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人结肠成纤维细胞全转录组表达阵列分析支持意大利蜡菊在传统医学中的应用

期刊:journal of ethnopharmacologyDOI:10.1016/j.jep.2022.115505

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


一、研究团队与发表信息

本研究由Katja Kramberger(通讯作者)、Darja Barlič-MaganjaZala Jenko Pražnikar等团队合作完成,成员来自斯洛文尼亚University of Primorska健康科学学院、University of Ljubljana医学院生物化学与分子遗传学研究所等机构。研究发表于2022年6月25日的Journal of Ethnopharmacology(Volume 296, 115505),是一篇开放获取文章(CC BY许可)。


二、学术背景与研究目标

科学领域:研究聚焦于传统药用植物Helichrysum italicum(HI,蜡菊)的分子机制验证,结合转录组学(transcriptomics)和功能实验,探索其在肠道修复中的作用。

研究背景
1. 传统应用:HI是地中海地区的传统药用植物,常用于治疗消化系统疾病、肠道寄生虫感染、伤口愈合等,但其多效性(pleiotropic)的分子机制尚不明确。
2. 前期基础:团队此前发现HI热水提取物(infusion)具有抗氧化、抗炎活性,并能上调脂肪酸β-氧化相关基因(如CPT1/2),但缺乏全局性基因表达分析。
3. 研究空白:肠道成纤维细胞(colon fibroblasts)在肠道屏障修复和免疫调节中起关键作用,但HI对其转录组的影响尚未被系统研究。

研究目标
通过全转录组微阵列分析(whole transcriptome microarray)和功能实验,揭示HI infusion对人类结肠成纤维细胞(CCD112Con细胞系)的基因调控网络,并解释其传统药用价值的科学依据。


三、研究流程与实验方法

1. 植物材料与提取物制备

  • 植物来源:HI ssp. italicum采自斯洛文尼亚Ankaran的实验种植区,经形态学鉴定后保存标本(编号HIA1_UP21)。
  • 提取方法:250 mg干燥植株与50 mL沸水浸泡10分钟,过滤后获得infusion,经HPLC-MS分析确认其主要成分为羟基肉桂酸、吡喃酮类(如micropyrone)和黄酮衍生物(如槲皮素)。

2. 细胞模型与处理

  • 细胞系:人原代结肠成纤维细胞(CCD112Con)和结直肠癌细胞(Caco-2),分别用于转录组分析和伤口愈合实验。
  • 处理条件:CCD112Con细胞以0.1% HI infusion处理6小时和24小时,对照组为等量无菌水。

3. 转录组分析

  • RNA提取与质检:使用Trizol法提取总RNA,质检标准为RIN > 8.5(Agilent 2100 Bioanalyzer)。
  • 微阵列实验:采用Human Clariom™ S GeneChip(Thermo Fisher),数据预处理使用R/Bioconductor的oligolimma包,差异基因(DEGs)筛选阈值设为p < 0.005(未校正)。
  • 功能注释:通过topGO(GO富集分析)和ReactomePA(通路富集分析)解析DEGs的生物学意义。

4. 功能验证实验

  • RT-qPCR验证:选取10个关键DEGs(如IL33、SERPING1)验证微阵列数据,采用SYBR Green法和GAPDH内参。
  • 伤口愈合实验:Caco-2细胞划痕后观察HI对迁移能力的影响。
  • 凝血实验:测定HI及其条件培养基(conditioned media)对人全血凝血时间(Lee-White法)和血浆凝血酶原时间(PT)的影响。

5. 数据分析

  • 统计方法:差异基因分析使用limma包,功能实验数据采用SPSS 23进行配对t检验。
  • 数据公开:原始数据存放于NCBI GEO(登录号GSE188456),遵循MIAME标准。

四、主要研究结果

1. 转录组差异表达

  • DEGs数量:6小时处理组44个(34上调,10下调),24小时处理组181个(96上调,85下调),仅8个基因重叠(如GOLGA8N)。
  • 关键基因
    • 6小时组:上调基因包括脂代谢相关基因LIPA(溶酶体酸性脂肪酶)和凝血抑制因子SERPING1;下调基因如SPX(spexin激素)。
    • 24小时组:显著上调IL33(白细胞介素33)和HGF(肝细胞生长因子),下调细胞周期抑制基因CDKN1A(p21)。

2. 功能富集分析

  • 6小时处理:主要富集于止血(hemostasis)通路(如SERPING1、MAFK)。
  • 24小时处理:涉及细胞骨架重构(cytoskeletal rearrangement)、白细胞介素信号(IL-33/ST2通路)和TP53转录调控(如LRPPRC、ABCA12)。

3. 功能实验验证

  • 伤口愈合:HI显著促进Caco-2细胞迁移(24小时完全闭合划痕)。
  • 凝血调节:HI条件培养基缩短凝血时间(p < 0.05)和PT(p < 0.01),提示其通过旁分泌作用促进止血。

五、结论与意义

  1. 科学价值:首次通过全转录组分析揭示HI infusion通过调控IL33、SERPING1等基因,激活伤口愈合、细胞迁移和止血通路,为其传统应用(如肠道修复、抗炎)提供了分子证据。
  2. 应用潜力:HI可能通过维持肠道屏障完整性间接预防代谢性疾病(如肥胖、糖尿病),并直接调节脂代谢(如LRPPRC、LIPA)。
  3. 创新性:结合多组学与功能实验,提出HI的“多靶点-多通路”作用模式,超越单一成分研究。

六、研究亮点

  1. 方法学创新:首次在HI研究中整合微阵列转录组与凝血功能实验,验证传统药用的现代机制。
  2. 关键发现
    • IL33的上调解释了HI的抗炎和免疫调节作用;
    • SERPING1的调控提示HI可能对病毒性疾病(如COVID-19)有潜在干预价值。
  3. 跨学科意义:为植物药研究提供了从基因到功能的完整范式。

七、其他价值

研究还提示HI可能通过下调CDKN1A(p21)减少瘢痕形成,或为抗纤维化治疗提供新思路。数据公开性(GEO存档)支持后续meta分析或比较研究。

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