网络出版时间:2021-2-2611:40 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.r.20210225.1533.020.html
白藜芦醇抑制人肝微粒体代谢色氨酸的研究
吴栋丽1,2,3,汪 静2,3,陈 爽2,3,钟诗龙1
,2,3
(1.南方医科大学药学院,广东广州 510515;2.广东省人民医院药学部,广东广州 510080;3.广东省人民医院
广东省医学科学院,广东省心血管病研究所,广东省冠心病防治研究重点实验室;广东广州5
10080)收稿日期:2020-10-17,修回日期:2020-12-24
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81872934,81673514);广
东省重点领域研发计划(No2019B020229003)
作者简介:吴栋丽(1996-),女,硕士生,研究方向:临床药理,心血
管疾病代谢,
E mail:wudli7@163.com;钟诗龙(1973-),男,博士,教授,研究员,博士生导师,研究方向:临床药理、表观遗传药理学、药物代谢研究,通讯作者,E mail:gdph_zhongsl@gd.gov.cn
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.03.010
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)03-0349-07中国图书分类号:R284.1;R322.47;R341.7;R977.4;R977.3摘要:目的 研究白藜芦醇对人肝微粒体代谢色氨酸生成犬尿氨酸的影响。方法 分别考察孵育时间、
色氨酸浓度、微粒体蛋白浓度,建立体外人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系;采用高效液相色谱-串联质谱法(LC MS/MS)检测肝微粒体孵育体系中色氨酸和犬尿氨酸浓度。基于体外人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系探讨白藜芦醇对色氨酸代谢影响。结果 色氨酸在体外人肝微粒体中最佳孵育时间为90min,
色氨酸浓度为8mg·L-1,微粒体蛋白浓度为1g·L-1
;酶反应速率常数Km为(95 91±22 29)μmol·L-1,最大反应速率Vmax
为(21 34±2 58)μmoL·g-1·min-1
。与已知的吲哚胺2,3 双加氧酶(IDO)抑制剂Epacadostat相比,结果显示白藜芦醇也能够抑制人肝微粒体中色氨酸代谢生成犬尿氨酸且具有浓度依赖性。结论 白藜芦醇具有抑制IDO活性的作用,表明IDO可能是白藜芦醇发挥药理作用的一个潜在靶点,为进一步研究白藜芦醇的药理作用及色氨酸代谢提供重要依据。
关键词:色氨酸;犬尿氨酸;白藜芦醇;肝微粒体;吲哚胺2,3 双加氧酶;高效液相色谱-串联质谱法
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
白藜芦醇是天然多酚类植物抗毒素,在虎杖、葡萄、花生、桑葚等植物中广泛分布。白藜芦醇以其抗氧化的特性而广为人知,例如清除多种活性氧(re activeoxygenspecies,ROS)、自由基、活性氮,增强过氧化氢酶等抗氧化防御酶的表达,在维持细胞氧化
还原平衡中具有重要意义[
1-2]
。此外,白藜芦醇还具有抗肿瘤、抗炎、增强内皮细胞一氧化氮合成、抑制血管平滑肌细胞增殖和血小板聚集等多种生理活
性[3-4]
。
色氨酸(tryptophan,TRP)是人体必需氨基酸,机体主要有3条代谢途径,分别是5 羟色胺途径,犬
尿氨酸途径及经肠道菌群代谢的吲哚途径[5]。约
95%的色氨酸经过犬尿氨酸途径代谢,主要代谢产物有犬尿氨酸(kynurenine,KYN)、犬尿喹啉酸(
kynurenicacid,KYNA)、3 羟基邻氨基苯甲酸(3 hydroxyanthranilic,3 HAA);该途径可以调控机体循环系统中的色氨酸水平。吲哚胺2,3 双加氧酶(in doleamine2,3 dioxygenase,IDO)是犬尿氨酸途径的关键酶。犬尿氨酸途径代谢失衡与心血管疾病、免
