十全大补汤干预D-半乳糖复合限制运动诱导肌少症模型大鼠的药理作用及机制研究

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背景:随着人口老龄化的进程加快,老年人口高龄化的趋势日益明显,老年性疾病成为不可忽视的公共卫生问题。肌少症由美国Tufts大学的Irwin H.Rosenberg教授于1989年首次命名,2016年在第十版国际疾病分类有独特的疾病代码,是指一种与增龄相关的肌肉质量减少、力量下降和/或躯体功能减退的老年综合征,越来越受到医学界的广泛关注,是危害老年人身体健康、导致失能的重要疾病,具有发病率高、病因复杂、进展隐匿、不良影响广泛等特点。然而,国内外目前的研究尚未完全揭示肌少症的发病机制,更无基于病机研发的专属性特效药物,临床治疗只能以辅助用药为主。本研究基于传统中医药理论对肌少症这一老年性疾病的认识,提出经典古方“十全大补汤可能是治疗肌少症的有效方剂”假说,通过药理实验验证其对肌少症的有效性并探索其作用机理。研究结果将为十全大补汤有效治疗肌少症提供实验依据,进一步阐释肌少症发病机制,为研发治疗肌少症的创新中药提供科学基础,同时,也为挖掘中药经典古方的当代应用价值、促进老药新用和二次开发提供了借鉴和思路。目的:(1)建立D-半乳糖复合限制运动模拟肌少症的实验动物模型,为疾病机制和药理学研究提供基础。(2)明确十全大补汤干预肌少症的药效作用及特点,阐明其作用机制。(3)表征十全大补汤的化学成分组成,筛选预测其干预肌少症的潜在效应物质。方法:(1)十全大补汤干预D-半乳糖复合限制运动因素的肌少症模型大鼠的药理作用研究采用D-半乳糖复合限制运动因素模拟肌少症建立大鼠模型,从行为学、病理观察、生化指标三个方面评价造模是否成功,以此复合模型对中药复方十全大补汤进行药理作用评价,最后对十全大补汤改善肌少症模型大鼠皮肤衰老的相关指标进行测定。(2)十全大补汤干预肌少症模型大鼠的作用机制基于血清LC-MS代谢组学技术研究十全大补汤干预肌少症模型大鼠的作用,发现十全大补汤调节的差异代谢物和相关代谢通路,采用D-半乳糖诱导的体外成肌细胞C2C12模型初步验证血清中关键代谢物的活性;对肌肉和脾脏进行代谢组学研究,从两种组织内源性代谢物整体变化的角度阐明十全大补汤干预肌少症模型大鼠的作用机制;基于肌肠轴的认识,采用16s r RNA肠道菌群测序,从肠道微生物组的视角发现十全大补汤发挥作用的相关机制;最后对聚焦的内质网应激通路进行蛋白免疫印记验证。(3)十全大补汤化学成分分析及干预肌少症模型大鼠的药效物质预测采用系统溶剂萃取法得到十全大补汤的不同极性部位,基于高分辨质谱对十全大补汤的体外化学成分进行全面分析;结合TCMSP收集十全大补汤所含药材的化学成分,根据类药五原则与GI结合文献,筛选潜在的活性成分,建立最大活动贡献得分模型,计算十全大补汤干预肌少症的关键功能成分组,选择几个重要的成分与重要靶点进行分子对接,预测潜在效应物质。结果:(1)十全大补汤干预D-半乳糖复合限制运动因素的肌少症模型大鼠的药理作用造模10周后,与空白组相比,肌少症模型组大鼠的腓肠肌指数显著下降(P<0.05);金属网格及转棒实验表明,模型组大鼠攀爬和在棒时间显著降低(P<0.05),提示肌肉功能显著下降;腓肠肌HE染色结果表明,模型组大鼠腓肠肌间质变宽,肌纤维横截面大小不均一;新物体识别及Morris水迷宫结果显示,模型组大鼠认知功能损伤;生化指标结果表明,模型组腓肠肌中MSTN含量显著升高,IGF-1、ATP含量显著下降(P<0.05),同时血清SOD活力显著下降,MDA含量显著升高(P<0.05),提示肌少症大鼠模型复制成功。给予中、高剂量(5g/kg、10g/kg)十全大补汤后,肌少症模型大鼠腓肠肌指数有升高趋势,肌肉功能显著改善,且学习记忆能力显著提高(P<0.05);同时可以显著升高血清中SOD水平、降低MDA含量,对腓肠肌ATP及IGF-1含量显著增加、MSTN含量显著降低(P<0.05)。