炎症是一种常见的机体抵御外界刺激的病理反应。当机体损伤时,炎症会引起巨噬细胞释放促炎因子(如:NO、COX‑2、IL‑6、IL‑1β,TNF‑α),从而杀灭病原体,但过度炎症也会诱发很多疾病(如癌症、Ⅱ型糖尿病、关节炎等)。炎症的发生与复杂的信号通路紧密相连,核因子‑κB(NF‑κB)信号通路在炎症反应中起着核心作用,当受到刺激时,该通路被激活,促使多种炎症因子的表达,引发一系列免疫反应。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路也参与炎症调控,影响细胞的增殖、分化和凋亡等过程。目前抗炎药主要包括抗生素、甾体和非甾体类药物,但是这些药物存在耐药性、副作用和药物残留等问题
[1]。因为植物提取的活性物质具有药效温和、耐药性低、毒性低和副作用少等优势,所以寻求天然来源的活性物来抗炎成为研究热点。
高粱泡叶是蔷薇科植物高粱泡(
Rubus lambertianus Ser.)的干燥叶。高粱泡叶具有治疗皮肤糜烂、黄水疮、治疗烫伤等作用,可能和其具有抗炎作用有关。前期实验也表明高粱泡叶可能含有多种抗炎活性成分
[2]。目前,关于高粱泡叶醇提物的抗炎活性及作用机制未见报导。本研究采用UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS分析AELR中的化学成分,用网络药理学方法预测其作用机制,并通过体外细胞实验验证AELR的抗炎作用机制,为高粱泡叶的开发利用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 药材
高粱泡叶样品采自贵州省贵阳市花溪区元芳村,经贵州中医药大学魏升华教授鉴定为蔷薇科植物高粱泡(Rubus lambertianus)。
1.1.2 试剂
DMEM高糖培养基(购自赛默飞世尔生物化学制品公司,批号8122500);胎牛血清(浙江天杭生物科技有限公司,批号22040703);IL‑6试剂盒(联科生物,批号EK282/4‑01);TNF‑α试剂盒(睿信生物科技有限公司,批号RX‑G202412M);LPS、ROS检测试剂盒、BCA蛋白浓度测定试剂盒(碧云天生物有限公司,批号011722220615、S0033、P0012);小鼠单克隆抗体β‑actin(三鹰生物技术有限公司,批号66009‑1‑Ig);兔多克隆抗体ERK、P‑ERK、JNK、P‑JNK、P65、P‑P65(Affinity公司,批号AF0155、AF1015、AF6318、AF3318、AF5006、AF2006);兔多克隆抗体COX‑2、Akt、p‑Akt(万类生物有限公司,批号WL01750、WLP001a、WL003b);HRP标记羊抗小鼠二抗、HRP标记羊抗兔二抗(武汉博士德生物工程有限公司,批号BA1051、BA1054);ECL底物液(北京普利莱基因技术有限公司,批号P1050);其余均为分析纯,水为超纯水。
1.1.3 仪器
二氧化碳培养箱(上海一恒科学仪器有限公司,BPN‑80CH)、PCR仪(杭州米欧仪器有限公司,PR‑96)、酶标仪(赛默飞世尔科技公司,mμlISKANMK3),VILBER Fusion FX7Spectra 凝胶成像系统(北京五洲东方科技发展有限公司),电泳仪、电转仪(北京六一仪器厂,DYY‑7C、DYCZ‑40),DYCZ‑40),水平摇床(江苏海门其林贝尔仪器制造有限公司,TS‑1),流式细胞仪(Beckmancoulter,cytoFLEX)。
1.1.4 细胞株
小鼠RAW264.7巨噬细胞株购自ATCC。
1.2 AELR样品的制备
称取高粱泡叶粉末(过60目筛)100.0 g,料液比1∶10,40%乙醇90 ℃回流提取2次,每次1.5 h,抽滤,合并提取液,减压浓缩,真空干燥,即得AELR,备用。
