蔣家璐,孫溧,倪姐,徐墜成,宋蒙蒙,姚衛(wèi)峰,程海波,康安,孫東東,3
(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇 南京 210023;2.江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210023;3.南京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院·中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院,江蘇 南京 210023)
半枝蓮為唇形科植物半枝蓮ScutellariabarbataD.Don的干燥全草。其性味辛、苦、寒,歸肺、肝、腎經(jīng),是一味常用的清熱解毒藥。半枝蓮的主要活性成分為黃酮及二萜類(lèi)化合物,具有抗腫瘤、抗炎、化學(xué)預(yù)防等多種藥理作用,其中黃酮類(lèi)成分如木犀草素、野黃芩素、漢黃芩素等具有確切的抗腫瘤作用及抗炎作用[1]。研究表明半枝蓮中的黃酮類(lèi)化合物中,苷類(lèi)成分的含量顯著高于其相應(yīng)的苷元成分。而黃酮苷類(lèi)成分在體內(nèi),可通過(guò)腸道菌群中的糖苷類(lèi)水解酶對(duì)其進(jìn)行水解,進(jìn)而發(fā)揮其效應(yīng)[2-3]。此外黃酮苷類(lèi)成分的化學(xué)預(yù)防作用可能與其和體內(nèi)藥物代謝酶,尤其是CYP1A1酶的相互作用有關(guān)[4-5]。
CYP1A1是主要的細(xì)胞色素P450酶之一,其因參與多環(huán)芳烴(PAHs)代謝活化而受到廣泛的關(guān)注[6]。PAHs暴露會(huì)誘導(dǎo)CYP1A1表達(dá),而該酶又會(huì)將PAHs氧化代謝為具有遺傳毒性的活性代謝物。目前,CYP1A1水平已成為環(huán)境和職業(yè)暴露于多環(huán)芳烴的生物標(biāo)志物[7-9]。而當(dāng)前的研究多采用多酚類(lèi)物質(zhì)來(lái)調(diào)控CYP1A1的表達(dá)起到化學(xué)預(yù)防的作用[5,10-11]。
基于半枝蓮中富含黃酮類(lèi)成分,且未見(jiàn)從腸道菌群角度研究其活性成分對(duì)CYP1A1酶抑制能力的影響,進(jìn)而關(guān)聯(lián)其潛在的化學(xué)預(yù)防作用。因此本實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)液質(zhì)聯(lián)用的方法測(cè)定了半枝蓮中的主要化學(xué)成分在腸道菌代謝前后的含量變化,并使用腸S9與CYP1A1特異性底物乙氧基試鹵靈溫孵,根據(jù)其產(chǎn)物試鹵靈來(lái)判斷半枝蓮提取物及其活性成分對(duì)CYP1A1酶活性的影響。最后結(jié)合體外腸道菌群代謝的結(jié)果與酶活實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出潛在的活性化合物并通過(guò)分子對(duì)接進(jìn)一步驗(yàn)證化合物與CYP1A1之間的結(jié)合能力。本研究旨在為半枝蓮能夠防治或減緩CYP1A1介導(dǎo)的致癌物的代謝活化提供新的證據(jù)支持,為其在化學(xué)預(yù)防領(lǐng)域中的應(yīng)用提供新思路。
野黃芩素(批號(hào):P23N4R1),野黃芩苷(批號(hào):YY20110513),漢黃芩素(批號(hào):P11M9F61014),木犀草素(批號(hào):YY20110606),橙皮素(批號(hào):HM0320KB14)購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司。漢黃芩苷(批號(hào):H-019-170106)購(gòu)自成都瑞芬思生物科技有限公司。木犀草苷(批號(hào):1444/11017)購(gòu)自上海詩(shī)丹德生物技術(shù)有限公司。半枝蓮堿A(BBP00853),半枝蓮堿B(BBP00826),半枝蓮堿X(BBP00933)購(gòu)自云南西力生物技術(shù)股份有限公司。所有對(duì)照品質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于98.0%。半枝蓮藥材(批號(hào):190605)購(gòu)自汕頭市粵東藥業(yè)有限公司。乙氧基試鹵靈(批號(hào):076M4129V)和試鹵靈(批號(hào):MKBT9342V)購(gòu)自Sigma公司。BCA蛋白濃度測(cè)定試劑盒(批號(hào):080719191118,碧云天生物技術(shù)有限公司),厭氧產(chǎn)氣袋(批號(hào):9354ZJ-3,日本三菱瓦斯化學(xué)株式會(huì)社)。乙腈,甲醇(色譜純,德國(guó)默克公司),甲酸(色譜純,阿拉丁試劑有限公司),純水(實(shí)驗(yàn)室自制)。