疫抑制、神经系统活动等紧密相关[6-7]。血浆中的
犬尿氨酸被认为是为慢性心力衰竭的生物标志
物[8]。KYN/TRP比值水平反映IDO的活性。
KYN/TRP比值是冠状动脉疾病患者发生主要不良
冠状动脉事件和全因死亡的预测因子[7]。犬尿氨
酸途径也是先天性和适应性免疫的关键调节因子,其下游代谢物如犬尿氨酸、3 羟基犬尿氨酸(3 hydroxykynurenine,3 HK)、喹啉酸(quinolinicacid,QA)和吡啶甲酸(picolinicacid,PA)都被证实具有
免疫抑制作用[9]。KYNA和QA被认为是N 甲基天
冬氨酸受体的拮抗剂和激动剂,二者之间的平衡决定了神经元的兴奋性状态;常与精神分裂症和抑郁
有关[10]。
白藜芦醇可以上调黑色素瘤细胞中间隙连接蛋白 43(connexin43,Cx43)的表达,并且能抑制IDO初中数学竞赛
蛋白的表达[11]。此外,白藜芦醇能够抑制干扰素 γ
(interferon γ,IFN γ)诱导的骨髓树突状细胞(bonemarrow deriveddendriticcells,BMDCs)中IDO的表
达和活性[12]。由此可见,白藜芦醇发挥抗肿瘤作用
可能与抑制IDO有关。而目前暂无白藜芦醇是否影响犬尿氨酸途径代谢相关研究的报道,关于肝微粒体代谢色氨酸的研究也很少。因此,本研究基于体外人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系,探讨白藜芦
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醇对犬尿氨酸途径代谢的影响;为进一步研究白藜芦醇的药理作用机制及色氨酸代谢提供理论依据。1 材料与方法
1.1 仪器 LC 20A高效液相色谱仪(Shimadzu),配有电喷雾电离(
ESI)源的API4000QTrap三重四极杆质谱仪(ABSciex);Milli Q纯化系统(EMDMil lipore,Billerica);DSHZ 300A水浴锅(江苏太仓市实验设备厂);ToledoXA205分析天平(梅特勒公司);AllegraX 30R台式高速冷冻离心机(BeckmanCout ler
);Vortex 5涡旋振荡器(其林贝尔Kylin bell)。1.2 药物与试剂 色氨酸(TRP,99%,J&KScien tific,批号:LAB0R08);犬尿氨酸(KYN,>98%,阿拉丁,批号:C1907148);色氨酸 d5和犬尿氨酸 d4(TRP d5,98%;KYN d4,98%;TorontoResearchChemicals,批号分别为:2 LXM 187 1;4 MOZ 161 3);Epacadostat(Epa,98%,萨恩化学技术上海有限公司(安耐吉化学),批号:GA250269);活性炭(100目粒度,Sigma Aldrich,批号:MKBQ5057V);白藜芦醇(Res,>99%,梯希爱上海化成工业发展有限公司,批号:ZFBCC RA);HPLC级乙腈和甲醇(ThermoFisherScientific,批号分别为:JA067630;WXBC9577V);HPLC级甲酸(Sigma Aldrich,批号:77Y1211RS);混合人肝微粒体(HLM,蛋白质量浓度
为2
0g·L-1,瑞德肝脏疾病研究上海有限公司,批号:VIN);烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH,95%,上海易恩化学技术有限公司,批号:RH108167);磷酸氢二钾,磷酸二氢钾,氯化镁(K2HPO4,99%;KH2PO4,99 5%;MgCI2,99%;上海麦克林生化科技有限公司,批号分别为:C10084223,C10091971,M21918024);黄素腺嘌呤二核甘酸(FAD,Sigma Aldrich,批号:SLBS5158)。1.3 LC MS/MS分析方法 应用ABSciexAPI4000QTrap三重四极杆质谱仪,电喷雾电离(ESI),正离子源,在多反应检测(MRM)模式下扫描。基本的质谱参数:电喷雾电压(IS)为5500V;气帘气压力(CUR)25psi;雾化气压力(GS1)50psi;辅助气压力(GS2)50psi;离子源温度(TEM)550℃。MRM模式监测反应质荷比(m/z):205 1→146 1(TRP),210 3→192 2(TRP d5),209 1→94 1(KYN),181 3→164 0(KYN d4),具体质谱参数如Tab1所示。
