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黄芩素靶向Wnt5a对抗玉米赤霉烯酮诱导的小鼠颗粒细胞凋亡的研究

期刊:journal of hazardous materialsDOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132917

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第一作者及研究机构
本研究的通讯作者为Hongquan Li(电子邮箱:livets@163.com),所属单位为山西农业大学兽医学院(Shanxi Agricultural University, College of Veterinary Medicine)的“山西省兽用中药现代化重点实验室”(Shanxi Key Laboratory for Modernization of TCVM)。其他共同作者包括Na Sun、Abdul Haseeb、Panpan Sun等,部分成员来自山西农业大学的实验动物中心(Laboratory Animal Center)。研究成果于2023年11月4日在线发表在《Journal of Hazardous Materials》(卷464,文章编号132917),是一篇开放获取文章(CC BY-NC-ND 4.0许可)。


学术背景与研究目标
科学领域:研究涉及生殖毒理学与天然药物化学的交叉领域,聚焦于环境内分泌干扰物(EEDs)中玉米赤霉烯酮(Zearalenone, ZEA)对卵巢颗粒细胞(Granulosa Cells, GCs)的毒性机制及天然化合物野黄芩苷(Scutellarin, SC)的干预作用。
研究动机:ZEA是由镰刀菌属产生的次级代谢产物,具有类雌激素效应,可通过结合雌激素受体导致生殖系统损伤(如卵巢功能紊乱和颗粒细胞凋亡)。传统ZEA脱毒方法(如物理吸附、化学降解)存在局限性,而中药活性成分(如野黄芩苷)的保护作用机制尚不明确。
研究目标:明确野黄芩苷对抗ZEA诱导颗粒细胞凋亡的分子靶点及通路机制,通过体外和体内实验验证其作用路径,为ZEA引发的卵巢损伤提供潜在治疗策略。


研究流程与实验方法
研究分为7个主要步骤,结合了化学生物学、分子对接、基因干扰及动物模型等多学科技术:

  1. 磁性纳米探针的合成与表征

    • 制备野黄芩苷磁性纳米探针(MNPs@SC),通过紫外吸收光谱(UV)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证探针成功偶联,扫描电镜(SEM)确认探针形态稳定性,磁响应实验验证其分离效率。
  2. 靶点蛋白的“垂钓”与鉴定

    • 使用MNPs@SC与小鼠卵巢颗粒细胞裂解液共孵育,通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)鉴定出287个潜在靶点蛋白,结合网络药理学筛选出7个候选靶点(包括Wnt5a)。
  3. 分子对接与结合位点预测

    • 采用AutoDockTools 1.5.6对野黄芩苷与候选靶点进行分子对接,发现其与Wnt5a蛋白结合自由能最低(-8.3 kcal/mol),且形成氢键的关键氨基酸为Try52、Gln56和Ser90。
  4. 体外功能验证(细胞实验)

    • 基因表达分析:qRT-PCR和Western blot显示,野黄芩苷(1000/2000 μg/mL)可逆转ZEA导致的Wnt5a/β-catenin表达下降,并降低凋亡标志蛋白cleaved-caspase-3水平。
    • 基因干扰实验:通过siRNA敲低Wnt5a后,野黄芩苷的抗凋亡作用被显著抑制,证实Wnt5a是其关键靶点。
    • 表面等离子共振(SPR)与Pull-down实验:SPR测定野黄芩苷与Wnt5a的亲和常数(Kd=1.7×10⁻⁵ M),Pull-down证实两者特异性结合。
  5. 结合位点突变验证

    • 构建Wnt5a突变质粒(Try52、Gln56、Ser90位点突变),Western blot显示仅Ser90突变会消除野黄芩苷的抗凋亡效应,确认Ser90为关键结合位点。
  6. 体内动物模型验证

    • 建立ZEA致小鼠卵巢损伤模型(80 μg/kg灌胃14天),病理观察显示卵巢纤维化、卵泡数量减少。野黄芩苷治疗(25/50 mg/kg)后,卵巢组织Wnt5a/β-catenin表达上调,cleaved-caspase-3下调,病理损伤缓解。
  7. 数据统计与分析

    • 采用GraphPad Prism 5软件进行单因素ANOVA(Newman-Keuls多重比较),数据以均值±标准误(Mean±SEM)表示,*p<0.05为显著差异。

主要研究结果
1. 靶点发现:LC-MS/MS联合网络药理学筛选出Wnt5a为野黄芩苷的直接作用靶点,分子对接明确其结合位点为Ser90。
2. 信号通路机制:野黄芩苷通过结合Wnt5a激活Wnt/β-catenin通路,抑制ZEA诱导的颗粒细胞凋亡(cleaved-caspase-3下降)。
3. 体内外一致性:动物实验证实25 mg/kg野黄芩苷可修复ZEA引发的卵巢结构和功能损伤,与细胞实验结果一致。


研究结论与价值
1. 科学意义:首次阐明野黄芩苷通过靶向Wnt5a/β-catenin通路拮抗ZEA生殖毒性的分子机制,为环境毒素损伤修复提供新靶点。
2. 应用价值:野黄芩苷作为天然黄酮类化合物,具有低毒性和易获取优势,可用于开发针对ZEA污染的饲料添加剂或治疗药物。


研究亮点
1. 方法创新:采用磁性纳米探针(MNPs@SC)结合LC-MS/MS技术高效鉴定药物靶点,为天然产物靶点发现提供新策略。
2. 靶点验证完整性:从分子对接、基因干扰到位点突变实验,多维度验证Wnt5a-Ser90的关键作用。
3. 跨学科整合:结合化学生物学、分子毒理学与动物模型,系统性解析药物机制。


其他有价值内容
- 环境启示:研究强调ZEA作为环境内分泌干扰物(EEDs)的生态风险,呼吁开发基于天然产物的绿色脱毒方案。
- 技术推广潜力:磁性纳米探针技术可扩展至其他中药活性成分的靶点筛选研究。


该研究通过多组学技术和严谨的实验设计,为野黄芩苷的生殖保护作用提供了扎实的理论基础,兼具学术创新性与实际应用潜力。

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