MGC三菱密封培養(yǎng)罐(日本三菱瓦斯化學(xué)株式會(huì)社),ZWY-103B多振幅軌道恒溫?fù)u床(上海智城分析儀器制造有限公司),Milli-Q超純水機(jī)(美國(guó)Millipore公司),微量高速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Thermo Scientific公司),Speed Vac離心濃縮儀(美國(guó)Thermo Scientific公司),AB Sciex QTRAP 5500質(zhì)譜儀(美國(guó)AB公司),LC20A快速液相儀(裝有DGU-20A 3在線脫氣機(jī),LC-20AD XR泵,SIL-20A XR自動(dòng)進(jìn)樣器及CTO-20AC柱溫箱,日本Shimadzu公司),Spark 10M多功能酶標(biāo)儀(瑞士Tecan公司)。
清潔級(jí)SD大鼠,雄性,體質(zhì)量220~250 g,購(gòu)于杭州醫(yī)學(xué)院。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(浙)2019-0002。
取半枝蓮藥材粗粉約0.5 g,精密稱(chēng)定,放置于50 mL具塞錐形瓶中,精密加入甲醇20 mL,密塞,稱(chēng)定質(zhì)量后超聲30 min,放冷,再稱(chēng)定質(zhì)量并用甲醇補(bǔ)足減失的質(zhì)量,搖勻,過(guò)濾后于4 ℃保存。其中,野黃芩素、野黃芩苷、木犀草素、木犀草苷、漢黃芩素、漢黃芩苷、半枝蓮堿A、半枝蓮堿B、半枝蓮堿X的含量分別為482.03、3 540.93、93.07、17.29、3.29、1.54、176.18、121.86、147.68 μg/g。在進(jìn)行腸道菌溫孵實(shí)驗(yàn)前,將提取液放置于離心濃縮儀中揮干(45 ℃),并用同體積的純水超聲復(fù)溶。
取新鮮大鼠糞便與無(wú)菌處理的PBS按質(zhì)量體積比1∶40研磨制成混懸液,過(guò)3層紗布,混勻后得腸道菌孵育液。
將2.1項(xiàng)下處理得到的半枝蓮提取液與2.2項(xiàng)下制備的大鼠腸道菌孵育液以體積比1∶9混勻,分裝于1.5 mL離心管中,每管500 μL。在厭氧狀態(tài)下,將溫孵的樣品置于37 ℃氣浴恒溫?fù)u床中,分別孵育0、0.5、1、2、4、6、12、24 h,每個(gè)時(shí)間點(diǎn)平行3份樣品。在相應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)取出溫孵的樣品并立即加入500 μL冰乙腈終止反應(yīng),渦旋5 min,12 000 r/min離心10 min,取上清于4 ℃保存,100 μL上清溶液加10 μL內(nèi)標(biāo)混勻后揮干,加100 μL甲醇溶解離心后進(jìn)樣。
2.4.1 色譜條件 色譜柱:Thermo AcclaimTMRSLC 120 C18色譜柱(3.0 mm×100 mm,2.2 μm);柱溫:40 ℃;流速:0.4 mL/min;進(jìn)樣量:2 μL;流動(dòng)相:0.1%甲酸水(A)-乙腈(B);梯度洗脫程序:0~1 min,10%B;1~5 min,10~35%B;5~10 min,35%B;10~12 min,35~90%B;12~16 min,90%B;16~17 min,10%B。
2.4.2 質(zhì)譜條件 電噴霧離子源(ESI);采用多反應(yīng)檢測(cè)模式(MRM)在正離子模式下檢測(cè);離子源噴霧電壓(IS)5 500 V;離子源溫度(TEM)550 ℃;氣簾氣(CUR)40 psi;霧化氣(GS1)60 psi;輔助加熱氣(GS2)60 psi(1 psi=6.8948 Pa)。母離子及子離子信息如圖1所示。
2.4.3 溶液的制備 混合標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液:取野黃芩苷、木犀草苷、野黃芩素、木犀草素、漢黃芩素、半枝蓮堿X、半枝蓮堿A、半枝蓮堿B對(duì)照品適量,精密稱(chēng)定,加甲醇溶解,配制成質(zhì)量濃度分別為83.0、3.34、80.2、31.2、0.333、10.0、8.37、2.00 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液。
