基于GC-MS的逍遥散抗应激性抑郁症作用机理的代谢组学初探

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选题依据:抑郁症(depression)是一种常见的精神疾病,具有发病率高、复发率高和致残率高的特点,属于慢性疑难疾病。到2020年将成为世界上继冠心病后的第二大疾病负担源[1],其危害已越来越引起医药卫生界的高度重视。逍遥散有确切的抗抑郁作用而且在减少西药的副作用、降低复发率等方面得到了客观肯定,是理想的抗抑郁药物。对逍遥散抗抑郁作用机理的研究一直是中医药领域的热点。已有的研究只是借鉴西医的病理假说,未能体现复方的多成分、多靶点、交叉作用的特点、中医药的整体观和药物与机体作用的动态性等特点。代谢组学作为一种系统生物学方法,具有整体性和连续动态性的特点,与中医药的整体观、辨证施治的思想非常吻合,为疑难疾病发病机理和成分复杂的复方作用机制的研究提供了新思路。  目的:基于代谢组学的研究思路和方法,重点研究慢性不可预知应激模型(CUMS)大鼠尿液代谢产物的变化及逍遥散对该模型大鼠尿液代谢产物变化的干预作用,为揭示抑郁症的发生机理和逍遥散的抗抑郁作用机理提供基础;同时,比较逍遥散与三环类药物阿米替林对模型大鼠尿液代谢产物干预作用的异同点,为揭示复方逍遥散和三环类药物阿米替林抗抑郁作用的异同点,揭示逍遥散抗抑郁作用的特点奠定基础;此外,比较预处理软件MZmine和XCMS对GC-MS总离子流色谱图(TIC)预处理结果的异同点,GC-MS和1HNMR分析结果的异同点。  方法:选用雄性成年SD大鼠36只,体重180~200g。分别设模型组(ms)、空白组(ns)、阳性阿米替林组(yx)、逍遥散高剂量(hx)、逍遥散中剂量组(mx)和逍遥散低剂量组(lx)6个组,四个药物组每日造模前给药。分别于造模第1、7、14、18、21天采用代谢笼法收集尿液。采用文献报道的备样和GC-MS分析方法获得尿液的TIC,借助Mzmine和XCMS软件对TIC进行预处理,数据归一化后采用SIMCA-P10.0软件包对所有组进行主成分分析(PCA)、偏最小二乘法-显著性分析(PLS-DA)和聚类分析(HCA);对ms-ns、hx-ms、hx-ms-ns,mx-yx,mx-yx-ms进行PLS-DA分析;采用PLS-DA分析方法对ms和hx第1、7、14、18、21天的尿液进行动态分析。基于衍生化反应机理,参考现有文献,检索质谱数据库(NIST02)和Metlin代谢物数据库对色谱峰进行指认。  结果:多元统计分析结果①6组所有点均分布于椭圆形散点图(95%置信区域内,其中,模型组(ms)、空白组(ns)、阳性阿米替林组(yx)、逍遥散高剂量(hx)、逍遥散中剂量组(mx)分离效果均很好。模型组(ms)和空白组(ns)能很好地分开,说明造模成功,二者存在代谢网络的改变。逍遥散高剂量(hx)和空白组(ns)接近,说明高剂量逍遥散的抗抑郁作用最好,已经基本达到抗抑郁作用。阳性阿米替林组(yx)和逍遥散中剂量组(mx)接近,说明中剂量逍遥散与阿米替林的抗抑郁作用相当;②模型组(ms)和空白组(ns)相比,模型组(ms)中含量高的成分为benzenemethanol(6.80)、苯甲酸(6.95)、3-Hydroxy-2-methylsulfanyl-butyric acid ethylester(7.41)、4-ethyl-phenol(11.10),空白组(ns)中含量高的成分为phosphate(5.63)、Creatinine(6.25)、Z-9-Hexadecen-1-ol(21.60)、1,4-diol2,3,dimenthyo-5-Trifluoromethyl-phen(22.79)、Octadecanenitrile(26.28)、1-Methyl-1-(3-tridecyl)ox-1-silacyclopentane(28.25)、oleanitrile(34.18);③与逍遥散抗抑郁作用密切相关的代谢物有27个。其中内源性代谢物17个,表现为对Methyldopexamine(33.90)、葡萄糖苷(22.20)、1-Methyl-1-(3-tridecyl)oxy-1-silacyclo pentane(28.25)、2-formyl-2-methylpent-4-enoicacid(8.18)、unknown compound(23.67)、Tetradecanoic acid ethyl ester(23.76)、Octadecanenitrile(26.28)7个组分含量的上调和对4-ethyl-phenol(11.10)、谷氨酸(8.42)、精氨酸(20.48)、赖氨酸(13.63)、组氨酸(11.01)、尿嘧啶核苷(9.16)、Alloxan(8.90)、2-methyl-3-phenyl-Propanal(8.56)、3-Hydroxy-2-methylsulfanyl-butyric acid ethyl ester(7.41)、Hydrouracil(7.26)10个组分含量的下调和。