荷叶碱对大鼠缺血性脑损伤的保护作用及机制研究

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目的:采用大脑中动脉栓塞(MCAO)建立大鼠脑缺血模型,以行为学评分、病理学及分子学检测等指标评价荷叶碱的药效;然后结合代谢组学技术分析大鼠血清样本中内源性小分子物质的变化规律,寻找脑卒中相关的差异代谢物,探讨荷叶碱抗缺血性脑卒中的作用机制。方法:1.SD大鼠随机分为6组,包括假手术组,MCAO模型组,银杏叶片组(EGb761,100 mg·kg-1),Nuci组(低、中、高剂量分别为10,20,40 mg·kg-1),以Nuci及阳性药(EGb 761)为干预药物,用神经功能学评分、脑梗死率及脑含水量来进行药效学评价。2.采用UPLC-Q-TOF/MS代谢组学技术分析Nuci对MCAO模型大鼠血清中内源性物质的影响,结合多变量统计分析方法确定与MCAO诱导的脑卒中相关的差异代谢物及涉及的基因和酶,并对代谢物参与的代谢通路进行预测。3.运用Western Blot检测大鼠缺血侧脑组织中NLRP3蛋白的表达情况;采用ELISA法检测大鼠血清内肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-18(IL-18)及白细胞介素-1β(IL-1β)的含量。结果:1.在评价荷叶碱药效实验中,与假手术组相比,MCAO造模后,大鼠的神经功能学评分、梗死体积和脑含水量极显著升高(P<0.001),表明MCAO造模成功。与MCAO模型组相比,Nuci及EGb 761组大鼠评分均有降低,其中Nuci-H组、Nuci-M组、EGb 761组大鼠评分均有显著降低(P<0.01或P<0.05),但Nuci-L组的评分没有统计学意义(P>0.05)。就脑梗死率而言,与MCAO组相比,Nuci-H组、Nuci-M组、EGb 761组大鼠脑梗死率明显降低(P<0.05、P<0.01或P<0.001)。经Nuci-H和EGb761干预后,脑含水量显著降低(P<0.05)。2.采用UPLC-Q-TOF/MS技术对未造模、造模后及Nuci干预后的大鼠血清进行检测分析,使用QI软件、HMDB以及文献等筛选差异代谢物,基于确定的差异代谢物,通过Cytoscape以及Gen CLi P等软件确定涉及的代谢通路和相关的酶与基因。与假手术组相比,MCAO模型组大鼠血清中乳酸、异丁酰基甘氨酸、癸二酸、亚油酸、葡萄糖基半乳糖基羟基赖氨酸、二十二碳六烯酸、氧戊二酸含量上调,而羟苯乙酰甘氨酸、N-甲基烟碱、N2-琥珀酰-L-鸟氨酸、牛磺去氧胆酸、1-磷酸鞘氨醇、鞘氨醇-1-磷酸酯、2-羟基雌二醇-3-甲基醚、谷氨酰苯丙氨酸、维生素D2-3-葡糖醛酸、新黄质、硬脂酰肉碱和石油硒酸含量下调;相比于MCAO模型组,Nuci-H干预后通过上调血清样本中的亚油酸、牛磺去氧胆酸、1-磷酸鞘氨醇、鞘氨醇-1-磷酸酯、2-羟基雌二醇-3-甲基醚、维生素D2-3-葡糖醛酸、新黄质、硬脂酰肉碱、葡萄糖基半乳糖基羟基赖氨酸、二十二碳六烯酸和石油硒酸含量,并下调大鼠血清中的乳酸、羟苯乙酰甘氨酸、异丁酰基甘氨酸、N-甲基烟碱、N2-琥珀酰-L-鸟氨酸、癸二酸、谷氨酰苯丙氨酸和氧戊二酸的含量而发挥抗缺血性脑卒中作用。进一步分析发现,磷脂酶A2(PLA2)、12/15-脂加氧酶(12/15-LOX)、鞘氨醇激酶1、2(SPHK1、SPHK2)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)、谷氨酸草酰乙酸转氨酶1(GOT1)、丙氨酸乙醛酸转氨酶2(AGXT2)、细胞色素2B(CYP2B)、脂肪酸去饱和酶(FADS)、二氢硫辛酰胺脱氢酶(DLDH)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GPT)可能参与了Nuci抗缺血性脑卒中的作用过程。3.ELISA结果显示,MCAO造模后,大鼠血清中TNF-α、IL-18、IL-1β显著升高(P<0.01)。与MCAO模型组比较,Nuci-H组、Nuci-M组、EGb 761组能够非常显著地降低TNF-α、IL-18的含量(P<0.05或P<0.01);Nuci-H组、Nuci-M组、Nuci-L组以及EGb 761均能明显抑制IL-1β的表达(P<0.01),提示给药后炎症状态得到一定缓解。Western Blot检测炎性小体蛋白表达的结果显示,相比于假手术组,MCAO造模后,大鼠缺血侧脑组织中NLRP3的蛋白表达量显著升高(P<0.01);与MCAO模型组比较,Nuci-H组、Nuci-M组、Nuci-L组均能够显著地降低NLRP3的蛋白表达量(P<0.01或P<0.05)。结论:运用代谢组学技术结合药效学表明Nuci具有抗脑卒中作用,且主要可能是通过影响鞘脂类代谢、能量代谢(糖酵解、糖异生和三羧酸循环)、代谢应激等途径发挥抗脑卒中作用。通过分子药理学检测结果显示,荷叶碱发挥抗脑卒中的机制可能与抑制炎症反应以及NLRP3信号通路,下调NLRP3的蛋白表达,降低TNF-α、IL-1β和IL-18的含量有关。这些发现为探索Nuci的抗缺血性脑卒中作用机制提供了新的思路以及参考依据。
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