內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液:取橙皮素對(duì)照品適量,精密稱(chēng)定,加甲醇溶解,配置成質(zhì)量濃度為1.70 mg/mL的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液,臨用前稀釋成1.70 μg/mL的內(nèi)標(biāo)溶液。
腸道菌標(biāo)準(zhǔn)曲線及質(zhì)控樣品:將儲(chǔ)備液稀釋成系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,腸菌液與系列標(biāo)準(zhǔn)溶液以1∶1的比例混勻,離心后取100 μL上清溶液加10 μL內(nèi)標(biāo),揮干后用100 μL甲醇溶解離心取上清進(jìn)樣。低、中、高質(zhì)控樣品配制參照標(biāo)準(zhǔn)曲線配制的方法,其中野黃芩素的濃度分別為0.500、2.00、6.00 μg/mL,野黃芩苷的濃度分別為0.050、0.500、6.60 μg/mL,木犀草素的濃度分別為0.100、0.600、1.20 μg/mL,木犀草苷的濃度分別為0.002、0.020、0.270 μg/mL,漢黃芩素的濃度分別為0.002、0.020、0.050 μg/mL,半枝蓮堿A的濃度分別為0.090、0.900、1.30 μg/mL,半枝蓮堿B的濃度分別為0.020、0.100、0.300 μg/mL。半枝蓮堿X的濃度分別為0.010、0.050、0.160 μg/mL。
取新鮮的腸黏膜加入4倍量的PBS勻漿,4 ℃,9 000×g,離心20 min得到的上清即為腸S9,檢測(cè)腸S9的蛋白含量并分裝保存于-80 ℃。
以等體積的正丁醇及乙酸乙酯萃取在腸道菌中孵育0、0.5、1、2、4、6、12、24 h的半枝蓮提取液,合并正丁醇及乙酸乙酯層并揮干,隨后以甲醇復(fù)溶,離心取上清,每1 mL相當(dāng)于原藥材1 g。
體外溫孵體系包含氯化鎂10 mmol/L,乙氧基試鹵靈2 μmol/L,腸S9 0.24 mg/mL,NADPH 0.5 mmol/L。溫度為37 ℃,反應(yīng)時(shí)間為20 min,結(jié)束后立即加入等量冰乙腈,混勻離心后取上清100 μL加入到96孔板中。使用多功能酶標(biāo)儀檢測(cè)激發(fā)波長(zhǎng)/發(fā)射波長(zhǎng)535/590 nm處的值。
配體野黃芩素,木犀草素,漢黃芩素的3D結(jié)構(gòu)從PubChem獲得,蛋白CYP1A1的3D結(jié)構(gòu)(PDB:4I8V)從Protein Data Bank(PDB)獲得[13]。CYP1A1對(duì)接盒子中心坐標(biāo)設(shè)置為:center_x=-16.955,center_y=36.683,center_z=-28.371,盒子維度設(shè)置為:size_x=40,size_y=40,size_z=40。使用AutoDockTools 1.5.6和PyMOL1.7對(duì)小分子及蛋白質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。采用AutoDockTools 1.5.6進(jìn)行分子對(duì)接,使用PyMOL1.7和Discovery studio 2019令結(jié)果可視化。
3.1.1 專(zhuān)屬性 取空白腸道菌,空白腸道菌加對(duì)照品和內(nèi)標(biāo),樣品溶液參照2.4項(xiàng)下方法檢測(cè),結(jié)果如圖1所示,空白腸菌液(A)未出現(xiàn)與腸菌液加對(duì)照品和內(nèi)標(biāo)(B)中9種待測(cè)成分保留時(shí)間一致的色譜峰,樣品溶液(C)未在相應(yīng)位置出現(xiàn)其他干擾成分,表明該方法專(zhuān)屬性良好。
注:A.空白腸道菌;B.空白腸道菌加對(duì)照品和內(nèi)標(biāo);C.樣品溶液
3.1.2 線性關(guān)系 參照2.3項(xiàng)下方法制備腸道菌系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,記錄樣品中各化合物及對(duì)應(yīng)內(nèi)標(biāo)的峰面積,以化合物質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X),化合物與內(nèi)標(biāo)峰面積比值為縱坐標(biāo)(Y),用加權(quán)(1/X)最小二乘法進(jìn)行回歸運(yùn)算,分別求得各化合物的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如表1所示,結(jié)果表明各化合物在各自線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。
