大量学者开始关注CHN。后来
有学者提出CHN的主要成因是病人服用了含有马
兜铃酸(aristolochicacid)成分的中草药,因此冠名
为“马兜铃酸肾病”(aristolochicacidnephropathy,
AAN)更为合适。国内外有关中草药不良反应的报
道Et见增多,使得中药安全性问题在国际上引起了
重视‘2|。
近年来,国外开始探索利用代谢组学(metabo—
nomics)[33进行早期药物毒性筛选。代谢组学主要利
用核磁共振技术(nuclearmagneticresonance,
NMR)测定生物体液(如尿液、血浆、组织提取液
等)中的内源性代谢产物,考察生物体系受到刺激
或扰动后(如将某个特定的基因变异或环境变化
后)其代谢产物的变化,研究生物体系代谢途径,经
过多元统计分析(如主成分分析,principalcompo—
nentanalysis,PCA)[41确定内源性小分子代谢物成
分的变化模式,对代谢产物谱进行动态追踪,从而反
映出中毒或代谢损害而引起的细胞功能异常及其随
时间的变化过程。由此揭示的这种变化和传统毒理
学终点相一致[5]。
文献报道的一些实验研究表明[6],关木通肾毒
性临床上主要表现为非少尿性急性肾衰,病理表现
主要为肾小管问质损伤或急性肾小管坏死,主要病
变集中在皮髓交界区。本实验应用基于NMR的代
谢组学方法,对关木通所致大鼠急性肾损伤的动物
模型进行了研究,观察了关木通急性肾损伤作用的
功能改变特点和病理学特点,以及关木通对大鼠代
谢表型(metabotype)的影响。初步研究结果表明关
木通对啮齿动物具有一定的肾毒性。本实验还探讨
了NMR在代谢组学研究中的应用前景。
1材料
1.1 动物:Wistar大鼠,雌雄,体重(220±20)g,
由军事医学科学院实验动物中心提供。军事医学科
学院毒物药物研究所动物饲养房自然明暗周期,室
温25~28‘C,动物自由摄食、饮水。
1.2药材:关木通购自安徽省毫州市东郊药业公司
中药材经营部,并经甘肃中医学院中药教研室郭玫
教授鉴定为马兜铃科植物木通马兜铃Aristolochia
rnanshuriensisKom.的干燥藤茎,俗称关木通。
1.3 关木通水煎剂:由本实验室制备。取关木通
1000g,洗净,加入6~8倍自来水,浸泡30min,加
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月·727·
热至沸腾,煎煮30min,倾出药液;残渣再加入4~6
倍自来水,浸泡30rain,加热至沸腾,煎煮30min。
合并两次药液,滤过、浓缩后制成500mL水煎剂
(相当于生药2g/mL),4℃放置备用。采用HPLC
方法测得含马兜铃酸A0.058%。
1.4仪器:VarianUNITYINOVA600兆超导脉
冲傅里叶变换NMR谱仪,购自美国Varian公司;
7020全自动生化分析仪,购自日本日立公司。
2 方法
2.1动物分组及给药方法:每批10只,共4批,其
中第4批体重为(180±20)g。随机将10只大鼠分
为给药组6只、对照组4只。给药组用关木通水煎剂
(生药2g/mL)给大鼠ig,1~4批的剂量分别为
36、32、28、24g/(kg·d),每天1次,连续6dig给
药。对照组给予自来水。给药期间,大鼠自由饮食、
饮水。试验结束后处死动物进行病理检查并采集
血浆。
2.2尿液的收集和处理:采用代谢笼法,从给药后
开始每天收集12h尿液,连续收集8d。代谢笼集尿
器置于冰上,加入1%NaN。溶液作为防腐剂。对收
集的尿液进行离心处理,取上清液,置于一20℃冰
箱中保存备用。NMR测量前样品准备:在400肛L
尿样中加入200肛L缓冲液(0.2mol/LNa2HPO。一
NaH2P04,pH7.4),放置10min,4℃、3000×g离
心10min;取上清液500肛L,添加50肛LD2 ,5pL
0.1%TSP;转人5mm样品管中进行测试。
2.3血浆、尿液生化分析:离心制备血浆,用7020
全自动生化分析仪测定血浆中的尿素氮(BUN)和
肌酐(Cr)。同时检测尿液如下生化指标:pH值、葡
萄糖(GLU)、蛋白质(PRO)、潜血(BLD)、酮体