1.3 UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS检测
1.3.1 供试品的制备
称取AELR样品100 mg置于2 mL离心管中,加入70%甲醇,用全自动样品快速研磨仪震荡破碎3 min,冷却后低温超声10 min,4 ℃,12 000 r/min离心10 min,取上层清液稀释2~100倍,过0.22 μm微孔滤膜后进样。
1.3.2 色谱条件
色谱柱:Zorbax Eclipse C18(1.8 μm×2.1 mm×100 mm);流动相为0.1%甲酸水溶液(A)‑乙腈(B);梯度洗脱(0~2 min,5% B;2~6 min,5~30% B;6~7,30% B;7~12 min,30%~78% B;12~14 min,78% B;14~17 min,78%~95% B;17~20 min,95% B)柱温为30 ℃;流速0.3 mL/min;进样量为2 μL。
1.3.3 质谱条件
电喷雾离子源(ESI);正/负离子模式;喷雾电压3.5 kV;毛细管温度330 ℃;鞘气:45 arb;辅助气:15 arb;扫描离子范围100~1 500 m/z;分辨率Full Scan模式为:120 000;dd‑MS2模式为:60 000;碰撞模式:高能量碰撞解离(HCD)。
1.3.4 化学成分鉴定
根据其相对分子质量和一级、二级质谱碎片离子结合zmAaul本地谱库、mz‑Cloud云谱库及相关文献、色谱峰对应的化合物定牲分析,鉴定高粱泡叶40%醇提物的相关化学成分。
1.4 网络药理学分析
1.4.1 成分靶点与疾病靶点的获取
AELR通过UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS分析得到56个化合物,导入SwissADME平台预测,筛选同时满足胃肠吸收“High”、类药五原则中有≥4个“Yes”的化合物为活性成分,在SwissTargetPrediction数据库中收集各活性成分靶点,使用Cytoscape3.10.1构建“药物‑有效成分‑靶点”网络图。在GeneCards、OMIM、DisGeNET数据库中检索炎症(Inflammation)疾病基因靶点。利用Venny2.1.0平台对活性成分靶点与炎症疾病靶点取交集,得到AELR治疗炎症的潜在靶点。
1.4.2 蛋白质‑蛋白质相互作用(PPI)网络的构建
将交集靶点导入STRING数据库,选择“multiple proteins”模式,蛋白种属设置为“Homo sapiens”、置信度>0.4,构建PPI网络,使用Cytoscape 3.10.1软件进行可视化处理。
1.4.3 GO功能和KEGG信号通路分析
将交集靶点导入DAVID数据库,选择物种“Homo sapiens”,以P≤0.01和FDR≤0.05为标准,进行GO功能和KEGG信号通路分析,并使用微生信进行可视化。
1.4.4 分子对接分析
选取AELR度值排名前5的活性成分为配体,PPI网络中度值前5个关键靶点作为受体进行分子对接。通过PubChem数据库下载活性成分3D结构sdf格式文件,导入Chen 3D软件将分子能力最小化,并保存为mol2格式;从PDB数据库筛选下载靶点蛋白结构。运用AutoDock软件对配体和受体进行处理,保存pdbqt格式,使用AutoDock Vina进行分子对接,PyMOL进行可视化处理。
1.5 细胞实验
1.5.1 MTT法检测细胞活性
取对数生长期的RAW264.7细胞接种于96孔板中,培养24 h后弃上清液。分别加入含AELR(100、200、400、600、800、1 000 μg/mL)、LPS(0.312、0.625、1.25、2.5、5、10 μg/mL)的培养基100 μL,孵育24 h后,每孔加入30 μL MTT溶液,孵育4 h,每孔加入100 μL DMSO,震荡10 min,于酶标仪490 nm处测定吸光度,并计算抑制率。