表1 線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)
3.1.3 準(zhǔn)確度和精密度 以低、中、高濃度的質(zhì)控樣品進(jìn)行準(zhǔn)確度與精密度考察,每個(gè)濃度平行6份,連續(xù)3 d進(jìn)樣。結(jié)果表明,野黃芩素、野黃芩苷、木犀草素、木犀草苷、漢黃芩素、半枝蓮堿A、半枝蓮堿B、半枝蓮堿X的日內(nèi)準(zhǔn)確度分別為96.5%~100.9%、97.5%~102.6%、95.1%~100.8%、96.1%~99.9%、97.7%~101.3%、98.6%~102.2%、98.4%~104.6%、99.1%~103.4%,日間準(zhǔn)確度分別為97.1%~102.1.3%、96.2%~102.3%、95.1%~101.4%、95.8%~102.7%、96.7%~101.2%、98.6%~100.5%、98.4%~103.6%、86.1%~100.9%,所有化合物的日內(nèi)精密度均小于9.6%,日間精確度均小于11.2%。
3.1.4 回收率、基質(zhì)效應(yīng)和穩(wěn)定性 低、中、高濃度腸道菌質(zhì)控樣品中化合物的峰面積為A,空白腸道菌樣品經(jīng)提取揮干后加入對(duì)應(yīng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)得的化合物譜峰面積為B,以“A/B×100%”計(jì)算回收率,結(jié)果表明野黃芩素、野黃芩苷、木犀草素、木犀草苷、漢黃芩素、半枝蓮堿A、半枝蓮堿B、半枝蓮堿X和橙皮素的回收率分別為86.1%~96.3%、89.8%~96.8%、85.1%~92.1%、87.1%~90.7%、86.7%~98.4%、91.6%~98.2%、90.4%~99.6%、89.1%~97.9%和98.6%。
以6只大鼠腸菌液制備的基質(zhì)樣本和以流動(dòng)相制備的無(wú)基質(zhì)樣本中目標(biāo)化合物峰面積比值來(lái)考察基質(zhì)效應(yīng)(Matrix effect,ME)。結(jié)果表明野黃芩素(ME:90.8%~102.4%)、野黃芩苷(ME:90.3%~100.5%)、木犀草素(ME:91.9%~103.3%)、木犀草苷(ME:91.1%~99.2%)、漢黃芩素(ME:93.9%~102.1%)、半枝蓮堿A(ME:95.0%~106.5%)、半枝蓮堿B(ME:96.5%~103.4%)、半枝蓮堿X(ME:94.1%~101.4%)和橙皮素(ME:95.6%)的基質(zhì)效應(yīng)均符合要求。
對(duì)低、中、高3個(gè)濃度質(zhì)控樣品進(jìn)行穩(wěn)定性考察(n=6)。各成分在室溫放置4 h(準(zhǔn)確度:82.5%~101.3%),經(jīng)過(guò)3次凍融(準(zhǔn)確度:87.9%~102.1%),進(jìn)樣室內(nèi)放置24 h(準(zhǔn)確度:82.2%~100.3%),-80 ℃放置1個(gè)月(準(zhǔn)確度:85.4%~103.8%)穩(wěn)定性良好。
含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2,半枝蓮中的黃酮類(lèi)化合物經(jīng)過(guò)腸道菌的轉(zhuǎn)化后含量變化較為明顯,而二萜類(lèi)化合物含量變化不明顯。野黃芩苷、木犀草苷和漢黃芩苷這些黃酮苷的含量顯著降低,在2 h內(nèi)均降到了較低的水平,由于從樣品中檢測(cè)到漢黃芩苷較少,無(wú)法精確的定量,因此采用峰面積比值來(lái)反映其變化。另外,相應(yīng)的苷元在腸道菌代謝后均發(fā)生了顯著變化,總體呈增加的趨勢(shì)。野黃芩素經(jīng)腸道菌溫孵4 h后含量增加6倍多,隨后逐漸減少。木犀草素與漢黃芩素在孵育2 h后含量增至原來(lái)的2倍左右,隨后無(wú)明顯的增加或減少趨勢(shì)。
圖2 半枝蓮腸道菌共孵育液中各化學(xué)成分的含量
圖3結(jié)果顯示,半枝蓮提取液對(duì)腸S9中的CYP1A1酶活性具有一定的抑制作用,經(jīng)過(guò)腸道菌轉(zhuǎn)化2、4、6 h的提取液對(duì)酶的抑制作用較0 h點(diǎn)增強(qiáng),但經(jīng)腸道菌轉(zhuǎn)化12、24 h后這種抑制作用減弱。結(jié)合前面的研究可知,在腸道菌中溫孵2 h后,半枝蓮中的黃酮苷含量普遍降低到較低水平,而相應(yīng)黃酮苷元升高到較高水平,在代謝12、24 h后含量較高的野黃芩素含量逐漸減少,暗示半枝蓮腸道菌溫孵液對(duì)CYP1A1的抑制活性可能與其中的黃酮苷元的含量有關(guān),特別是野黃芩素的含量。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了3對(duì)黃酮苷及其苷元對(duì)腸S9中CYP1A1酶活的影響,結(jié)果如圖4所示,這3個(gè)黃酮苷元對(duì)CYP1A1的酶活抑制作用均強(qiáng)于其相應(yīng)的黃酮苷。