(KET)、胆红素(BIL)、尿胆素原(URO)、亚硝酸
素统计资料分析。数据以z±s表示,组间差异采用
t检验。两样本率的比较采用四格表的确切概率法。
2.4肾脏病理学检查:大鼠给药结束后,根据设计
的时间剖杀大鼠,取出肾脏,生理盐水冲净表面血
污,并依次经过4%中性福尔马林液固定、组织修
切、石蜡包埋、常规切片、HE染色、酒精梯度脱水、
透明、封片、最后进行光学显微镜观察。
2.5 NMR数据采集与分析:数据在VarianUNI—
TYINOVA600超导脉冲傅里叶变换NMR谱仪
上采集。采用有预饱和的1DNOESY脉冲序列,取
如下参数:谱宽7000Hz,混合时间0.15S,弛豫延
迟时间2S,采样点数64K,累加次数128次;在弛
豫延迟期间采用预饱和方式抑制水峰,谱仪偏置设
置在水峰的位置。FID信号经过傅里叶变换转换为
NMR图谱,所用窗函数为0.5Hz线增宽因子。以
TSP为化学位移参考峰的位置,并定为0。为统计处
理时方便,利用VNMR软件的宏指令将同一组样
本的1DNMR数据变成数组型的1D数据(ar—
rayed1D),然后进行FT变换,相位校正,基线校
正。按默认范围(从60.5~9.5,每段为o.04)进行
分段并积分,同时排除以溶剂峰为中心的部分
(a4.6~5.O)和包含尿素峰的部分(as.5~6.2),将
所产生的所有积分数据归一化,以Excel文件格式
贮存。
2.6 PCA分析:将上述得到的数据文件利用SIM—
CA—P10.0软件包(瑞典,UmetricsAB,Umea)进
行PCA统计分析。
3 结果
3.1 大鼠行为与体重的变化:给药组与对照组比
较,大鼠行为、体重发生明显改变。随着给药剂量增
加,大鼠表现呆顿、倦怠,毛色于枯,食欲降低,体重
盐(NIT)。所有数据经SPSS8.0统计软件进行单因减轻(见表1)。
表1各组大鼠体重变化
Table1 Weightchangesofratineachgroups
与对照组比较:+P<0.05~P<0.01
‘P
·728· 中草芮ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月
3.2大鼠血浆生化分析:从表2中可知,与对照组
相比,各给药组的BUN和Cr均升高,并呈剂量依
赖性。结果说明关木通可引起明显的肾毒性。
3.3大鼠尿量的动态变化与尿生化指标分析:由表
3可知,大鼠尿量在给药后略有增加,但在第3天即
开始减少,关木通36g/kg组在第4天还进一步降
低,而其他组则在第4天开始回升,并且尿量逐渐增
大至对照组的3~4倍。本实验对部分大鼠的尿样
进行了生化分析,其中GI。U、PRO、BLD和pH值
在给药后有一定的增加,并且关木通剂量越大,变化
越明显;而BIL、URO、KET则未见改变。
3.4大鼠肾脏组织病理学检查:给药组大鼠肾脏大
表2各组大鼠血浆BUN和Cr的变化
Table2 ChangesofBUNandCrinplasm
ofratineachgroups
与对照组比较:’P<0.05~P
Table3 Changesofurinevolumeofratineachgroups
与对照组比较:。P
一。外观可见白色点状颗粒,切面观可见肿块在皮质
或皮髓交界处呈浸润性或囊性生长。肾脏病变主要
位于皮髓交界处,可见皮髓交界处90%~100%肾
小管上皮细胞坏死脱落,胞浆与基底膜分离。皮质区
小管上皮细胞可见空泡性、坏死,部分刷状缘及胞浆
脱落。髓质区小管上皮细胞也可见空泡变性,可见较
多小管上皮细胞扁平,管腔内可见大量蛋白,系膜基
质轻度增生。肾小球部分毛细血管襻开放欠佳,肾间
质血管基本正常,可见个别血管内皮细胞增生,髓质
区部分管周毛细血管内可见大量红细胞。肾间质未
见水肿、增宽及炎细胞浸润。问质内纤维组织弥漫性
增生、变性,部分间质区域水肿,多数小管萎缩、消
失、少数呈囊性扩张,小管上皮细胞变性,管腔内偶
见残存肾小球,病变区域与正常肾组织区域无明显
分界(图1)。
3.5 NMR图谱及模式识别分析:从大鼠尿样的
1H—NMR谱(图2)可看出,大鼠尿样的内源性代谢
A一对照组 B~D一36、32、28g/kg关木通组
