新聞科研進(jìn)展
水生所關(guān)于苦玄參緩解魚類肝臟炎癥機(jī)理的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究取得進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所魚類功能基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)在Water Biology and Security在線發(fā)表了題為“The effects ofPicria fel-terrae?Lour. on ameliorating hepatic metaflammation while modulating mucosal immunity in fish”的研究論文，研究揭示了中草藥苦玄參在水產(chǎn)模式動(dòng)物斑馬魚中緩解代謝性炎癥的機(jī)理。
苦玄參 (Picria fel-terrae Lour.)作為一種傳統(tǒng)的清熱解毒、消腫止痛的草藥，在模式魚類斑馬魚腸肝炎癥模型中，被證明對(duì)腸肝炎癥起到免疫調(diào)節(jié)和代謝調(diào)節(jié)的作用，還在鰓黏膜中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期抗炎效應(yīng)。
苦玄參及其提取物對(duì)多種病原細(xì)菌具有抑制作用，可預(yù)防和治療水產(chǎn)動(dòng)物的敗血癥、腸炎、爛鰓等細(xì)菌性疾病，但是尚未應(yīng)用于非病原菌引起的代謝性炎癥及腸炎的預(yù)防。本研究中，3月齡斑馬魚飼喂含量為0.1%苦玄參6周后，腸絨毛形態(tài)與魚粉對(duì)照組一致，而區(qū)別于豆粕組中絨毛萎縮；同時(shí)AB-PAS染色結(jié)果表明，苦玄參組杯狀細(xì)胞數(shù)量多于豆粕組。進(jìn)一步采用熒光標(biāo)記免疫細(xì)胞的幼魚成像，以及成魚的流式細(xì)胞術(shù)和免疫熒光等分析，還發(fā)現(xiàn)中心粒細(xì)胞（幼魚）、巨噬細(xì)胞（幼魚和成魚）和T細(xì)胞（幼魚和成魚）在腸黏膜的炎性聚集，苦玄參組較豆粕組表現(xiàn)為顯著減少。
圖1 苦玄參飼添對(duì)腸黏膜中巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞的炎性聚集的抑制
為了系統(tǒng)研究苦玄參飼料添加的腸肝保護(hù)效應(yīng)，進(jìn)一步進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組深度分析。苦玄參組與豆粕組的腸組織的差異表達(dá)基因（DEG）的富集分析結(jié)果表明，上調(diào)基因主要參與腸上皮更新有關(guān)的有絲分裂周期、DNA復(fù)制等過(guò)程；下調(diào)基因則與白細(xì)胞趨化、溶酶體通路及跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)活性等炎性過(guò)程相關(guān)。熱圖分析表明苦玄參組Treg/Th17相關(guān)基因（foxp3a、il22、il17a/f3）及促炎基因nfkb1表達(dá)下調(diào)。基于轉(zhuǎn)錄組術(shù)的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)分析結(jié)果還顯示，苦玄參組腸中，靜息NK細(xì)胞與活化記憶CD4? T細(xì)胞減少，而單核細(xì)胞、靜息肥大細(xì)胞、M2巨噬細(xì)胞和記憶細(xì)胞增多，暗示啟動(dòng)免疫調(diào)節(jié)功能。同時(shí)，在肝臟中，與豆粕組相比，苦玄參組上調(diào)的通路主要在脂代謝（長(zhǎng)鏈脂肪酸和單羧酸的代謝），而下調(diào)的為細(xì)胞因子與受體互作、低氧（FoxO信號(hào)）有關(guān)通路，提示苦玄參在肝臟起到促進(jìn)脂代謝，而抑制炎癥并抗氧化的作用。
圖2 3月齡斑馬魚腸的轉(zhuǎn)錄組水平（苦玄參組vs豆粕組）的深度分析
此后，對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，繼續(xù)采用SymMap和SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析。結(jié)果表明，苦玄參的28種活性成分對(duì)應(yīng)327個(gè)人類靶基因，與GeneCards中炎癥性腸病（IBD）相關(guān)的2967個(gè)靶基因存在143個(gè)共同靶點(diǎn)；經(jīng)同源轉(zhuǎn)換后，從共同靶點(diǎn)與目前所得DEGs的交集中篩選出144個(gè)核心靶基因。對(duì)重疊靶基因的富集分析表明，苦玄參干預(yù)IBD的主要生物學(xué)過(guò)程包括“細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號(hào)通路”“先天免疫應(yīng)答”及“通過(guò)JAK-STAT的信號(hào)通路”等，并在分子功能上顯著富集蛋白酪氨酸激酶活性。同時(shí)，KEGG通路分析還揭示了Toll樣受體、NOD樣受體、RIG-I樣受體、C型凝集素受體等免疫相關(guān)通路，以及MAPK、PPAR、mTOR、Wnt、胰島素等代謝相關(guān)通路。因此，苦玄參通過(guò)靶向調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答核心通路及代謝相關(guān)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)來(lái)緩解魚類腸炎。
圖3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析苦玄參的起效機(jī)理、核心成分及靶點(diǎn)基因
在靶點(diǎn)基因中，非受體酪氨酸激酶（src）、蛋白酪氨酸激酶2ab（ptk2ab）以及信號(hào)分子stat1a、jak1和stat3位列前五。為揭示苦玄參藥效的核心成分與靶蛋白的潛在結(jié)合，采用SwissModel模擬了蛋白結(jié)構(gòu)，再通過(guò)GMQE得分及結(jié)合能分析均顯示己降葫蘆素F與這些蛋白的高親和力，還通過(guò)分子對(duì)接再次證明了結(jié)合能力。
同時(shí)，16S基因測(cè)序結(jié)果還顯示苦玄參對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)。苦玄參組腸道菌群β多樣性、門和屬水平的結(jié)構(gòu)，都與魚粉組更相似，而顯著區(qū)別于豆粕組，例如苦玄參組顯著富集益生菌類的雙歧桿菌、糞桿菌。因此，苦玄參能有效改善魚類食源性腸炎中的菌群失調(diào)。在飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)各組實(shí)驗(yàn)魚進(jìn)行嗜水氣單胞菌攻毒，發(fā)現(xiàn)苦玄參組存活率增加，鰓黏膜炎性腫脹明顯受到抑制。
圖4 飼添苦玄參緩解魚類食源性腸炎及肝臟代謝性炎癥的假設(shè)機(jī)制
綜上，苦玄參可通過(guò)增加益生菌的豐度、促進(jìn)腸上皮增殖、抑制腸黏膜免疫細(xì)胞的炎性聚集及促炎反應(yīng)，來(lái)緩解魚類食源性腸炎。在飼料中添加苦玄參還可恢復(fù)肝臟脂質(zhì)和糖原代謝，緩解代謝性腸炎。苦玄參的主效成分己降葫蘆素F，可能通過(guò)與巨噬細(xì)胞功能相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)合來(lái)發(fā)揮抗炎、抗菌作用。此外，苦玄參飼料添加的長(zhǎng)期效應(yīng)，還表現(xiàn)為改善鰓黏膜免疫和對(duì)細(xì)菌感染的抵抗力。
本研究主要由中國(guó)科學(xué)院江西產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心科技支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“水產(chǎn)替抗功能植物篩選與漁用技術(shù)研發(fā)”（ZKYJXZXCY-202210）資助完成；由水生所碩士研究生蘇瀲、祝清松、李佳林、Fatima Altaf等共同完成，吳南副研究員和夏曉勤研究員為本文的共同通訊作者。（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772735125000952）。