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05,**P<0.01;與0 h組比較,#P<0.05。
圖4 半枝蓮主要化學(xué)成分對(duì)CYP1A1酶的抑制作用
本實(shí)驗(yàn)以野黃芩素、木犀草素及漢黃芩素作為配體分子對(duì)接至CYP1A1的催化活性空腔。配體與CYP1A1的結(jié)構(gòu)和結(jié)合模式如圖5所示,與先前發(fā)現(xiàn)的抑制劑α-萘黃酮與CYP1A1的相互作用一致,這些配體與CYP1A1的PHE224形成π-π堆積作用[13],此外,氫鍵、靜電、范德華力等相互作用是復(fù)合物形成的主要驅(qū)動(dòng)力。CYP1A1與各配體的結(jié)合自由能及相互作用的氨基酸殘基列于表2中,這些相互作用都提示了野黃芩素、木犀草素和漢黃芩素與CYP1A1酶產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合。
表2 配體與人CYP1A1的結(jié)合能及相互作用
圖5 野黃芩素、木犀草素和漢黃芩素與CYP1A1的分子對(duì)接圖
CYP1A1參與外源性物質(zhì)以及內(nèi)源性物質(zhì)的代謝清除,在脫毒和化學(xué)預(yù)防中起著重要的作用[14]。但其也因參與BaP和相關(guān)多環(huán)芳烴的氧化代謝而受到廣泛關(guān)注。BaP存在于工業(yè)廢氣、汽車(chē)尾氣、香煙煙霧以及熏烤油炸食品之中,是一種有毒、有害的五環(huán)芳烴類(lèi)化合物。機(jī)體暴露于BaP會(huì)引起芳烴受體(AHR)的激活,激活的AHR從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中并與芳烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)子(ARNT)形成復(fù)合物,隨后該復(fù)合物與異種生物反應(yīng)元件(XRE)結(jié)合并誘導(dǎo)CYP 1家族成員特別是CYP1A1基因的高表達(dá)。CYP1A1酶促進(jìn)BaP的代謝,加速致癌代謝物二羥環(huán)氧苯并[a]芘(BPDE)的產(chǎn)生,BPDE與DNA相互作用形成加合物造成DNA損傷,具有致癌、致突變的作用[15]。
腸道菌被稱(chēng)為“隱形的器官”,其對(duì)藥物的代謝能力遠(yuǎn)強(qiáng)于肝臟[16]。腸道菌群可以代謝中藥使其成分組成發(fā)生變化而改變其藥理活性。本實(shí)驗(yàn)利用腸道菌溫孵半枝蓮提取物以模擬藥物的代謝,建立UPLC-Q-TRAP-MS方法用于同時(shí)定量半枝蓮中的主要活性成分在經(jīng)過(guò)腸道菌轉(zhuǎn)化后的含量變化,結(jié)果提示黃酮苷類(lèi)化合物有可能發(fā)生了脫糖代謝而轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的黃酮苷元。另外,考慮到腸道為口服半枝蓮可以直接接觸的部位,因此以腸S9作為酶體研究藥物對(duì)CYP1A1酶活的影響。結(jié)合含量測(cè)定以及半枝蓮中黃酮苷元及其苷的單體對(duì)CYP1A1酶活抑制作用的研究結(jié)果,我們推測(cè)半枝蓮對(duì)CYP1A1的抑制作用與黃酮苷元的含量有關(guān)。最后將野黃芩素、木犀草素和漢黃芩素作為配體與CYP1A1蛋白進(jìn)行分子對(duì)接,結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間有較強(qiáng)的結(jié)合,由此推測(cè)這些苷元可能是通過(guò)與CYP1A1的活性位點(diǎn)結(jié)合而抑制CYP1A1酶的活性。
綜上,本研究為半枝蓮用于化學(xué)預(yù)防提供了一定的證據(jù)支持及研究基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中,野黃芩素、木犀草素和漢黃芩素已被驗(yàn)證對(duì)CYP1A1酶具有抑制作用,但無(wú)法排除一些代謝產(chǎn)物也對(duì)CYP1A1的抑制作用,這需要在以后的研究中對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。