项目文章 | 湖南中医药大学揭示当归芍药散可通过调节肠-脑轴改善阿尔茨海默症
阿尔茨海默病(AD)是一种年龄相关的神经退行性疾病,目前缺乏有效的临床治疗方法。已有研究表明,当归芍药散在治疗阿尔茨海默症方面具有很大的潜力。本篇名为“Danggui Shaoyao San: comprehensive modulation of the microbiota-gut-brain axis for attenuating Alzheimer's disease-related pathology ”的文章于2024年1月发表于Front Pharmacol,利用包括入血成分分析、肠道微生物群和代谢组学分析在内的综合方法探讨了当归芍药散(DSS)在AD中的治疗效果和潜在机制。中科新生命为该研究提供了中药入血成分分析技术服务。
研究技术
中药入血成分分析+肠道微生物组+代谢组学分析
研究结果
1. 当归芍药散(DSS)的药效物质基础研究(入血成分)
作者利用先进的UPLC-HRMS技术对DSS的有效化学成分进行了鉴定,最终在DSS及其给药后血清中鉴定出1625种化学成分。根据NP ClassyFire文献中规定的分类标准,作者描绘了成分的亚类和比例分布,从而提供了DSS的综合化学特征。
图1 当归芍药散(DSS)入血成分的鉴定
2. DSS对AD大鼠学习记忆能力的改善及脑组织病理改变
通过大鼠行为学实验,评估发现DSS处理后AD大鼠的空间记忆得到了改善。HE结果表明DSS似乎恢复了神经完整性,逆转了细胞坏死的迹象。此外,Nissl染色进一步证实了这些观察结果。
图2 大鼠行为、脑组织HE和Nissl染色
3. DSS调节AD大鼠肠道菌群组成
为了研究DSS的抗AD作用与肠道微生物群改变之间的潜在相关性,作者使用粪便样本进行了16S rRNA基因测序(Con、M和DSS)。Alpha多样性分析表明,DSS处理后,AD大鼠肠道中的微生物物种数量减少。β多样性分析揭示了三组之间微生物物种组成的显著差异。进一步的分析表明,DSS可以通过调节AD大鼠肠道微生物群的丰度和功能来介导其抗AD作用。
图3 大鼠16S rDNA分析
4. DSS可以逆转AD大鼠大脑中的代谢紊乱
作者进一步使用UHPLC-QE-MS对脑组织进行了非靶向代谢组学研究,以研究DSS对AD大鼠大脑中代谢产物的影响。非靶向代谢组学分析显示,三组之间的代谢产物存在明显分离,表明AD大鼠的代谢紊乱显著,通过DSS处理部分恢复。
图4 大鼠脑组织的代谢组学分析
5. DSS改善AD大鼠肠道微生物群和脑组织代谢产物之间的相互作用
作者对肠道微生物群和脑组织代谢产物之间进行了Spearman相关性分析。结果发现,Candidatus _ Saccharibacteria _ unclassed表现出最多的变化,这表明它可能是受DSS干预影响最大的肠道微生物群之一。Azacridone A与各种肠道微生物群的关系改变次数最多,仅在DSS组中具有统计学意义,表明它可能是受DSS干预影响最大的代谢物之一。
图5 代谢组学和16S rDNA的联合分析
6. DSS调节AD大鼠大脑中的代谢途径
为了进一步深入了解这些差异代谢物的功能含义和宿主效应,作者使用KEGG数据库对已鉴定的代谢物进行了系统分类和注释。通过对与差异代谢物相关的途径的全面分析,作者发现与差异代谢产物相关性最强的途径是“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢”,其特征是差异表达的代谢产物,如精氨酸琥珀酸、腺苷酸琥珀酸和琥珀酸。命中次数最多的途径是“嘌呤代谢(PM)”,包括不同的代谢产物,包括肌苷、次黄嘌呤、腺苷酸和腺苷。拓扑影响因子(影响值)最高的途径是“烟酸和烟酰胺代谢(NANM)”,其特征是不同的代谢产物NAD和喹啉酸。这些发现全面概述了DSS对AD大鼠大脑代谢途径的影响。
图6 大鼠代谢途径的综合KEGG分析
7. DSS改善AD大鼠脑组织炎症因子表达和氧化应激水平