外源性代谢产物有10个,为unknown compound(30.89)、蔗糖(22.56)、Z-9-Hexa decen-1-ol(21.59)、4,4a,5,6-Tetrahydro-2(3H)-naphthalenone(21.10)、N1-Acetylsper midine(15.60)、Furan-2,5-dicarboxylicacid(15.13)、tetradecan amide(27.88)、1,4-diol2,3,dimenthyo-5-trifluoromethyl-phen(22.79)、谷氨酸(8.42)、1H-benzo triazole-2-oxide(5.18);④逍遥散与三环类药物阿米替林相比,与二者抗抑郁作用共同相关的代谢产物有7个,二者均表现为对2-formyl-2-methylpent-4-enoic acid(23.67)、1-Methyl-1-(3-tridecyl)oxy-1-silacyclopentane(28.25)、Tetradecanoic acid ethyl ester(23.76)、Methyldopexamine(33.90)4个组分含量的上调,对谷氨酸(8.42)组分含量的下调,而4-ethyl-phenol(11.10)、葡萄糖苷(22.20)含量的调节方式相反;逍遥散抗抑郁相关的特征生物标记物可能为青蒿酸(19.65)、benz enemethanol(6.81),1-Methyl-1-(3-tridecyl)oxy-1-silacyclopentane(34.73)阿米替林抗抑郁相关的特征生物标记物可能为丙氨酸(8.30)、未知(6.49)、未知(15.7);⑤模型组(ms)动态分析结果显示:第1-14天,大鼠的代谢产物没有明显的变化,第18天部分大鼠的代谢产物有明显的变化,第21所有大鼠的代谢产物有明显的变化;逍遥散高剂量(hx)动态分析结果显示:高剂量逍遥散能使大鼠尿液的代谢物水平向正常水平逐步转变。  数据处理软件对比结果①XCMS处理结果良好,所得数据点为920,各点的Rt和M/Z对应很好;MZmine处理结果的可视化分布图(CDA plot of average peak areas)显示结果良好,所得数据点为166,但是各点的Rt和M/Z不对应,Rt有明显的偏移。经两种软件处理的数据进行PLS-DA分析的Score图基本相同,说明两种预处理软件均能保留数据点中包含的生物特征,去除噪音等干扰。②采用XCMS处理的数据归一化后进行PLS-DA的结果优于未进行归一化处理的结果。③HCA和PLS-DA分析结果相同。  结论:①代谢组学是研究抑郁症发病机理和逍遥散抗抑郁作用机理的良好平台,通过整体角度的动态分析,能够检测到抑郁症的产生和逍遥散明显的抗抑郁效果,同时也能找到与抑郁症的产生和逍遥散抗抑郁作用密切相关的潜在生物标志物;②慢性不可预知应激模型第21天造模成功,与行为学考察结果一致,第21天高剂量逍遥散显示出明显的抗抑郁作用,中剂量逍遥散与阿米替林的抗抑郁作用相当;③慢性不可预知应激模型大鼠的代谢表型为:benzene methanol(6.80)、苯甲酸(6.95)、3-Hydroxy-2-methylsulfanyl-butyric acid ethyl ester(7.41)、4-ethyl-phenol(11.10)含量升高,phosphate(5.63)、Creatinine(6.25)、Z-9-Hexadecen-1-ol(21.60)、1,4-diol2,3,dimenthyo-5-Trifluoromethyl-phen(22.79)、Octa decanenitrile(26.28)、1-Methyl-1-(3-tridecyl) ox-1-silacyclopentane(28.25)、oleanitrile(34.18)含量降低,这些成分可能为抑郁症发生的潜在生物标志物;④逍遥散的抗抑郁作用显示出多途径、多靶点、双向调节的特点。逍遥散可使代谢终产物Methyldopex amine(33.90)、葡萄糖苷(22.20)、1-Methyl-1-(3-tridecyl)oxy-1-silacyclo pentane(28.25)、2-formyl-2-methylpent-4-enoicacid(8.18)、Tetradecanoic acid ethyl ester(23.76)、Octade canenitrile(26.28)含量升高,使4-ethyl-phenol(11.10)、谷氨酸(8.42)、精氨酸(20.48)、赖氨酸(13.63)、组氨酸(11.01)、尿嘧啶核苷(9.16)、Alloxan(8.90)、2-methyl-3-phenyl-Propanal(8.56)、3-Hydroxy-2-methyl sulfanyl-butyric acid ethyl ester(7.41)、Hydroura cil(7.26)10个组分含量降低。⑤逍遥散与三环类药物阿米替林相比,与二者抗抑郁作用共同相关的代谢产物有7个,二者均表现为对2-formyl-2-methylpent-4-enoicacid(23.67)、1-Methyl-1-(3-tridecyl) oxy-1-silacyclopentane(28.25)、Tetradecanoic acid ethyl ester(23.76)、Methyldopexamine(33.90)4个组分含量的上调,对谷氨酸(8.42)组分含量的下调,而4-ethyl-phenol(11.10)、葡萄糖苷(22.20)含量的调节方式相反;逍遥散抗抑郁相关的特征生物标记物可能为青蒿酸(19.65)、benzenemethanol(6.81),1-Methyl-1-(3-tridecyl)oxy-1-silacyclo pentane(34.73)阿米替林抗抑郁相关的特征生物标记物可能为丙氨酸(8.30)、未知(6.49)、未知(15.7)⑥XCMS和MZmine均能对GC-MS TIC的数据进行预处理,但XCMS处理结果优于MZmine的处理结果。采用Spass聚类结果与代谢组学常用软件SIMCA-P分析结果一致。
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