1.5.2 Griess法和ELISA法检测细胞上清液中NO、IL‑6、TNF‑α水平
取对数生长期的RAW264.7细胞,接种于6孔板中,培养24 h后弃上清液。实验分为空白对照组(完全培养基)、模型组(含1 μg/mLLPS培养基)、AELR低、中、高剂量组(含0.25、0.5、1 mg/mLAELR和1 μg/mLLPS培养基),培养24 h后,收集各组上清液,1 500 r/min离心15 min,采用Griess法测定NO浓度,ELISA法测定IL‑6和TNF‑α浓度。
1.5.3 流式细胞仪检测细胞内ROS水平
按“1.5.2”项下方法培养细胞及分组,培养24 h后,制成单细胞悬液,1 500 r/min离心5 min,弃上清,用PBS润洗2次。每孔加入1 mL DCFH‑DA(1∶1 000稀释)工作液,孵育20 min,每隔3 min混匀。用无血清培养基清洗3次,500 μLPBS重悬,进行流式细胞仪检测荧光强度。
1.5.4 RT‑PCR法检测细胞COX‑2、IL‑6、TNF‑α和IL‑1β mRNA的表达
按“1.5.2”项下方法培养细胞及分组,培养24 h后弃去上清液,用PBS洗涤细胞3次,收集细胞,提取总RNA并逆转录为cDNA。按试剂盒说明进行PCR扩增,程序为:95 ℃预变性10 min,循环1次;扩增过程95 ℃ 15 s,60 ℃ 60 s,循环40次;融解曲线分析95 ℃ 15 s,60 ℃ 60 s,95 ℃ 15 s,循环1次。引物由擎科生物技术有限公司提供。以
β‑actin为内参,结果采用2
‑△△CT法进行数据分析。靶基因引物序列(
表1)。
1.5.5 Western blot检测相关蛋白表达
按“1.5.2”项下方法培养细胞及分组,培养24 h后弃上清,用预冷PBS洗涤3次,加入细胞裂解液,在冰上裂解0.5 h,提取总蛋白,用BCA法检测蛋白浓度,在100 ℃变性5 min。样品通过10% SDS‑PAGE电泳分离,以200 mA恒流转膜1.5 h转移至PVDF膜。在5%脱脂牛奶中封闭2 h(磷酸化蛋白用1% BSA),加入一抗(1∶1 000),4 ℃孵育过夜。回收一抗,TBST洗膜3次,加入二抗,室温孵育2 h,再次TBST洗膜3次,使用ECL显色。以β‑actin为内参,用Image J软件量化条带强度,计算各蛋白灰度值。
1.6 统计学处理
采用SPSS 26.0、Graphpad Prism9.0软件分析。数据以()表示,组间比较采用One‑wayANOVA Dunnet′s检验,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 AELR的UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS分析
根据UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS对AELR分析,共鉴别出56个化合物(
表2),包括黄酮类、酚酸类、有机酸类、糖苷类、氨基酸类、萜类等成分。正、负离子模式下的总离子流图(
图1)。
2.2 网络药理学预测结果
2.2.1 AELR及炎症相关靶点的获取
AELR通过筛选得到21个符合条件活性成分(
表3),经Swiss Target Prediction数据库得到419个活性靶点,用Cytoscape3.10.1软件构建“药物‑活性成分‑靶点”网络(见
图2A),网络包含327个节点、746条边。检索GeneCards、OMIM和DisGeNET数据库得到的疾病靶点筛选、去重后,得到炎症疾病靶点1 923个。活性成分靶点和疾病靶点用Venny2.1.0平台交集分析,得到187个共同靶点(