岛津LC 20A高效液相色谱仪,色谱柱:XSelectHSST33 5μ
m(2 1mm×100mm);流速:0 3mL·min-1
;进样量:3μL;柱温:30℃;分析时间共5
min;流动相:0 01%甲酸水(A)-乙腈(B),采用梯
度洗脱方式:
0-0 1min5%B,0 1-0 5min5%-60%B,0 5-2 8min60%B,2 8-2 9min60%-5%B,2 9-5 0min5%B。
Tab1 Collectionionpair,massspectrometryparameters
andretentiontimeoftryptophanandkynurenine
AnalytesRT(min)
Precursorion(m/z)
Production(m/z)
DP
(V)EP
(V)CE
flash课件(eV)CXP
(V)
TRP1.10205.1146.164.63.525.710.3KYN1.09209.194.165.710.020.35.0TRP d51.07210.3192.248.010.036.05.0KYN d4
1.06
213.2
140.1
45.010.021.510.0
色氨酸:tryptophan,TRP;犬尿氨酸:kynurenine,KYN;保留时间:retentiontime,RT;去簇电压:declusteringpotential,DP;入口电压:en trancepotential,EP;碰撞能量:collisionenergy,CE;碰撞室出口电压:collisioncellexitpotential,CXP。
1.4 溶液制备 精密称取色氨酸和犬尿氨酸适量,
溶于甲醇,得到标准品储备液:色氨酸2g·L-1
,犬尿氨酸1g·L-1
。采用上述标准品储备液制备8个
梯度浓度的混合标准品工作液(色氨酸:200-
40000μ
g·L-1,犬尿氨酸:3 75-750μg·L-1
)。质量控制的样本分别为色氨酸:400、4000、20000
μ
g·L-1,犬尿氨酸:7 5、75、375μg·L-1
。精密称取适量的TRP d5和KYN d4,于甲醇中完全溶解,制成质量浓度均为1g·L-1的储备液;分别稀释至1000μg·L-1,500μg·L-1为混合内标工作液。
所有标准溶液于80℃保存备用。
称取K2HPO4:1.42g和KH2PO4:0 27g均完全溶解于超纯水,调节pH至7 4即为磷酸盐缓冲液(KPI),于4℃保存。精密称取MgCI2、NADPH、FAD,用超纯水溶解,分别配置成浓度为:60、40、1
mmol·L-1
的溶液;Epacadostat(阳性药物)和白藜
芦醇,采用甲醇:DMSO(V∶V=10∶1)溶解,制成浓
度为4mmol·L-1的储备液;上述溶液均于20℃保
存备用。
1.5 体外肝微粒体孵育色氨酸代谢 人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系总体积120μL,包括KPI(pH7 4)、MgCI2、人肝微粒体、NADPH、FAD、色氨酸,如Tab2所示。将上述试剂加入反应管中,37℃孵育90min,孵育结束后转移至冰上,加入预冷的乙腈360μL及40μL混合内标工作液终止反应,充分震
荡涡旋4min,20℃静置10min,12000r·min-1于
4℃离心20min,取上清液进行LC MS/MS分析。1.6 色氨酸在人肝微粒体中的酶动力
1.6.1 最佳孵育时间优化 将Tab2中体系各个成分加入反应管中,反应时间分别为:0、30、60、90、
