野生女贞果实中齐墩果酸提取及其抗乳腺癌机制研究

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女贞(Ligustrum lucidum Ait.)隶属于木犀科(Oleaceae)女贞属(Ligustrum),在全世界范围内分布广泛,是一种重要的野生植物资源。女贞子(Fructus Ligustri Lucidi)是女贞的果实,药用价值很高,具有滋补肝肾和延缓衰老等功效。根据查阅国内外文献研究发现,女贞子中含有生物活性物质比如熊果酸(ursolic acid)、齐墩果酸(oleanolic acid)、女贞子酸(ligustrin)等,能够抗炎杀菌、降血脂、降血糖、调节机体的免疫功能,并且具有抗癌等功效。已有的临床和实验结果发现,女贞子具有良好的抗肿瘤效果,然而目前的研究尚未对女贞子发挥抗乳腺癌活性的化学成分进行全面分析,特别是对其活性成分齐墩果酸的抗癌作用机制也未见系统性报道。基于此,本论文分别从以下几个方面开展相关的研究,并取得了阶段性的成果:(1)基于网络药理学的女贞果实抗乳腺癌生物活性物质分析:针对女贞子抗乳腺癌过程,通过TCMSP、UniProt和GeneCards等数据库,并基于相似性算法筛选有效生物活性成分以及预测潜在治疗靶点;利用DAVID工具对靶点进行功能富集分析,利用STRING数据库和Cytoscape软件分析靶点间蛋白-蛋白相互作用,并绘制PPI网络图。结果显示,女贞子抗乳腺癌的关键靶点有32个,主要来源于8种生物活性成分,其中最主要的是熊果酸和齐墩果酸。齐墩果酸的靶点中包含常见的乳腺癌治疗分子ESR1(estrogen receptor 1,雌激素受体 1),AR(androgen receptor,雄激素受体),PGR(progesterone receptor,孕酮受体),PPARG(peroxisome proliferator activated receptor gamma,过氧化物酶体增殖物激活受体γ)和PRLR(prolactin receptor,催乳素受体)。功能富集分析结果显示,32个关键靶点主要富集于9个显著性通路,以及37个生物学过程、7个分子学功能和4个细胞学组分功能类别。靶点PPI网络分析结果显示,齐墩果酸中有15个靶点蛋白之间存在着相互作用,排名前五位的蛋白-蛋白互作是CYP17A1-SRD5A1、AKR1C1-SRD5A1、ESR1-PGR、AR-NR3C2 以及 AR-NR3C1。(2)女贞果实中生物活性成分齐墩果酸的提取与纯化:针对前期对女贞子抗乳腺癌的有效生物活性成分的筛选,选择齐墩果酸进行进一步的研究。通过超声波辅助提取的方式,以野生女贞果实为原料,改进齐墩果酸这一活性成分的提取工艺条件,采用响应面分析法,并以齐墩果酸得率为响应值,分别考察提取剂浓度、料液比、超声功率等因素对齐墩果酸得率的影响,从而得出超声波辅助提取齐墩果酸的最佳条件为:提取剂浓度65%,料液比1:25,超声功率400 W。在最佳条件下试验,测得齐墩果酸得率为2.2796%。通过对洗脱剂体积、乙醇浓度、洗脱流速大孔树脂HPD300解吸率的影响,确定了大孔树脂HPD300纯化齐墩果酸的动态解吸最佳条件为:洗脱剂体积为70 mL、洗脱液浓度为80%、洗脱流速为50 r/min。利用大孔吸附树脂纯化法对齐墩果酸提取物进行纯化,从而获得含量为86.53%齐墩果酸用于后续生物学实验。(3)基于高通量测序的齐墩果酸抑制乳腺癌细胞的转录组学研究:利用从女贞子中提纯所得到的齐墩果酸,在细胞水平上研究了齐墩果酸对乳腺癌细胞系的作用效果;使用RNA-seq技术探究齐墩果酸抑制MCF-7细胞的功能基因组学水平上分子机制。结果表明,40μM齐墩果酸处理条件下能显著抑制MCF-7细胞的增殖并能诱导其凋亡。通过对RNA测序数据质量和差异表达基因(DEG)的分析,发现67个显著下调的基因和260个显著上调的基因与MCF-7细胞的齐墩果酸作用有关。在这些基因中,43个独特的DEG富集于多种信号通路和GO功能类别中,如p53信号通路、TNF信号通路和mTOR信号通路。最终鉴定出了 6个下调基因(包括THBS1、EDN1、CACNG4、CCN2、AXIN2 和 BMP4)以及 6 个上调基因(包括 ATF4、SERPINE1、SESN2、PPARGC1A、EGR1和JAG1)可以作为齐墩果酸治疗乳腺癌的靶基因。(4)齐墩果酸抑制小鼠乳腺癌的作用机制研究:将4T1-luc细胞经过皮下注射到五周龄雌性BALB/c小鼠胸壁构建乳腺癌小鼠成瘤模型,为检测OA的体内抗肿瘤功效,将建模成功的小鼠分为OA组和模型组分别连续灌胃OA(30 mg/kg)和等剂量玉米油,并且每天称量并记录小鼠的体重,使用游标卡尺测量值肿瘤大小;灌胃19天后,用Tanon-5200Multi多功能成像仪对小鼠乳腺癌瘤体进行活体生物发光成像,然后使用脊椎脱臼法处死小鼠,将瘤体及其内脏组织从小鼠体内剥离出来称重并拍照观察;利用qPCR技术检测细胞转录组学筛选出的12个靶基因在OA组和模型组中的表达量。小鼠形态学观察结果显示,OA处理组小鼠体重和肿瘤体积均出现明显减小;小鼠活体成像结果显示OA处理组小鼠肿瘤荧光信号明显减弱;处死后瘤体观测结果显示OA处理组小鼠肿块表面比较光滑并且肿块大小和重量均显著性减小,肝脏和脾脏组织颜色更为暗沉且重量下降明显。以上结果表明在小鼠水平上OA处理具有显著的抑制乳腺肿瘤发展的效果,但也有一定的毒副作用;基于RNA-seq和生信分析筛选的六个上调基因和六个下调基因的表达模式,通过小鼠体内qPCR实验结果得到了验证,揭示了 OA治疗乳腺癌的靶向作用机制。综上所述,本论文首次利用网络药理学的原理发现了女贞子抗乳腺癌的8种生物活性成分涉及到32个关键靶点,排名前两位的是熊果酸和齐墩果酸。采用超声波辅助提取法和大孔吸附树脂纯化法从野生女贞子中提取和纯化获得高纯度的齐墩果酸,并分别从体外水平和体内水平上揭示了齐墩果酸具有抑制乳腺癌的效果,进一步利用RNA-seq技术和分子生物学手段筛选和鉴定齐墩果酸抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖和转移的关键因子和通路,阐释齐墩果酸抑制小鼠乳腺肿瘤发展的作用机制。这些都将为植物资源活性成分防治乳腺癌提供一定的理论依据和数据支撑。基于此,在我国大力发展女贞的种植及其植物资源保护,指导野生植物资源开发与利用,将有利于最大限度发挥女贞子抗肿瘤功效方面的价值。
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