基于16S rDNA和代谢组学分析的结果,作者证实了DSS在减少AD大鼠神经炎症和氧化应激方面的功效。
图7 大鼠脑组织中炎症因子和氧化应激水平的表达
小结
本研究采用了一种综合方法,包括行为分析、组织病理学、中药入血成分分析、16S rDNA测序和代谢组学,来阐明DSS对AD的疗效。
研究结果表明,DSS可通过复杂机制有效减少认知障碍和AD相关的脑病理。DSS具有改善肠道微生物群内微生态失调的能力。代谢组学分析显示DSS协调了与PM和NANM代谢相关的过程。特别重要的是,Candidatus Saccharibacteria和OA之间的相互作用揭示了DSS通过MGBA调节炎症和氧化应激的能力。本研究提示DSS有潜力作为一种创新治疗方法,或许可以解决AD患者认知能力下降、神经病理学变化和肠道微生态失调的问题。
中科小结
在中药药材、方剂等成分分析的基础上,进一步对其进入体内的成分进行解析,对于药效物质寻找、药物机制研究,具有更加重要的价值和意义。首先,中药入血成分被认为是潜在的生物活性成分。其次,鉴于中药化学成分的复杂性,分析其进入体内过程、明确其入血成分及入组织成分,是将网络药理学应用于中药研究的更好策略。最后,基于入血成分/入组织成分进行网药分析,同时结合组学实验,两者结合可进一步提高实验验证的成功率降且低成本。“成分-网药-组学”研究模式不仅可以完整的解析中药药效机理并挖掘有效成分,还可锁定后续研究的单体化合物,进而为后续研究夯实基础。中科新生命提供从成分组分析、网络药理学分析、多组学分析到网药与组学整合分析的一站式服务,欢迎各位老师咨询!
产品介绍
中科新生命在中药化学成分分析的基础上,可进一步提供中药入血等体内成分分析服务。通过自主研发,有效改善了物质鉴定难、丰度低、内源性高丰度信号干扰等一系列分析难点,实现了体内成分的高覆盖度、物质鉴定的高可靠性。
实验流程
中
科
成
分
分
析
流
程
预实验
(优化色谱条件)
1) 选择最佳上样量
2) 得到相对较好的色谱峰强度和检出结果
正式实验
(峰提取)
1) 多次上机重复
2) 优化的峰提取方法过滤不可靠的结果
搜库
(鉴定)
1) 标准二级质谱图普
2) 高标准打分(Score>0.7)
人工确认及标峰
1) 人工核对谱图中强度较高的物质
2) 在正负离子模式谱图中标峰
3) 标峰物质提供在报告pdf中
项目经验
种类
中药复方:>200种
药材: >400种
样本
· 体液:血、乳汁、肠液
· 组织:心、肝、肺、肾、脑、肠、胰腺、皮下荷瘤组织
· 细胞器:线粒体
剂型
· 传统剂型:提取液、粉末、散剂、片剂、膏剂、丸剂、贴剂
· 现代剂型:冻干粉、胶囊、配方颗粒、注射剂、洗剂、含漱液、发酵液、颗粒剂
样本类型
裸鼠、小鼠、大鼠、人、羊
中科新生命(APTBIO)有着近20年的质谱分析及多组学研究服务经验,已建立专属的中药化学成分分析平台、多组学研究分析平台。APTBIO自推出中药相关技术服务以来,已完成了超百种中药复方的成分分析检测,涵盖超四百余种中药材的多种剂型(提取液、粉未、散剂、片剂、膏剂、丸剂、贴剂、冻干粉、胶囊、配方颗粒、注射剂等),以及不同类型的含药生物体浓样本(血、乳汁、肠液等)、含药生物组织样本(心、肝、肾、脑、肠、胰腺等)。我们将成分解析与多组学分析进行有机整合,提供中药研究3大解决方案:中药药效机理与活性物质发现解决方案、活性单体机理与药靶鉴定解决方案、质量与工艺研穷解决方案,服务项目成果发表于:Acta Pharmaceutica Sinica B、Phytomedicine、Chinese Medicine、Biomedicine&Pharmacotherapy、Journal of Ethnopharmacology等学术杂志,以及被用于中药大品种二次开发、中药经方开发、院内制剂开发、中药保健品开发、中药创新药开发、中兽药开发等。
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