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川贝母(Bulbus of Fritillaria cirrhosa,BFC)是《中华人民共和国药典》中收录的一味著名的传统中药材,具有悠久的药用历史和出色的止咳、化痰、平喘作用。药物的遗传毒性是指药物直接或间接干扰遗传物质(DNA和染色体)完整性的能力。DNA损伤和染色体不稳定(CIN)可以造成细胞死亡、组织和器官衰老。大量证据表明,DNA损伤以及CIN与癌症、神经退行性疾病和心血管疾病等疾病的发生风险显著相关。然而,BFC是否具有遗传毒性仍然缺乏深入的研究。本研究以人正常结肠粘膜上皮NCM460细胞为实验模型,通过(1)胞质阻断微核试验分析CIN[以微核(MN)、核质桥(NPB)和核芽(NB)发生率作为评价指标];(2)以有丝分裂异常分析试验检测有丝分裂错误[以染色体错误排布(CMA)、多极排布(MPA)、滞后染色体(LC)、染色质桥(CB)和多极分离(MPS)作为评价指标];(3)以诺考达唑胁迫试验分析可防止CIN的纺锤体组装检查点(SAC)活性;(4)以胸苷、诺考达唑和细胞松弛素B进行细胞同步化分析;(5)以RT-qPCR进行基因转录表达分析,探究了 BFC及其活性成分贝母甲素、贝母乙素、西贝母碱和贝母辛的遗传毒性及其分子机制。(1)、短期处理下(72h),BFC在高浓度(80-160μg/mL)下可以显著促进MN和NB的形成。BFC诱发MN的机制主要是通过染色体异变,而非染色体断裂。在长期处理下(42 d),低浓度的BFC(20-40 μg/mL)亦可以显著诱发MN和NB。此外,BFC诱发的CIN具有长期持续效应。(2)、高浓度的BFC(80和160 μg/mL)可以显著地诱发细胞停滞在有丝分裂期,这与BFC促进有丝分裂细胞产生CMA具有相关性。BFC能够干扰有丝分裂进程,引起前中期阻滞。此外,BFC可以弱化SAC活性,造成后末期LC和CB现象。其可能的分子机制是干扰了一系列SAC关键基因的表达,包括下调BubR1、Mad2、CENP-E、Aurora-B的表达,以及上调Aurora-A、Plk1、Mps1、Bub1和Mad1的表达。(3)、80和160 μg/mL的BFC可以通过促进胞质分裂失败(CKF)诱发细胞多核化。BFC可能是通过抑制胞质收缩环的内陷而诱发CKF,因为BFC不影响控制收缩环形成的RhoA和Anillin的表达,但是显著抑制了调节收缩环内陷的LATSL和LATS2表达。此外,BFC诱发的Aurora-A表达上调和Aurora-B表达下调也可能参与了 BFC诱发的CKF。(4)、80和160 μg/mL的BFC可以显著诱发纺锤体多极性。BFC诱发该现象并非通过促进其诱发的双核细胞进入有丝分裂和促进中心体过度复制,而是通过引起中心体在有丝分裂期的过早分离,从而引起中心体的异常扩增。这一结果可能与BFC上调YB-1以及下调Rb、p53、Plk4和Centrin2-2的表达有关。(5)、贝母甲素、贝母乙素、西贝母碱和贝母辛在不影响细胞增殖的浓度下(5-80μg/mL),具有时间和浓度依赖的、促进MN、NPB和NB发生的能力。此外,在西贝母碱和贝母辛均不具有遗传毒性的浓度下(2 μg/mL),二者之间显示出了对MN和NB的协同促进效应,尽管这种效应会随着处理时间的延长而减弱。综上所述,本研究确定了高浓度的BFC(80-160 μg/mL)具有遗传毒性,并进一步探究了其遗传毒性可能源于:(1)、减弱SAC的功能,从而诱发染色体异常排布和异常分离;(2)、诱发胞质分裂失败;(3)、诱发中心体异常扩增等一系列异常行为,最终造成细胞出现大范围的CIN,破坏基因组完整性。此外,我们发现BFC中的贝母甲素、贝母乙素、西贝母碱和贝母辛具有遗传毒性,并且西贝母碱和贝母辛的遗传毒性之间存在协同促进效应。