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【研究背景】慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是一种以持续性进行性气流受限为特征的可预防和治疗的疾病。我国COPD患病人数近1亿人,成为仅次于高血压和糖尿病的第三大慢性疾病,在临床上仍缺乏有效治疗手段和药物,常用药物糖皮质激素和支气管舒张剂也只能在一定程度上改善患者症状,对疾病的病理改变作用甚微,亦不能遏制疾病的的进展,迫切需要根据对COPD病理特征和发病机制的认识寻找新型有效药物。补肺活血胶囊是由黄芪、赤芍、补骨脂三味传统中药材按2:2:1的比例配伍而成的复方制剂,在我国已有千年的运用历史,其中黄芪具有补气升阳、利尿消肿之功效,赤芍具有活血化瘀之功效,补骨脂具有温肾助阳、纳气平喘之功效,三药合用能够益气活血、补肺固肾,临床常用于肺心病患者的治疗,但对于COPD的治疗尚缺乏系统的询证医学证据,对其药理机制也不甚清楚。【研究目的】应用COPD大鼠模型系统评价补肺活血胶囊对COPD的治疗作用,通过网络药理学分析补肺活血胶囊治疗COPD的潜在分子靶点并对其进行实验验证。从而为补肺活血胶囊在COPD中的应用提供科学依据。【研究方法】1、动物实验:采用烟草烟雾暴露联合气道内滴注细菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)的方法建立COPD大鼠模型,总暴露时间为110天,在第1天及第14天分别给予LPS,并在第81天开始给予三个不同剂量的补肺活血胶囊灌胃,分别为0.095g/kg、0.38g/kg和1.52g/kg,直至造模结束;用BUXCO肺功能仪检测各组大鼠的肺功能,收集支气管肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid,BALF),并对BALF中白细胞进行分类计数,测定BALF中炎症因子的水平,肺组织石蜡切片行H&E、PAS及MASSON染色评估肺组织病理变化。2、网络药理学研究:从中药系统药理学分析平台(TCMSP)和BAT-MAN(BAT-MAN)数据中提取补肺活血胶囊中黄芪、赤芍和补骨脂的主要成分及所对应的靶点,利用cytoscape3.7.2软件绘制药物成分-靶点网络图;从GeneCards、OMIM和polyserache2数据库查找COPD疾病相关靶点,以“COPD”或“chronic obstructive pulmonary disease”为检索词,设置相关性得分(Score)≥1,得到疾病相关靶点;利用Uniprot蛋白标准化数据库对所有靶点进行基因名标准化,得到靶点的基因名,通过韦恩(venny2.1)软件绘制药物与疾病靶点的交集,通过STRING平台绘制交集基因的蛋白互作图,利用Bioconductor生物信息软件包对交集基因进行GO生物过程分析(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析。3、对网络药理学分析得到的补肺活血胶囊治疗COPD的潜在作用靶点进行实验验证。【研究结果】1、补肺活血胶囊治疗对烟草烟雾诱导的COPD大鼠肺功能的影响:与正常对照组大鼠相比,模型对照组大鼠功能残气量(functional residual capacity,FRC)显著增加、FEV20/FVC%显著降低;与模型对照组大鼠相比,补肺活血胶囊治疗(中剂量0.38g/kg和低剂量0.095g/kg)后显著减低FRC、升高FEV20/FVC%。2、补肺活血胶囊治疗对烟草烟雾诱导的COPD大鼠肺组织病理的影响:H&E染色显示,与正常对照组大鼠相比,模型对照组大鼠肺组织肺泡壁增厚,肺泡结构紊乱,肺泡壁破坏融合形成肺气肿,肺泡腔及肺间隔见大量炎性细胞浸润,补肺活血胶囊治疗(中剂量0.38g/kg)后肺泡壁较完整、结构较清晰、肺气肿程度减轻,炎性细胞浸润减少;PAS染色显示,与正常对照组大鼠相比,模型对照组大鼠气道表面有显著的杯状细胞化生,补肺活血胶囊治疗(中剂量0.38g/kg)后气道上皮杯状细胞化生减少;MASSON染色显示,与正常对照组大鼠相比,模型对照组大鼠气道胶原沉积明显,补肺活血胶囊(高剂量1.52g/kg)治疗后气道胶原沉积显著减少;3、补肺活血胶囊治疗对烟草烟雾诱导的COPD大鼠BALF白细总数及分类计数的影响:与正常对照组大鼠比较,模型对照组大鼠BALF白细胞总数及巨噬细胞数均显著升高,与模型对照组大鼠比较,补肺活血胶囊(中剂量0.38g/kg和低剂量0.095g/kg)治疗后白细胞总数和巨噬细胞数均显著下降。4、补肺活血胶囊治疗对烟草烟雾诱导的COPD大鼠BALF炎症因子的影响:与正常对照组大鼠比较,模型对照组大鼠BALF中IL-1β、IL-6和KC的水平均显著升高,补肺活血胶囊(中剂量0.38g/kg)治疗后大鼠BALF中IL-1β、IL-6和KC的水平显著降低。5、补肺活血胶囊治疗COPD的网络药理学分析结果:在TCMSP中按OB≥30%、DL≥0.18筛选条件得到“黄芪”和“赤芍”有效成分分别为20和27个,靶点分别有97和37个,在BAT-MAN数据库中补骨脂成分共39个,去除无靶点的成分后共14个,对应靶点263个;在GeneCards、OMIM和polyserache2数据库中检索COPD相关靶点共1774个,将score<1的靶点去除后共639个靶点,补肺活血胶囊与COPD靶点“交集”共65个,这65个靶点的GO生物过程分析共得到115个条目,主要涉及蛋白异二聚体活性(protein heterodimerization activity)、RNA聚合酶II近端启动子序列特异性DNA结合(RNA polymerase II proximal promoter sequence-specific DNA binding)、辅因子结合活性(cofactor binding)、启动子近端特异DNA序列结合(proximal promoter sequence-specific DNA binding)、血红素结合(heme binding)等;KEGG通路富集分析共得到127个,主要富集的信号通路为cAMP信号通路(cAMP signaling)、神经活性配体-受体相互作用信号通路(Neuroactive ligand-receptor interaction signaling)、PI3KAkt信号通路(PI3K-Akt signaling)、HIF-1信号通路(HIF-1 signaling)等。【研究结论】补肺活血胶囊对大鼠COPD模型具有显著的治疗作用,其机制可能与抑制肺组织炎症、改善肺组织和气道病理,抑制肺组织细胞凋亡相关。