此外,皮肤衰老实验结果表明,十全大补汤对皮肤的表皮厚度及角质层有不同程度的改善,且可以显著增加皮肤组织Hyp含量。阳性药可以显著增加大鼠的肌肉功能,提高腓肠肌ATP含量,降低MSTN含量(P<0.05),与十全大补汤作用相当,而对肌少症模型大鼠学习记忆能力及皮肤衰老无明显作用。本研究证明了十全大补汤可以改善D-半乳糖复合限制运动诱导的大鼠肌少症,同时具有延缓皮肤衰老的药效特点,对十全大补汤的临床治疗应用提供了药理学实验依据。(2)基于LC-MS代谢组学技术与肠道菌群16s r RNA测序技术的作用机制研究血清LC-MS代谢组学结果表明,各组样本代谢轮廓发生了明显改变;对空白组与模型组进行差异分析,发现24个差异代谢物显著变化,EI指数表明十全大补汤高剂量组对差异代谢物的回调效果最优,主要通过调节核黄素代谢、脂肪酸β氧化、不饱和脂肪酸合成等发挥作用;体外细胞实验证明血清4个关键的内源性代谢物(核黄素、α-酮戊二酸、辛二酸、癸二酸)对D-半乳糖诱导的衰老C2C12细胞有明显的增殖活性,其中核黄素的活性最强,且可以延缓C2C12细胞衰老。进一步对腓肠肌与脾脏进行代谢组学研究,发现腓肠肌中差异代谢物28个,脾脏中24个,主要包括氨基酸类、脂肪酸类、鞘脂类、核苷酸类等成分;十全大补汤中剂量组对差异代谢物调节效果最优;通路分析发现,十全大补汤主要通过调节腓肠肌和脾脏不饱和脂肪酸生物合成、能量代谢、鞘脂代谢等多种代谢途径发挥治疗肌少症的作用。肠道菌群测序结果表明,十全大补汤可以增加肌少症模型大鼠的肠道菌群α多样性,改变β多样性,改变肠道菌群结构,以FC<0.8或>1.2筛选发现十全大补汤可以回调肌少症模型大鼠盲肠内容物中门水平的9个菌、科水平的11个菌、属水平的27个菌。蛋白免疫印迹结果表明,十全大补汤可以显著降低脂肪酸结合蛋白FABP3的表达,同时显著抑制PERK、e IF2α蛋白的表达,提示十全大补汤主要通过抑制PERK-e IF2α通路,进而抑制内质网应激发挥治疗肌少症的作用。(3)效应物质预测分析采用UHPLC Q-TOF MS技术表征了十全大补汤不同极性部位的207个化合物,包括黄酮类、香豆素类、苯肽类、萜类及三萜皂苷、氨基酸、有机酸、鞣质、糖类、脂肪酸、核苷及其他成分。通过建立了一种计算网络药理学模型,筛选得到十全大补汤干预肌少症的关键功能成分组(KFCG)共117个效应成分,其贡献率达90%以上,可作为十全大补汤治疗肌少症的效应成分;关键成分Glucoquiritin apioside、Astragaloside II、Secoisolariciresinol、Glycyrrhetinic acid、10-Shogaol、Ferulic acid、AtractylenolideⅢ及Poricoic acid A分别归属于甘草、黄芪、芍药、生姜、当归、川芎、白术及茯苓八味中药,与重要靶点APP、GRB2、CA4、PTPN1、HSP90AA1对接后具有较强的结合活性,可作为十全大补汤的潜在药效物质。结论:D-半乳糖复合限制运动的肌少症模型复制成功,可以用于肌少症的药物评价;十全大补汤可以显著改善肌少症模型大鼠骨骼肌衰减症状,且具有延缓皮肤衰老的作用。十全大补汤干预肌少症模型大鼠具有多成分、多靶点、多途径的作用,关键通路涉及核黄素代谢、不饱和脂肪酸生物合成、能量代谢、鞘脂代谢等,且主要通过抑制PERK-e IF2α通路,进而抑制内质网应激发挥治疗肌少症的作用。关键成分Glucoquiritin apioside、Astragaloside II、Secoisolariciresinol、Glycyrrhetinic acid、10-Shogaol、Ferulic acid、AtractylenolideⅢ及Poricoic acid A,可作为十全大补汤治疗肌少症的潜在药效物质。
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