基于核磁共振代谢组学的中药蜘蛛香抗抑郁作用及机制研究

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背景:抑郁症是一种长期存在的复杂精神疾病,当前的抗抑郁药已不能满足临床需求。传统中药在防治抑郁、焦虑等精神类疾病上有着悠久的应用历史和良好的疗效。中药蜘蛛香(Valeriana jatamansi Jones)已在临床上用于抑郁症治疗,但蜘蛛香抗抑郁的作用机制研究仍不够深入,尤其是对抑郁后内源性小分子代谢物的变化了解甚少。目的:采用慢性温和不可预知应激(CUMS)小鼠抑郁模型,以行为学及相关神经递质检测的方法评价蜘蛛香环烯醚萜部位的药效;在此基础上利用代谢组学技术,分析血清、脑组织和粪便样本中内源性小分子的变化规律,寻找抑郁相关的差异代谢物,探讨蜘蛛香环烯醚萜部位(IRFV)抗抑郁的作用机制。方法:42只昆明小鼠随机分为6组,包括正常组,模型组,氟西汀组(2.5mg·kg-1),IRFV组(低、中、高剂量分别为5.73,11.47,22.94 mg·kg-1)。采用CUMS对小鼠造模,以IRFV及阳性药(氟西汀)为干预药物,用行为指标和神经递质含量进行药效学评价。然后采用高分辨核磁共振氢谱(1H-NMR)代谢组学技术分析IRFV对CUMS模型小鼠血清、脑组织和粪便中内源性物质的影响,结合多变量统计分析来确认差异代谢物及差异物涉及的基因和酶,并对代谢物参与的代谢通路进行预测。结果:与正常组相比,造模后,小鼠的不动时间大幅度提高(P<0.01)、蔗糖偏好率极显著下降(P<0.01),兴奋性神经递质五羟色胺(5-HT)和去甲肾上腺素(NE)显著下降(P<0.05或P<0.01),表明造模成功。与模型组相比,IRFV和氟西汀给药后,小鼠不动时间、蔗糖偏好率和兴奋性神经递质5-HT、NE向正常水平显著回调(P<0.05或P<0.01),提示给药后抑郁状态得到缓解,IRFV对CUMS所致的抑郁症有一定的治疗作用。采用1H-NMR技术对未造模、造模后及给药后的小鼠血清、脑组织和粪便中的代谢物进行检测分析,采用无监督模式的多变量统计分析方法分析造模和给药后的代谢表型变化,使用有监督模式的多变量统计分析和单变量统计分析结合的方法筛选组间差异代谢物,基于后者找出变化显著的代谢通路和相关的酶与基因。结果显示:(1)与正常组相比,模型小鼠血清中富马酸酯、苹果酸、丙酮酸、脯氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、肌醇、N、N二甲基甘氨酸(DMG)、磷酸胆碱、胆碱、丝氨酸和亮氨酸含量下调、而甘氨酸、谷氨酰胺、甜菜碱、牛磺酸、α-葡萄糖和β-葡萄糖含量上调,IRFV给药2周后上调血清样本中的富马酸盐、苹果酸、苯丙氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、DMG、胆碱、丝氨酸和亮氨酸,并下调小鼠血清中的甘氨酸,谷氨酰胺,甜菜碱,牛磺酸和葡萄糖含量;(2)与正常组相比,模型小鼠脑组织中亮氨酸、缬氨酸、尿嘧啶、丙酮酸、谷氨酸、胆碱、谷氨酰胺、肌苷、酪氨酸、苯丙氨酸、胆固醇的C25甲基、R-CH3in the fatty acids chain和-NH(CH3)in phosphoethanolamine含量下降,牛磺酸、乳酸和胆固醇的C18甲基等含量升高;给药IRFV治疗2周后下调了乳酸、胆固醇的C18甲基和-(CH2)n in fatty acids的含量,上调了亮氨酸、缬氨酸、γ-氨基丁酸、谷氨酸、肌苷、牛磺酸、苯丙氨酸、胆固醇的C25甲基和-NH(CH3)in phosphoethanolamine含量;(3)与正常组相比,模型组粪便中丙酸、醋酸盐、三甲胺、二甲胺、甘氨酸、肌酸、尿嘧啶、酪氨酸含量下降;而异亮氨酸、乳酸、谷氨酰胺和腺嘌呤含量升高。IRFV-H给药后通过下调小鼠粪便中异亮氨酸、乳酸、谷氨酰胺的含量,上调丙酸、二甲胺、三甲胺、肌酸、尿嘧啶和酪氨酸的含量发挥抗抑郁作用。进一步分析发现,苯丙氨酸羟化酶(PAH)、酪氨酸羟化酶(TH)、色氨酸羟化酶(TPH)、谷氨酸脱羧酶(GAD)、γ-谷氨酰转移酶(GGT)、D-氨基酸氧化酶(DAO)、甲状腺过氧化物酶(TPO)和富马酸盐水合酶(FH)可能参与了IRFV抗抑郁的作用过程。这些代谢物主要涉及以下代谢通路:缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,TCA循环,甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢,氨基酰基-t RNA的生物合成,D-谷氨酸和D-谷氨酰胺代谢和苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的代谢等。结论:运用1H-NMR代谢组学技术结合代谢通路分析阐明IRFV主要可能是通过影响能量代谢、肠道菌群代谢、氨基酸代谢和神经递质合成,使机体内的能量代谢和肠道菌群紊乱,氨基酸水平向正常回调,神经递质含量趋于正常,从而发挥抗抑郁作用,保护小鼠免于抑郁损伤。这些发现为IRFV的抗抑郁机制提供了新的思路,也为IRFV抗抑郁作用机制深入研究提供参考依据。
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