血管生成调控基因Adcyap1b介导头孢菌素诱发血管损伤的作用及机制研究

The adverse reactions of drug products may be related to the drug itself and the wide range of clinical use. Drug impurities can also impact safety. Previously, we found that 1-methyl-1H-tetrazole-5-thiol (MTT) in the C-3 substituent of cephalosporins induced vascular damage and inhibited the expression of angiogenesis regulatory gene adcyap1b. We hypothesize that adcyap1b plays an important role in angiogenesis via vascular endothelial growth factor signaling pathway, and cephalosporins with a MTT at the C-3 position may regulate the expression of adcyap1b gene leading to abnormal angiogenesis and vascular damage. This study will apply transcriptome analysis, bioinformatics, Raman mapping, and molecular docking that may have utility in understanding the molecular mechanism of vascular toxicity. Overall, the information detailed here can identify the molecular mechanism of drug and impurity toxicity, which is a key requirement for drug safety assessment and quality control.

药品不良反应不仅与活性药物成分的理化性质和毒性有关，也与药品中的杂质密切相关。前期研究发现，C3位含甲巯四氮唑（MTT）的头孢菌素导致血管损伤与血管生成障碍有关，并可抑制斑马鱼血管生成调控基因adcyap1b表达。在此基础上，本项目拟以“adcyap1b基因介导的血管生成”为新切入点，以血管特异性转基因荧光斑马鱼为研究载体，利用系统毒理学研究策略，采用转录组测序、生物信息学、显微拉曼光谱成像、分子生物学、计算机模拟等技术，通过检测药物/杂质对血管形态、功能、基因、信号通路的影响，考察头孢菌素的血管毒性作用和机制，提出并验证假说：adcyap1b基因在VEGF及相关信号通路调控的血管生成中发挥重要作用，C-3位含有MTT的头孢菌素通过抑制adcyap1b表达，干扰血管生成，诱发血管损伤，导致血管毒性。本项目可为药物/杂质的毒性及机制评价、化学药品中杂质的质量控制及临床用药提供理论和实验依据。

头孢菌素是最常见的一类抗感染药品，而某些头孢菌素药物在临床应用中可导致血管损伤。截至目前，头孢菌素导致多器官组织出血的分子机制仍不是十分明确。前期研究发现，C3位含甲巯四氮唑的头孢菌素导致血管损伤与血管生成障碍有关，并抑制斑马鱼血管生成调控基因adcyap1b基因转录水平的表达。本课题以野生型和转基因斑马鱼为研究载体，依据系统毒理学的研究策略，利用转录组测序、生物信息学、分子生物学、计算机模拟预测等技术和方法，明确头孢菌素导致机体出血的毒性效应，考察adcyap1b基因在斑马鱼血管生成中的调控作用及在头孢菌素导致血管损伤中的影响，并探讨头孢菌素结构与毒性关系，预测药物及其相关杂质的毒性。首先通过干扰adcyap1b基因表达，观察adcyap1b表达量降低对斑马鱼表型，特别是血管发育的影响；进而利用转录组测序技术分析差异表达基因，经生物信息学分析，筛选出VEGF信号通路相关基因和选择性剪接事件/基因；通过分子生物学方法验证差异表达基因转录水平的表达。结果显示抑制adcyap1b基因表达后，mapk1、akt2l、ppp3cb和prkca表达量明显降低，而pik3ca和mapk14b表达量明显升高，推测这些基因可能参与血管生成过程，并参与头孢菌素诱导的血管损伤；细胞生物学和蛋白质水平验证Adcyap1b和这些基因/蛋白之间的互作关系正在进行。同时，基于前期化合物的斑马鱼毒性参数基础，利用机器学习等计算机方法，构建定量结构毒性关系（QSTR）模型，并将模型应用在头孢菌素及其结构类似物的毒性效应预测研究中。上述结果，对于认识adcyap1b基因/蛋白与VEGF信号通路中相关基因/蛋白之间的互作网络关系提供了重要启示，可能为不同药物的共性毒性机理提供重要线索。同时，为相关抗生素药品制定合理的生产工艺和质量标准提供科学依据，为药品临床不良反应监测和合理用药提供实验参考，为结构改造获得新型抗感染药物的开发提供思路，为我国仿制药一致性评价做出贡献。项目资助发表SCI收录论文1篇，待发表3篇，待申请专利1项。联合培养硕士生1名，并已取得硕士学位。