孜然精油的抗炎功能及其对Toll-like受体信号通路的调控

Cumin (Cuminum cyminum L.) is a special economic crop in Northwest China. Preliminary data show that cumin essential oil have antioxidant and anti-inflammatory activity. The goal of our project is to understand molecular mechanism of anti-inflammatory activity of cumin essential oil by using modern biological method. We will explore productivity function of cumin essential oil to organism form damage in inflammation response from different TLRs ligand stimulation. C57BL/6 mice and its primary macrophage cell will be used as study object in this project. The expression level of pro-inflammatory cytokines TNFα, IL-1β and IL-6, anti-inflammatory cytokines TGFβ and IL-10 and key oxidase in inflammation response Cox-2 and iNOS will be examined. In addition, we will further evaluate the percentages of different immune cell subgroups in the spleen and peripheral blood of mice with cumin essential oil treatment. In this project, influence of cumin essential oil on components function of TLRs pathway will be observed. The mechanism of cumin essential oil modulated immune system will be clarified. It is the first time to explain how cumin essential oil exhibits anti-inflammatory activity. Our result can provide data and theoretical basis of how to develop cumin essential oil production. It will expand the application and increase the economic benefit of Cumin.

孜然是西北地区特有的经济作物，具有抗氧化和抗炎症活性。本项目利用分子生物学技术探讨孜然精油抗炎活性的作用机制，以C57BL/6小鼠及其原代巨噬细胞为模型，研究孜然精油对不同TLRs配体诱导的炎症应答的保护性功能，测定前炎症因子TNFα、IL-1β以及IL-6，抗炎症因子TGFβ和IL-10以及炎症过程关键酶蛋白Cox-2和iNOS的表达活性，并对孜然精油抗炎过程中机体免疫细胞进行分型鉴定。明确孜然精油对TLRs信号通路及其组分功能的影响和分子机制，以及对机体免疫系统功能的调节作用。本研究首次对孜然精油的抗炎活性的分子机制进行研究，所得结果将为孜然产品的开发提供理论依据。同时，也可以扩大孜然的应用范围，提高其经济效益。

孜然(Cuminum cyminum L.)是一种香料作物，可作为调味品和草药使用。虽然已有报道孜然精油具有多种生物活性，但对其抗氧化活性的研究较为零散，抗炎功能的研究则未见报道。本项目在生化水平和细胞水平上研究了不同浓度孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯的自由基清除能力、总还原能力和细胞抗氧化能力，系统的研究其体外总抗氧化活性。并且借助ELISA、RT-PCR 和Western Blot 等细胞生物学和分子生物学的研究方法，研究了不同浓度的孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯处理对炎症因子、前炎症因子含量和mRNA 表达的影响，研究了其对MAPK、NF-κB 信号转导通路调控作用的影响。并以C57BL雄性小鼠为模型，研究了孜然精油的体内抗炎活性。研究结果显示孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯能有效清除DPPH 自由基、ABTS 自由基，在一定浓度范围内，β-蒎烯具有最高的总还原能力，优于VE 和孜然精油，枯茗醛则没有总还原能力。孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯均具有清除细胞内活性氧的能力。另外，孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯处理能抑制由TLR4的配体LPS、TLR1/2的配体Pam3CKS4、TLR2/6的配体Fsl-1诱导的炎症反应，并降低某些前炎症因子的含量。而对由TLR3的配体Poly I:C诱导的炎症反应没有抑制作用。说明孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯能识别细胞膜上的TLR受体来发挥抗炎功能，而不能识别细胞内的位于内涵体/溶酶体膜上的TLR受体来发挥抗炎功能。此外研究发现孜然精油、枯茗醛和β-蒎烯通过抑制RAW264.7 细胞中MAPK 信号通路ERK、JNK、p38 蛋白磷酸化水平，以及NF-κB 信号通路中细胞核内p65 蛋白的表达水平来发挥其抗炎效果。最后小鼠体内实验结果显示孜然精油在体内对炎症相关因子的表达没有明显的影响，说明其在体内没有明显的抗炎活性。本项目研究结果首次对孜然精油及其主要单体的抗炎活性及其分子机制进行了探讨，所得结果将为抗炎药物的开发方面提供理论依据。同时，也可以扩大孜然的应用范围，提高其经济效益。