摘
要:目的
通过对多种生物样本中内源性代谢物特征进行综合分析,阐释逍遥散抗抑郁的作用机制。
方法
对慢性不可预知温和刺激(
chronicunpredicted mild stress
,
CUMS
)抑郁大鼠模型的血液、尿液、海马、肝脏、盲肠、粪便和临床患者的血浆、尿液等生物样本中逍遥散具有显著调节作用的差异代谢物进行代谢特征综合分析,归纳总结逍遥散在不同生物样本中调节的关键差异代谢物和代谢通路。
结果
逍遥散在不同生物样本中调节的相同差异代谢物有
34
个,其中
11
个变化趋势一致,涉及的关键代谢通路为能量代谢和神经递质通路等。
结论
逍遥散能够通过调节体内代谢平衡所在的代谢通路发挥抗抑郁作用,为系统挖掘逍遥散抗抑郁代谢机制提供依据。
逍遥散源于宋代《太平惠民和剂局方》,由柴胡、当归、茯苓、白芍、炒白术、炙甘草、薄荷、生姜组成,具有疏肝解郁、养血健脾的功效。在治疗抑郁症方面,逍遥散因其符合整体调节、辨证论治、个体化诊疗等特点,显示了独特的理论优势和丰富的科学内涵优越性
[1-3]
。逍遥散能够通过调节抑郁症患者和抑郁动物模型机体异常代谢物水平,从而发挥抗抑郁作用
[4-22]
。课题组前期基于慢性不可预知温和刺激(
chronic unpredicted mild stress
,
CUMS
)抑郁大鼠模型的内源性代谢物变化探讨了抑郁症的发病机制,从神经递质、神经营养素、下丘脑
-
垂体
-
肾上腺轴、氨基酸、脂质和能量代谢、炎症因子等方面对逍遥散抗抑郁的作用机制进行分析,归纳总结了逍遥散抗抑郁的代谢网络调控机制
[23-26]
。随着代谢组学技术不断发展,不同生物样本的逍遥散抗抑郁作用代谢物数据得到充分的积累。因此,借助“大数据”理念对已有的特征代谢物进行综合分析,对深入挖掘和阐释逍遥散抗抑郁的作用机制有重要意义。
本研究从
CUMS
动物的血液、尿液、海马、肝脏、盲肠、粪便和临床患者的血浆、尿液等生物样本中逍遥散具有显著调节作用的差异代谢物进行代谢特征综合分析,并归纳总结逍遥散在不同生物样本中调节的关键差异代谢物和代谢通路,以期为深入阐释逍遥散抗抑郁在代谢层次的作用机制提供科学依据。
1
材料
1.1
试剂
血清素(
serotonin
)购自日本
TCI
有限公司;
γ-
氨基丁酸(
γ-aminobutyricacid
)购自阿拉丁公司;
L
-
谷
氨酸(
L
-glutamic acid
)购自生工生物工程股份有限公司公司;去甲肾上腺素(
norepinephrine
)购自中国食品药品检定研究院;多巴胺(
dopamine
)、
5-
羟基吲哚乙酸(
5-hydroxyindoleaceticacid
)购自博飞美科公司。
1.2
仪器
1290Ⅱ
超高效液相色谱仪(美国
Agilent
公司);
3200 QTRAP
三重四极杆串联质谱仪(美国
AB Sciex
公司);
Acquity UPLC BEH C
18
色谱柱(
100 mm
×
2.1 mm
,
1.7 μm
,美国
Waters
公司);
Neofuge 13R
高速冷冻离心机(力康生物医疗科技控股有限公司)。
2
方法
2.1
逍遥散代谢组学的信息收集与归纳分析
采用“抑郁”“抑郁症”“长期突触性抑郁
”
“逍遥”“逍遥散”关键词组合对
PubMed
、
CochraneLibrary
、
Embase
、
Web of Science
、
PsycINFO
、中国知网、万方等数据库进行搜索查询,时间截止为
2020
年
1
月
1
日。同时通过抑郁症代谢数据库进行查询和补充
[27]
,通过反复核对,整理逍遥散抗抑郁的代谢组学文献共
19
篇,如表
1
所示。梳理不同生物样本在多个不同平台的代谢组学数据,为后续逍遥散回调差异代谢物的分析和代谢通路的富集提供数据支撑。
2.2
逍遥散抗抑郁代谢特征综合分析
