应用基于核磁共振技术的代谢组学方法探讨民族药"铁棒锤"的毒性机理

"铁棒锤"为多民族常用药材，所含成分为乌头类生物碱，按照"毒性物质基础―毒性作用机理―毒性控制体系"的研究模式，课题组在前期研究中已经阐明了其毒性物质基础。随着该药材逐渐上升为大宗商品药材，由于药材的毒性，造成了数量明显上升的中毒事件，但是，"铁棒锤"的毒性发生机制这一核心问题还不清楚。. 本项目利用代谢组学的优势，通过对服用"铁棒锤"药材后的实验动物的心脏组织进行病理学和组织学检查、对该组织样本进行基于魔角技术的核磁共振分析（MAS-NMR）；对尿液进行核磁共振氢谱解析（H-NMR）；并采用模式识别和偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）对以上各组代谢数据进行挖掘和判识。即考察生物体受到药材"铁棒锤"刺激和扰动后代谢产物的动态变化规律，最终从中判断出表征"铁棒锤"毒性的生物标志物，阐明其毒性发生部位、损伤过程和机制。从而为在临床上评价药材安全性和开发创新药物提供科学的依据。

本项目为了从系统生物学角度阐明“铁棒锤”药材毒性生物标记物，提供临床诊断药材中毒所需的控制指标和参数，利用代谢组学的思路，通过对服用药材后的实验动物的心、肝、脾、肺、肾等器官组织进行病理学和组织学检查，对实验动物的血液与尿液样本进行核磁共振氢谱解析（1H-NMR）；并采用模式识别和偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）对以上血液与尿液各组代谢数据进行挖掘和判识，探寻“铁棒锤”毒性的生物标志物。. 病理学检查结果显示，给药后大鼠肝脏发生了明显的变化，很少见双核细胞和多核仁，肝细胞大部分凋亡，毛细胆管轻微扩张；心脏内线粒体数目多，普遍出现轻微水肿现象，肌肉间成纤维细胞内质网扩张，肌细胞核心不规则，异染色质少；肺脏内肺泡上皮细胞水肿，溶解性坏死，肺泡上皮有脱落；肾脏中线粒体数目多，轻度水肿，小管间间质细胞有成纤维细胞，内质网扩张明显；脾脏未有明显的变化。. 从铁棒锤对血液生化的影响结果可知，铁棒锤影响了肝脏的合成功能及分布在肝脏及心脏的一些重要的酶，甚至引起了急性心肌梗死及急性肝细胞损害，另外血清肌酐上升也意味着肾脏受到了实质性的损害，铁棒锤还可以引起机体糖代谢的异常。. 铁棒锤不同剂量给药后大鼠血清中的主要差异性代谢物有极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、葡萄糖、乳酸、丙氨酸、肌酸及1-甲基组氨酸。而在大鼠尿液中的主要标志物有：异亮氨酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、肌酸酐、牛磺酸、马尿酸、二甲胺、三甲胺及琥珀酸。结果表明，肠道菌群受到了扰动，肠道微生物环境可能受到影响或遭到破坏，同时药材对心肌细胞、肝脏、肾脏都造成了一定的损伤。. 以上病理学检查、血液生化分析、血液与尿液的核磁共振检测的结果相互之间得到了印证与支持，从中可判断出表征药材毒性的生物标志物及其变化规律，探讨了其毒性发生部位，为在临床上评价该药材安全性和开发创新药物提供了科学的依据。