揭秘川芎的神奇力量:代谢组学与分子生物学揭示其缓解偏头痛的惊人机制!
2024-12-21 梅斯循证中医药 MedSci原创 发表于陕西省
本研究通过代谢组学分析与分子探索相结合的方法,探讨了川芎(LCH)水提物对NTG诱导的偏头痛模型的影响,为偏头痛的病理机制提供了新的视角。
偏头痛是一种最普遍的神经系统疾病,其发病率和致残率均较高。该疾病以反复发作的严重头痛为特征,并常伴有恶心、呕吐以及对光线和声音的敏感等症状,严重时会降低患者的生活质量。偏头痛的成因通常涉及遗传因素、神经调节失衡以及血管异常,然而其病理生理机制尚未完全明了。目前,尽管存在诸如三叉神经阻滞剂、血管收缩剂、抗抑郁药物以及替代疗法等治疗方案,但这些方法并不能为患者提供根治。因此,研发治疗偏头痛的有效药物显得尤为迫切。
川芎(CX),首次见诸于《神农本草经》,被广泛用于治疗多种脑部疾病。CX所含的生物碱能够通过提升单胺类神经递质的浓度,从而缓解由硝酸甘油(NTG)引发的偏头痛症状。研究指出,皂糖内酯I作为CX中的主要生物活性成分,能够提高小鼠的疼痛阈值,并减少由NTG引起的实验大鼠脑组织中一氧化氮(NO)水平的上升。尽管如此,关于川芎的研究尚不充分。目前,研究者正致力于探索其代谢调节物质,以期缓解偏头痛。
最近,一篇题为“Metabolomic profiling integrated with molecular exploring delineates the action of Ligusticum chuanxiong hort. on migraine”的研究文章,通过代谢组学分析与分子探索相结合的方法,探讨了川芎(LCH)水提物对NTG诱导的偏头痛模型的影响,为偏头痛的病理机制提供了新的视角。
图1 论文首页
LCH减轻NTG诱导动物的偏头痛样特征
实验期间,NTG组的大鼠体重略有下降,而LCH组和IBU组的大鼠体重则呈现出上升趋势(图2A-B)。在注射NTG后,大鼠的挠头次数有所增加,而注射LCH和IBU后,挠头次数则有所减少(图2C)。通过HE染色观察,NTG组的神经元出现了核变性、高色素性以及胞浆嗜酸性变化,而LCH和IBU显著逆转了这些神经元形态上的变化(图2D-E)。进一步的Nissl染色显示,与对照组相比,NTG组的Nissl体数量显著减少,而与NTG组相比,LCH和IBU组的Nissl体数量显著增加,这表明LCH和IBU显著减轻了神经元的损伤(图2F-G)。综上所述,应用LCH能够减轻由NTG引起的偏头痛样症状以及脑组织中的神经元损伤。
图2 LCH缓解NTG诱导的动物的偏头痛样行为
LCH逆转NTG诱导的代谢表型变化
研究采用非靶向代谢组学技术,对血清中非挥发性代谢物的变动进行了深入分析(图3A)。通过筛选程序及与代谢组学数据库的对比分析,共鉴别出1480种代谢物,其中929种在正离子模式下被检出,551种在负离子模式下被检出(图3B)。这些代谢物包括331种脂质和类脂质分子、285种有机酸及其衍生物、233种有机杂环化合物、203种苯类化合物、106种有机氧化合物、61种苯丙烷类和聚酮类化合物、46种有机氮化合物、25种核苷、核苷酸及其类似物,以及171种未分类的代谢物。
继而,研究运用主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)方法,对CON、NTG和LCH+NTG组之间的代谢差异进行了评估(图3C-F)。分析结果显示,NTG组与CON组之间存在显著的分离现象,而LCH+NTG组则趋向于与CON组接近,与NTG组形成分离。此外,该研究还通过丰度分析和随机森林分析,确定了与CON组、NTG组和LCH+NTG组之间的相似性和差异性最为相关的前15种物质(图3G-H),以进一步验证各组之间的代谢特征。
图3 NTG诱导的大鼠血清中的代谢物变化
LCH通过谷氨酸-Nrf-2信号减轻脑损伤
相较于NTG组,LCH显著提升了GSH、谷氨酸含量以及SOD活性(图4A-C),同时降低了MDA含量和LDH活性(图4D-E)。而IBU则导致谷氨酸含量、MDA和LDH活性下降,但对GSH和SOD无显著影响(图4A-E)。RT-qPCR分析揭示,LCH促进了SOD2和GCLC的表达,同时抑制了nNOS、CAT、NQO1和HO1的表达(图4F)。TUNEL染色结果表明,LCH+NTG组的阳性细胞数量显著低于NTG组。此外,与NTG组相比,LCH显著提升了GSH合成酶的关键成分GCLC和GCLM的表达,并增强了Nrf-2及其下游靶标HO1和NQO1的表达水平(图4H-K)。此外,与CON组相比,NTG刺激显著促进了iNOS的表达,而TMP处理则有效抑制了NTG诱导的大鼠脑组织中iNOS的上调(图4I-K)。因此,结果表明,LCH能够通过GSH合成酶和Nrf-2信号通路减轻NTG引起的脑损伤。
图4 LCH通过谷氨酸-Nrf-2信号抑制NTG诱导大鼠的氧化应激
LCH减轻脑组织中异常的能量代谢
具有代表性的MALDI-MSI图像揭示了注射NTG后葡萄糖在脑组织中的积累情况,以及LCH治疗后其空间分布的减少(图5A-B)。与对照组相比,NTG组的天冬氨酸衍生物(包括l-天冬氨酰-4-磷酸和N-乙酰-l-天冬氨酸(NAA))含量有所下降,这导致了神经递质(包括N-乙酰天冬氨酰谷氨酸(NAAG)和GSH)表达的降低。然而,LCH治疗显著逆转了这些代谢物的变化。在NTG组中,与ATP代谢相关的物质,如NAD、ADP、AMP、GMP、腺苷和肌苷的表达量也有所减少,而LCH能显著提升这些物质的表达量。此外,激光斑点对比成像显示,注射NTG后脑血流量显著增加,而LCH+NTG组小鼠脑血流量则显著减少(图5C)。由此可见,LCH能够通过靶向葡萄糖-GSH代谢来调节偏头痛代谢通量的异常。
图5 LCH恢复NTG诱导的大鼠脑组织中葡萄糖代谢的异常
结论
总之,LCH疗法通过积极调节葡萄糖与谷氨酸的代谢过程,并继而通过Nrf-2信号通路减轻氧化应激反应,此疗法能够减轻偏头痛发作频率及提高脑损伤疼痛阈值的效果。因此,LCH疗法可能成为缓解头痛症状的有效候选药物或膳食补充剂。
参考文献:
Xing Z, Peng F, Chen Y, Wan F, Peng C, Li D. Metabolomic profiling integrated with molecular exploring delineates the action of Ligusticum chuanxiong hort. on migraine. Phytomedicine. 2024 Nov;134:155977. doi: 10.1016/j.phymed.2024.155977
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