逍遥散抗抑郁代谢特征综合分析是指在逍遥散抗抑郁的代谢组学文献整理的基础上,对逍遥散回调差异代谢物和代谢通路进行分析,具体包括差异代谢物数量的比较分析、差异代谢物变化趋势的统计分析、差异代谢物的验证分析和差异代谢物的功
能分析。其中,差异代谢物变化趋势的统计分析采用
vote-counting
方法确定上调或下调的差异代谢物,并对原始文献中上调和下调的差异代谢物进行计数
[27]
。
对逍遥散回调差异代谢物进行验证分析,差异代谢物的功能分析采用
Omicsolution
软件进行代谢物途径的分析,并筛选符合标准(
P
<
0.05
)的通路。
2.3
逍遥散抗抑郁差异代谢物的验证分析
采用课题组前期建立的测定大鼠血清中神经递质水平的方法
[28]
,通过超高效液相色谱
-
串联质谱法(
UHPLC-MS/MS
)测定
CUMS
大鼠血清样品。
2.4
统计分析
实验数据以
表示,采用
SPSS 22.0
软件进行统计分析,组间比较采用单因素方差分析,采用
Graphpad prism 5
软件绘图。
3
结果
3.1
差异代谢物数量的比较分析
如图
1-A
所示,逍遥散对中枢和外周不同生物样本回调的部分差异代谢物相同。如表
2
所示,逍遥散回调
CUMS
大鼠血液和尿液共有的差异代谢物有
4
个,分别是棕榈酸(
palmitic acid
)、甘氨酸(
glycine
)、
N
-
乙酰糖蛋白(
N
-acetyl glycoprotein
)和丙酮酸(
pyruvic acid
);逍遥散回调
CUMS
大鼠血液和肝脏组织共有的差异代谢物有
4
个,分别是
L
-
异亮氨酸(
L
-isoleucine
)、肌酸(
creatine
)、
β-
D
-
葡萄糖(
β-
D
-glucose
)、和
L
-
缬氨酸(
L
-valine
);逍遥散回调
CUMS
大鼠尿液和肝脏组织共有的差异代谢物有
2
个,分别是柠檬酸(
citric acid
)和酮戊二酸(
oxoglutaric acid
);逍遥散回调
CUMS
大鼠海马和肝组织共有的差异代谢物有
1
个,为
L
-
赖氨酸(
L
-lysine
);逍遥散回调
CUMS
大鼠尿液和海马组织共有的差异代谢物有
1
个,为牛磺酸(
taurine
);逍遥散回调
CUMS
大鼠血液、尿液和肝脏组织共有的差异代谢物有
2
个,分别为
L
-
色氨酸(
L
-tryptophan
)和
L
-
酪氨酸(
L
-tyrosine
);逍遥散回调
CUMS
大鼠血液、海马组织和肝脏组织共有的差异代谢物有
3
个,分别为
L
-
谷氨酸(
L
-glutamic acid
)、
L
-
乳酸(
L
-lactic acid
)和
L
-
谷氨酰胺(
L
-glutamine
)。
表明逍遥散可调节动物不同生物样本的相同差异代谢物发挥抗抑郁作用。
如图
1-B
所示,逍遥散对抑郁症患者和
CUMS
动物血液和尿液回调的部分差异代谢物相同。如表
2
所示,逍遥散对抑郁症患者和
CUMS
动物血液回调的共有差异代谢物有
7
个,分别是
β-
D
-
葡萄糖、胆碱(
choline
)、氧化三甲胺(
trimethylamine
N
-oxide
)、
L
-
亮氨酸(
L
-leucine
)、
L
-
乳酸、
L
-
丙氨酸(
L
-alanine
)和甘氨酸;逍遥散对抑郁症患者和
CUMS
动物尿液回调的共有差异代谢物
7
个,分别是柠檬酸、
L
-
苯丙氨酸(
L
-phenylalanine
)、马尿酸(
hippuric acid
)、牛磺酸、酮戊二酸、肌酐(
creatinine
)和
L
-
酪氨酸。逍遥散可能通过分别调节抑郁症患者和
CUMS
动物血浆的
7
个差异代谢物和尿液的
7
个差异代谢物发挥抗抑郁作用。
3.2
差异代谢物变化趋势的统计分析