A—controlgroupB—D一36,32,and28g/kgA.manshuriensisgroups
图1各组大鼠肾脏组织病理变化
Fig.1ChangesofrenalhistOpathologyofratineachgroups
万方数据
中草芮ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月·729·
物谱随给药过程而不断变化。各主要谱峰的归属
为:肌酸(1号峰,3.05、3.92)、Cr(2号峰,3.04、
4.05)、牛磺酸(3号峰,3.29、3.42)、氧化三甲胺
(4号峰,3.28)、2一酮戊二酸(5号峰,2.44、3.02)、
柠檬酸(6号峰,2.54、2.68),醋酸(7号峰,1.92)、
乳酸(8号峰,1.35)、琥珀酸(9号峰,2.40)、甲胺
(10号峰,2.12)、二甲胺(11号峰,2.24)、二甲甘氨
酸(12号峰,2.93)等,其中许多成分都有明显的改
变。醋酸的谱峰在整个过程中不断增强,而柠檬酸和
氧化三甲胺的峰则在给药过程中逐渐减弱,在停止
给药(第7d)后又开始恢复。牛磺酸和琥珀酸也有
类似的变化过程。而丙氨酸(13号峰)则是先增强,
而后减弱。从图3中可以看出,给药组与对照组的代
谢物成分差别很大。PCA结果表明(图4),给药组与
对照组大鼠尿样沿第一主成分分布,互不重叠,能够
被区分开来,表明其代谢谱是有差别的。从主成分分
析的因子载荷图中可以看出(图5),大多数点集中
在原点附近,只有少数点远离原点,正是这些点所代
表的化合物造成了两组间差异。其中典型的代表化
合物是醋酸和氧化三甲胺。
磊矾-?1{曼7 ,3 f ds.1~盥酸ILll?!兰?
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占
图2关木通36g/kg组大鼠尿样的600MHz
NMR氢谱随时间的变化
Fig.2600MHz1H—NMRSpectraofurinesamples
ofratin36g/kgA.manshuriensisgroup
4讨论
本实验结果表明,以常规的血浆生化改变和肾
脏组织病理学异常作为判断标准,关木通对大鼠具
有明显的肾毒性,并有一定的量效关系。这与已有的
文献报道是一致的。关木通肾毒性对肾脏的损伤作
用,表现为急性肾小管坏死,病变累及各段肾小管,
表现为低渗尿、尿量增加;肾间质浸润细胞少,未见
水肿、增宽、纤维化现象;肾小球病变不明显,仅表现
,/1、~i 11jo9 13
I.. 一1.11 :
45 40 35 30 2.5 2.0 l 5 l 0
占
图3连续给药6d后,对照组大鼠(A)和关木通36g/kg
组大鼠(B)尿样的600MHzNMR氢谱图
Fig.3600MHz1H—NMRSpectraofurinesamples
ofnormalrat(A)andrati 36g/kgA.man—
shuriensisgroup(B)after6dadministration
D6一allMI(PCA—X),untitled,【Comp1】/t[Comp.2]
,一一一—一。、/ B3B2
lA3.A5 ’
厂 B4一
/ ·A6
\
,A2A1 7\ ‘A4
//\ 。B1\
·120—100-80—60-40-200 20406 80loo120
“1】
图4关木通36g/kg组(A)和对照组(B)大鼠给药
第6天尿样的主成分分析得分图
Fig.4ScoreplotofPCAanalysisofurineNMRspectra
ofurinesamplesfromratin36g/kgA.manshu—
riensisgroup(A)andratincontrolgroup(B)
atday6
l·3.26
D6一a11.M1(PCA-X),untitled
·(TMAO)
P[Comp.1】/p【Comp.2】
·3.2
j 。嫱I切 醋酸‘1
d■-‘●
..3万1_
·293
.d 龋
一0100000.10 200.300.40 500.60 700.80 90
P【1】
图5关木通36g/kg组(A)和对照组(B)大鼠给药
第6天尿样的主成分分析的因子载荷图
