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斑马鱼为何适用于科研?

2019-09-03宠物

文献解读 - 北京中医药大学折改梅组基于斑马鱼模型探究子芩和枯芩在主要疗效及其核心化学成分方面的异同

前言

长久以来,中国传统医学(TCM)在保护人类健康方面发挥着重要的作用。药材商品通常根据药材的产地、采收日期、生长年份、产地和药材特性等进行规格划分。同一品种、不同规格的中药,其化学成分的种类、含量和比例往往存在差异。这也是TCM和中成药质量和疗效不稳定的主要原因之一。从药理学角度研究TCM的分类与标准化,利用化学计量学方法研究不同中药规格的药效学物质基础的差异,可以有效地挖掘不同中药规格的有效化学成分群。

黄芩是多年生草本植物,根部入药,是亚洲具有悠久应用历史的中药,具有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎等功效。现代研究表明,黄芩具有抗炎、镇痛、抗氧化、保肝、抗肿瘤、抗菌、抗病毒等药理作用。临床通常将黄芩分为子芩和枯芩两种规格(目前,中国药典委员会已不再区分两者。不过,这两种规格的药材和片剂在市场上仍在流通)。子芩是黄芩实心、质地坚实部分的根,断面色泽略浅,呈淡黄色至黄色,无枯心,内实体重。主治中下焦疾病,能解大肠火,除湿止痢,滋阴退阳等。枯芩是黄芩芦头中空部分的根,断面深黄色或黄绿色,上部至下部断面的中心均可见棕褐色枯心。主治上焦疾病,能疏通肺气,止咳化痰,祛风清热等。然而,导致子芩和枯芩功效不同的物质基础尚未阐明。

斑马鱼作为一种新兴的模式生物,与哺乳动物不同的是,其具有低成本和高通量的优势,还具有直观地观察整体水平的生物学优势。此外,斑马鱼基因组与人类基因组高度相似,且斑马鱼具有特异的表达通过转基因技术建立的荧光蛋白有助于清晰直观地观察特定细胞在体内的动态反应。

2022年12月28日,北京中医药大学折改梅课题组在 【Journal of Ethnopharmacology】 上发表了题为 「Similarities and differences between Ziqin and Kuqin in anti-inflammatory, analgesic, and antioxidant activities and their core chemical composition based on the zebrafish model and spectrum-effect relationship」 的研究论文。该研究采用斑马鱼模型等对采集到的子芩和枯芩的抗炎、镇痛和抗氧化活性进行了综合评价。同时,对样品的HPLC指纹图谱也进行了研究。最后,利用谱效关系研究和UHPLC-Q-TOF/MS技术,系统地探索了对子芩和枯芩的各项活性贡献较大的化学成分群,为临床合理用药提供了依据。

导读

该研究基于药理学和化学两个角度,从药理活性、化学成分以及谱效关系三个方面对黄芩的两个传统规格子芩和枯芩进行系统性研究。

图1 实验步骤
图2 14批样品(S1、S3、S5、S7、S9、S11、S13为枯芩,S2、S4、S6、S8、S10、S12、S14为子芩)

药理活性方面

采用四种斑马鱼模型(硫酸铜(CuSO4)致炎模型、尾部横切致炎模型、冰醋酸诱导疼痛模型、PMA诱导疼痛模型)和三种体外化学抗氧化试验(抗DPPH自由基试验、抗ABTS自由基试验、FRAP铁离子还原能力试验)对子芩和枯芩的药理学活性进行了综合评价。子芩和枯芩均具有显著的抗炎、镇痛和抗氧化活性。其中子芩具有较好的抗氧化活性,而枯芩具有较好的抗炎镇痛活性。

图3 抗CuSO4诱导的炎症活性(左)抗尾横切诱导炎症活性(右)
图5 抗冰醋酸引起的疼痛活性(左)抗PMA诱导疼痛活性(右)
表 抗氧化活性测定结果
图6 子芩、枯芩活动评价

化学成分方面

采用HPLC指纹图谱和UHPLC-Q-TOF/MS技术对子芩和枯芩进行分析。子芩和枯芩的化学成分类型和主要成分基本相同,但二者化学成分的含量和比例不同。

图7 HPLC指纹图谱
图8 子芩与枯芩的共同峰比较
表 采用UHPLC-Q-TOF/MS对子芩(左)与枯芩(右)中的化合物进行了鉴定

谱效关系方面

采用RF特征重要性分析和PLSR变量重要性分析对子芩和枯芩进行谱效关系分析。化合物X1、X2(luteoloside)、X3、X4(baicalin)、X6(wogonoside)、X7(baicalein)、X8(wogonin)、X9(oroxylin A)为子芩和枯芩的相同活性化学成分。子芩的抗氧化核心活性成分为化合物X2(luteoloside)、X3、X4(baicalin)、X6(wogonoside)、X7(baicalein)和X9(oroxylin A)。而枯芩抗炎镇痛活性的核心活性成分为化合物X1、X2(luteoloside)、X3、X5、X6(wogonoside)、X7(baicalein)、X8(wogonin)和X9(oroxylin A)。其中木犀草苷、黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素、千层纸素A被成功验证具有较好的抗炎效果。

图9 视觉分析(左) RF分析(右)
表 PLSR分析
表 核心活性化学成分组
图10 测试验证

结语: 综上所述,子芩和枯芩的药理活性和化学成分类型基本相同,但在药理活性的能力和趋向性以及各活性化学成分的含量和比例上存在差异。这提示活性化学成分的含量和比例的差异可能是子芩和枯芩的药理活性存在差异的主要原因之一。研究人员认为,将黄芩分为子芩和枯芩,并用它们治疗中医经典中记载的不同疾病是合理的。这些发现将有助于提高对黄芩(子芩和枯芩)临床应用的认识,并为制定质量标准及其进一步研究提供参考。鉴于中医药学领域普遍存在的多规格药材的现象,有必要进行相关的科学研究,尊重临床经验和临床疗效,以实现精准医疗的目标。

原文链接:https:// linkinghub.elsevier.com /retrieve/pii/S0378874122010881