DSS诱导的小鼠溃疡性结肠炎的差异蛋白质组学分析及龙血竭的干预机制

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目的:探讨溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC)发生和发展的机制,考察龙血竭(Chinese dragon’s blood,CDB)抗UC作用、活性成分、作用靶点和通路,为阐明CDB治疗UC的作用机制提供依据。方法:(1)GEO数据库分析UC发病机制。从GEO数据库下载DSS诱导的UC动物模型基因表达谱数据,使用R语言处理数据后,进行生物信息学分析,挖掘UC病变过程中差异表达基因和异常信号通路。(2)CDB缓解DSS诱导的UC小鼠结肠损伤的药效学研究。将BALB/C小鼠随机分成空白组(Control check,CK)、模型组(UC)、CDB高剂量组(4.4 g/kg/d,CDB-H)、CDB中剂量组(2.2 g/kg/d,CDB-M)、CDB低剂量组(1.1 g/kg/d,CDB-L)和美沙拉秦阳性药组(0.3 g/kg/d,USAN),每组10只。除CK组外,其余各组小鼠采用2.5%DSS诱导UC模型。造模的同时,分别给予相应药物干预。实验期间对小鼠的体重变化、粪便性状以及粪便隐血检测情况进行测量与记录,并统计疾病活动指数(Disease Activity Index,DAI)和结肠大体形态损伤指数(Colon Macroscopic Damage Index,CMDI)评分。实验结束后通过解剖小鼠结肠进行苏木素-伊红染色(Hematoxylin-Eosin staining,HE)染色切片评分,考察CDB对UC小鼠的影响。(3)蛋白质组学技术测定CDB干预后UC小鼠结肠差异基因。将BALB/C小鼠随机分成CK组、UC组、雷帕霉素组(0.5 mg/kg/d,RAPA)和CDB组(1.1 g/kg/d),每组10只。采用2.5%DSS诱导小鼠UC模型,在造模同时,灌胃给予CDB、腹腔注射给予RAPA。同法进行HE评分、DAI评分和CMDI评分。运用iTRAQ差异蛋白质组学技术测定小鼠结肠组织差异表达蛋白,通过生物信息学技术挖掘UC发病和CDB干预的生物标志物和信号通路。采用Western Blot(WB)、免疫组化(IHC)法验证靶点。(4)CDB活性成分和作用靶标的虚拟筛选。选择KEGG富集分析排名靠前的通路中差异表达蛋白为受体,选择PUBMED数据库筛选得到的CDB化合物作为小分子配体,运用Discovery Studio的Libdock模块进行分子对接,虚拟筛选和验证CDB活性成分和作用靶点。结果:(1)通过GEO基因数据集分析,与正常组相比,在UC小鼠结肠组织组共鉴定出了1089个差异基因,其中上调差异基因表达359个,下调差异基因730个。GO和KEGG富集分析显示,差异基因主要富集在分子过程转运过程、细胞膜、蛋白质结合和代谢通路。(2)为期8d的动物实验显示,除CK组外,其余组小鼠均出现了不同程度的UC症状,包括便血、腹泻、体重明显下降等。CDB干预后,UC症状得到有效的缓解,具体表现为:体重下降变缓,DAI评分与UC相比均出现了一定的下调,最重要的是发现CDB组受损的结肠黏膜愈合明显。(3)iTRAQ蛋白质组学分析结果显示,与UC相比,CK、CDB和RAPA组中分别有700、734和645个差异表达蛋白被鉴定出来。富集分析显示,差异表达蛋白在核糖体构成和核糖体信号通路富集最明显。差异表达蛋白富集前六的通路是:核糖体通路、补体与凝血联级通路、氧化磷酸化通路、c GMP-PKC信号通路、PI3K-Akt信号通路和粘着斑通路。Western Blot测定mTOR/Ribosome信号通路的mTOR蛋白表达,结果显示,与CK组相比,UC组mTOR蛋白表达下调(P<0.01);与UC组相比,CDB组mTOR蛋白表达上调(P<0.05)。IHC结果显示,与CK组相比,UC组p70S6K蛋白表达下调(P<0.01)、p-4EBP1蛋白表达上调(P<0.01);与UC组相比,CDB组p70S6K蛋白表达上调(P<0.05)、p-4EBP1蛋白表达下调(P<0.01)。此外,本部分动物实验发现RAPA可加重结肠黏膜损伤。(4)本文对mTOR通路中的差异表达蛋白RSK1、mTOR蛋白进行对接,筛选与蛋白受体结合最好的前3个小分子配体。结果显示,CDB中有7个小分子配体与mTOR、RSK1受体蛋白紧密结合,出现频率较高的是龙血素D、剑叶龙血素B和剑叶龙血素C,而柚皮素、龙血素B、龙血素C和2,4,4’-三羟基二氢查耳酮各出现一次。mTOR蛋白中的氨基酸与龙血素D形成了7个常规氢键,6个碳氢键;与剑叶龙血素B形成了5个常规氢键,6个碳氢键;与剑叶龙血素C形成了5个常规氢键,8个碳氢键。RSK1蛋白的氨基酸与龙血素D形成3个常规氢键;与剑叶龙血素B形成了3个常规氢键,4个碳氢键;与剑叶龙血素C形成了1个常规氢键,4个碳氢键。结论:(1)CDB能通过促进黏膜愈合缓解DSS诱导的UC小鼠结肠黏膜损伤。(2)使用RAPA抑制mTOR活性,能降低核糖体功能,会导致更严重的结肠黏膜损伤。(3)CDB缓解UC小鼠结肠黏膜损伤与调控mTOR/Ribosome信号通路中RSK1/TSC2/mTOR信号轴有关。(4)龙血素D、剑叶龙血素B和剑叶龙血素C可能是CDB的主要活性成分,其作用靶点可能是RSK1和mTOR。
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