Fig.5LoadingplotofPCAanalysisofurineNMRspec—
trafromratinA.manshuriensis36g/kgroup
(A)andratincontrolgroup(B)atday6
为轻度系膜基质增生和部分毛细血管襻开放欠佳
等。肾脏组织形态学检查证实了关木通对肾小管的
损伤作用,主要病变集中在皮髓交界区,该处包含近
曲小管直部、髓襻升支粗段以及外髓集合管外带,对
肾中毒引起的缺血、缺氧的变化最为敏感。
万方数据
·730· 中草芮 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月
由动物尿液的1H—NMR谱及综合分析,可知关
木通的毒性反应与剂量呈较强的对应关系,由上述
分析可知:肌酸、牛磺酸、Ⅳ一氧化三甲胺、2一酮戊二
酸、柠檬酸、醋酸、乳酸、琥珀酸、丙氨酸、甲胺、二甲
胺、二甲甘氨酸等主要的代谢物的峰改变最为明显,
其中丙氨酸和醋酸呈明显增加,而其他的代谢产物
则是逐渐减少。PCA分析表明给药组和对照组能够
被完全区分开来,对组问差异贡献最大的主要代谢
物是醋酸和氧化三甲胺。这些化合物的变化与已报
道的肾毒性化合物引起的变化相似口]。而乳酸、柠檬
酸等均与三羧酸循环能量代谢及糖酵解途径密切相
关。这些代谢物的变化说明动物尿液代谢组学分析
能够较好地反映关木通的肾毒性特征。
与常规的临床生化检验及组织病理学检查相
比,代谢组学分析具有多种过去常规检验方法无法
比拟的优势。第一,代谢组学分析具有简单、快捷等
特点。基于核磁共振的代谢组学技术可以应用于中
药毒性研究和中药药理的研究,能够满足药物早期
毒性筛选的要求,因此越来越广泛地应用于药物筛
选与临床疾病诊断[8’9]。第二,代谢组学分析的灵敏
性要高于其他常规检验方法。如本实验中的给药组
与对照组尿液的1H—NMR谱图很容易区分开来,并
且低剂量与高剂量也很容易区分。利用相同原理可
以对中药药材和制剂进行质量控制。第三,代谢组学
分析可提供非常有价值的生物标志物[1叩和作用机
制信息[11|。生物标志物可为临床试验选择检验指标
提供可靠有效的依据,而作用机制信息有助于设计
有针对性的体外筛选模型,代谢组学技术在新药研
发与中药现代化研究中可以发挥巨大的作用。当然,
NMR技‘术有其固有的缺点,就是灵敏度较低,因
此,对生物体液中水平较低的代谢产物,可以采用
LC—MS联用技术。NMR和LC—MS相互补充,是代
谢组学研究中最重要的两种技术手段。
近年来,中药的肾脏毒性问题已经引起了广泛
的关注,但研究还不是很全面,受实验手段及条件的
限制,其机制的研究还局限于中药某一单一化学成
分的肾毒性研究上。目前尚无中药毒性作用评价的
标准及客观依据,也无安全性评价的统一标准。随着
中药现代化的实施,中药毒理学研究亟待加强,需要
制定中药的安全性评价规范,应用现代科技手段对
常用中药进行安全性评价,确立与国际接轨的安全
性评价标准和指标。显然,基于NMR技术的代谢组
学为中药安全性研究提供了崭新的技术手段。
致谢:本课题在研究过程中得到军事医学科学
院毒物药物研究所袁本利副研究员在组织病理学分
析、沈伽弟高级实验师在血尿生化分析方面的大力
协助。
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万方数据
关木通肾毒性的代谢组学研究
作者: 赵剑宇, 颜贤忠, 彭双清, ZHAO Jian-yu, YAN Xian-zhong, PENG Shuang-qing
作者单位: 赵剑宇,颜贤忠,ZHAO Jian-yu,YAN Xian-zhong(军事医学科学院,国家生物医学分析中心,北
京,100850), 彭双清,PENG Shuang-qing(军事医学科学院毒物药物研究所,国家北京药物安
全评价研究中心,北京,100850)
刊名: 中草药
英文刊名: CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年,卷(期): 2006,37(5)
被引用次数: 26次
参考文献(11条)
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