图2B),可能作为AELR抗炎症的潜在作用靶点。
2.2.2 PPI网络的构建及核心靶点的获取
将187个交集靶点导入STRING数据库,下载PPI网络图和tsv文件,得到187个节点和2 960条边,平均节点度为31.7;tsv文件导入Cytoscape3.10.1软件,以度值大小进行排列,其抗炎作用可能与IL1B、AKT1、ATAT3、EGFR、PTGS2等靶点相关,度值大于50的核心靶点构建互作网络(
图3)。
2.2.3 GO功能及KEGG通路富集分析
将187个共同靶点导入DAVID数据库进行GO功能和KEGG通路富集分析,以
P≤0.01、FDR≤0.05进行筛选;GO功能富集分析共得到441条,生物过程(BP)302条、细胞组成(CC)52条、分子功能(MF)87条,其中生物过程包括ERK1和ERK2级联的正向调节、炎症反应、细胞凋亡过程负调控等,细胞组分包括细胞质核周区、细胞表面、细胞外区域等,分子功能包括蛋白激酶活性、酶结合力、蛋白质结合等(
图4A、C)。KEGG分析获得136条信号通路,AELR发挥抗炎作用主要与EGFR受体酪氨酸激酶抑制剂耐药性、TNF信号通路、NF‑κB信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、PI3K‑AKT信号通路等相关(
图4B、D)。
2.2.4 关键成分与核心靶点的分子对接验证
将筛选出的5个活性成分与5个核心靶点依次进行分子对接,结合能越小,结合活性越好,活性成分与核心靶点结合能均小于-6 kcal/moL,说明各成分与蛋白均能较好地结合(
表4)。此外,使用PyMoL软件进行可视化分析,活性成分与核心靶点蛋白可通过氢键作用力结合,形成稳定的结合作用(
图5)。
2.3 细胞体外实验结果
2.3.1 AELR和LPS对RAW264.7细胞活性的影响
与对照组相比,AELR浓度为1.2 mg/mL或LPS浓度超过5 μg/mL时,细胞存活率降低(
P<0.01)。表明AELR在100~1 000 μg/mL和LPS在0.312~2.5 μg/mL范围内对RAW264.7细胞无抑制作用。因此,本研究选取AELR质量浓度0.25、0.5、1 mg/mL,LPS质量浓度1 μg/mL进行后续实验。见
图6。
2.3.2 AELR对LPS诱导的RAW264.7细胞上清液中NO、IL‑6、TNF‑α含量的影响
与空白组相比,模型组细胞上清液中NO、IL‑6、TNF‑α水平显著升高(
P<0.01);与模型组相比,AELR不同剂量干预后细胞上清液中NO、IL‑6、TNF‑α水平显著降低(
P<0.01)。表明AELR能抑制LPS诱导RAW264.7细胞炎症因子水平,且呈剂量依赖性。见
图7、
表5。
2.3.3 AELR对LPS诱导的RAW264.7细胞内ROS水平的影响
见
图8、
表6,与空白组相比,模型组细胞中ROS表达水平显著升高(
P<0.01);与模型组相比,AELR各剂量组细胞中ROS表达水平显著降低(
P<0.01),且呈剂量效应。
2.3.4 AELR对LPS诱导的RAW264.7细胞中COX‑2、IL‑6、TNF‑α和IL‑1β mRNA表达的影响
与空白组相比,模型组细胞中
COX‑2、
IL‑6、
TNF‑α和
IL‑1β mRNA表达升高(
P<0.01);与模型组比较,AELR干预后细胞中
COX‑2、
IL‑6、
TNF‑α和
IL‑1β mRNA表达显著降低(
P<0.01),且呈现出剂量效应。见
图9、
表7。
2.3.5 AELR对LPS诱导的RAW264.7细胞中COX‑2及NF‑κB/Akt/MAPK信号通路蛋白表达的影响
与空白组相比,模型组细胞中COX‑2蛋白表达显著升高(
P<0.01),p‑p65/p65、p‑IκBα/IκBα、p‑JNK/JNK、p‑ERK/ERK、p‑Akt/Akt蛋白表达量比值显著升高(