通过对逍遥散回调差异代谢物进行分析,发现在不同生物样本中,逍遥散调节相同的差异代谢物。进一步对回调差异代谢物进行统计,发现逍遥散调节
34
个相同差异代谢物,如图
2
所示,差异代谢物按频数排序依次为乳酸(频数=
7
)、谷氨酸(频数=
7
)、丙氨酸(频数=
6
)、柠檬酸(频数=
6
)、
酪氨酸(频数=
6
)、苯丙氨酸(频数=
5
)、胆碱(频数=
5
)、氧化三甲胺(频数=
5
)、谷氨酰胺(频数=
5
)、棕榈酸(频数=
5
)。
乳酸是报道次数最多的逍遥散回调差异代谢物,动物
ip
乳酸钠(
2µg/kg
)后,动物活动异常且活动减少
[29]
。乳酸钠可以急剧增加血液中的乳酸,同时增加大脑中的细胞外葡萄糖,葡萄糖是重要的
能量代谢供应物质,逍遥散对
CUMS
模型大鼠的能量代谢异常均有明显的治疗效果
[30]
。由此可见,这些调节的差异代谢物在逍遥散抗抑郁作用中发挥重要作用,可以为逍遥散抗抑郁疗效标志物的筛选和验证提供依据。
由于样本来源、备样方法、测试条件和数据采集等不同,不同类型的差异代谢物的变化趋势也不完全相同。进一步对不同差异代谢物的趋势进行分析,发现在
34
个差异代谢物中,有
11
个差异代谢物的变化趋势一致。如图
3-A
所示,逍遥散上调的差异代谢物有
7
个,分别为
L
-
赖氨酸、
L
-
亮氨酸、
L
-
缬氨酸、
L
-
脯氨酸(
L
-proline
)、
L
-
异亮氨酸、吲哚乙酸(
indoleacetic acid
)和酮戊二酸;逍遥散下调的差异代谢物有
4
个,分别为
β-
D
-
葡萄糖、
α-
D
-
葡萄糖(
α-
D
-glucose
)、高密度脂蛋白(
high-density lipoprotein
,
HDL
)和
D
-
果糖(
D
-fructose
)。其中,酮戊二酸和果糖为变化趋势一致且报道次数最多的差异代谢物。此外,在
34
个差异代谢物中,有
23
个差异代谢物的变化不完全一致,如图
3-B
所示,逍遥散在不同生物样本中差异代谢物(下调数>上调数)有
10
个,分别为
L
-
乳酸、
L
-
丙氨酸、
D
-
葡萄糖、甘氨酸、肌酸(
creatine
)、
L
-
谷氨酰胺、胆碱、牛磺酸、马尿酸和
N
-
乙酰糖蛋白;逍遥散在不同生物样本中差异代谢物(下调数=上调数)有
5
个,分别为
L
-
酪氨酸、柠檬酸、
L
-
丝氨酸(
L
-serine
)、草酸(
oxalicacid
)和
3-
羟基丁酸(
3-hydroxybutyricacid
);逍遥散在不同生物样本中差异代谢物(下调数<上调数)有
8
个,分别为
L
-
苯丙氨酸和琥珀酸(
succinic acid
)、丙酮酸、
L
-
色氨酸和肌酐、
L
-
谷氨酸、棕榈酸和氧化三甲胺。
3.3
差异代谢物的验证分析
如图
4
所示,
CUMS
造模
28 d
后,与对照组比较,模型组大鼠血清中血清素、去甲肾上腺素和
γ-
氨基丁酸水平显著降低(
P
<
0.001
),
5-
羟基吲哚乙酸和
L
-
谷氨酸水平显著升高(
P
<
0.001
);与模型组比较,逍遥散组大鼠血清中血清素、去甲肾上腺素和
γ-
氨基丁酸水平显著升高(
P
<
0.01
、
0.001
),
5-
羟基吲哚乙酸和
L
-
谷氨酸水平显著降低(
P
<
0.001
)。表明逍遥散能够逆转
CUMS
引起的大鼠神经递质的变化。
3.4
差异代谢物的功能分析
通过对差异代谢物通路进行分析,发现逍遥散调节通路有
47
条,如图
5
所示,分为能量代谢、神经系统、氨基酸代谢、其他氨基酸代谢、物质依赖性、辅助因子和维生素代谢、内分泌系统、消化系统等通路。其中能量代谢包含的通路有柠檬酸循环、丙酸代谢、半乳糖代谢、抗坏血酸和醛酸盐代谢、戊糖磷酸途径、硫代谢和氮代谢;神经系统包含的通路有逆行内源性大麻素信号、突触小泡周期、谷氨酸能突触、长期抑郁和胆碱能突触。