P<0.01);与模型组相比,AELR干预后的COX‑2蛋白表达显著降低(
P<0.01),p‑p65/p65、p‑JNK/JNK、p‑ERK/ERK、p‑IκBα/IκBα、p‑Akt/Akt蛋白表达量比值显著降低(
P<0.01)。见
图10、
表8。
3 讨论
炎症是在广泛的有害刺激(如感染、组织损伤和兴奋剂)下发生的一系列反应,是人体一种正常的、自我保护的、高度调节的机制
[30]。过度或慢性炎症会引起癌症、关节炎和神经退行性疾病等多种疾病。巨噬细胞通过分泌细胞因子、趋化因子和炎症介质调控炎症反应,并识别和吞噬病原体及损伤细胞,以及召集其他免疫细胞到炎症部位,促进组织修复。当M1型巨噬细胞受到外界刺激物(LPS)时,TNF‑α、IL‑6和IL‑1β等炎症因子被激活并通过细胞内信号级联激活MAPK、NF‑κB和Akt信号通路,产生炎症细胞因子并调节LPS诱导的巨噬细胞炎症反应
[31]。高粱泡叶具有清热凉血、解毒消疮等功效,但其抗炎作用机制尚不明确,本研究通过网络药理学和体外细胞实验探讨AELR治疗炎症的作用机制。
本研究采用UHPLC‑Q‑Exactive HF/MS技术分析了AELR化学成分,共鉴定出了56种化合物。网络药理学分析得到AELR有21个符合条件的活性成分,筛选得到石吊兰素、木犀草素、异泽兰黄素、苜蓿素以及棕矢车菊素为主要活性成分;PPI网络分析得到AELR治疗炎症的关键靶点主要包括IL‑1B、AKT1、STAT3、EGFR、PTGS2等;GO功能富集分析得到444条,KEGG分析获得137条信号通路,主要涉及NF‑κB、MAPK、PI3K‑AKT等信号通路;AELR中5种活性成分与5个关键靶点分子对接均具有很好结合能力。
在NF‑κB通路中,未激活的NF‑κB与抑制性蛋白IκB共存于细胞浆中。当LPS激活后,RAW264.7细胞生成大量炎性因子(如NO、IL‑6、TNF‑α),IκB被磷酸化并降解,NF‑κB被活化并转移至细胞核内调控基因表达,进一步促使下游联级反应,增强细胞因子及趋化因子表达,加重炎症
[32,33],本研究中AELR干预后,p65/p‑p65、IκBα/p‑IκBα蛋白的表达显著降低,表明AELR能够抑制LPS诱导的巨噬细胞中NF‑κB的异常活化。MAPK信号通路的JNK、和ERK蛋白在细胞炎症应激反应中发挥着重要作用
[34‑36],研究结果表明,AELR显著降低巨噬细胞ERK/p‑ERK、JNK/p‑JNK蛋白的表达,抑制MAPK信号通路,从而发挥抗炎作用。PI3K/Akt/mTOR通路通过限制骨髓吞噬细胞的促炎反应,控制细胞对病原体的反应
[37],研究结果表明,AELR显著降低p‑Akt蛋白表达。本研究采用LPS诱导RAW264.7细胞构建了体外炎症模型,经AELR干预后,细胞上清液NO、IL‑6、TNF‑α以及细胞内ROS水平均显著降低,细胞中
COX‑2、
IL‑6、
TNF‑α和
IL‑1β mRNA基因表达量显著降低,说明了AELR具有较好的抗炎作用,其作用机制可能是通过下调NF‑κB、MAPK及Akt信号通路炎症因子的表达来缓解炎症,和网络药理学预测结果基本一致。
综上所述,本研究采用LC‑MS技术结合网络药理学和体外细胞实验探讨AELR治疗炎症的作用机制,其作用机制可能是降低MAPK、NF‑κB和Akt信号通路的活化水平,抑制COX‑2、IL‑6、TNF‑α和IL‑1β mRNA的表达,减少NO、IL‑6、TNF‑α以及ROS的生成,从而发挥抗炎作用,为进一步研究AELR治疗炎症相关疾病提供依据。
作者贡献度说明:
田孟斌、李旭东:设计实验方案、收集实验数据、分析数据、文章撰写;韦美燕、聂琴、陈汝玲:绘制图表、协助实验、查阅文献、收集资料;吴静澜、韩伟:指导实验、修改论文。
所有作者声明不存在利益冲突关系。