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120、180、270、360min,各时间点平行3份。每个时间点同时做一组不加色氨酸的对照组A(孵育体系中不包括色氨酸),孵育结束后转移至冰上,之后同1 5项下操作。绘制时间 犬尿氨酸曲线(犬尿氨酸的生成量为实验组扣除每个时间点的对照组A),选取最佳色氨酸孵育时间。
Tab2 Themetabolismsystemoftryptophan
onhumanlivermicrosomes
CompositionConcentration
TRP8mg·L-1
NADPH2mmol·L-1
MgCI23mmol·L-1
HLM1g·L-1
KPI(pH=7 4)100mmol·L-1
FAD50μmol·L-1
色氨酸:tryptophan,TRP;烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸:nicotin amideadeninedinucleotidephosphate,NADPH;人肝微粒体:humanliv ermicrosome,HLM;黄素腺嘌呤二核苷酸:flavinadeninedinucleotide,FAD;磷酸盐缓冲液:KPI。
1.6.2 最佳肝微粒体蛋白浓度优化 将色氨酸标准品工作液加入人肝微粒体孵育色氨酸代谢体
系中,其肝微粒体蛋白浓度分别为0、0 167、0 25、0 50、1 00、1 33、2 00、4 00g·L-1,各个肝微粒体蛋白浓度平行3份,孵育时间为90min(优化后的最佳时间)。针对每个肝微粒体蛋白浓度同时做一组不加色氨酸的对照组A,孵育结束后转移至冰上,之后同1 5项下操作。绘制微粒体蛋白浓度-犬尿氨酸曲线(犬尿氨酸的生成量为实验组扣除每个肝微粒体蛋白浓度的对照组A),选取最佳肝微粒体蛋白浓度。
1.6.3 色氨酸在体外人肝微粒体中的酶动力参数 取不同浓度的色氨酸标准品工作液,加入肝微粒体蛋白浓度为1g·L-1(经过优化的肝微粒体蛋白浓度)的孵育体系中,使得色氨酸的最终浓度分别为:0、2、4、6、8、10、16、20、40mg·L-1,孵育90min,各个色氨酸浓度平行3份。同时做一组不加色氨酸的对照组A,孵育结束后转移至冰上,之后同1 5项下操作。绘制色氨酸浓度 犬尿氨酸酶动力学曲线(犬尿氨酸的生成量为实验组扣除每个色氨酸浓度的对照组A),计算酶动力学参数。
1.7 白藜芦醇对人肝微粒体代谢色氨酸的影响 将低、中、高3个浓度的Epacadostat(阳性对照组)和白藜芦醇标准品(实验组)工作液,分别加入上述已优化的人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系中,使得药物的终浓度为:2 5、20、50μmol·L-1,各个浓度平行3份。同时孵育对照组B(人肝微粒体孵育色氨酸体系)和对照组C(药物溶剂组)。孵育结束后
转移至冰上,之后同1 5项下操作,分析犬尿氨酸生成量的变化。
1.8 数据处理 实验所得数据采用SPSS20 0(IBMCorporation,NY,USA)软件进行分析,采用ANOVA方法分析各组间差异。根据人肝微粒体的蛋白浓度和酶促反应时间计算酶促反应代谢物的生成速率;利用GraphPadPrism7 04软件,采用米氏方程V=(V
max
摩羯男
×S)/(K
m
+S)进行非线性拟合,得
到色氨酸在人肝微粒体的动力学参数V
max
和K
m
。
2 结果
2.1 LC MS/MS方法学
2.1.1 方法专属性和线性 结果显示色氨酸、犬尿氨酸的保留时间分别为1 10、1 09min,峰型良好(Fig1)。在活性炭吸附已灭活的微粒体孵育体系中加入8个不同梯度浓度的混合标准品工作液,按照上述1 5项的处理方法,进样分析得到峰面积。用最小二乘法进行相关与回归分析,待分析物的浓度为X轴,峰面积与内标的比值为Y轴。结果表明色氨酸(200-40000μg·L-1),犬尿氨酸(3 75-750μg·L-1)线性关系良好(r≥0 99)。2.1.2 精密度和准确度 连续3d检测最低定量限、低、中、高不同浓度的质控样本。结果显示色氨酸和犬尿氨酸日内精密度的RSD分别为:3 26%-6 29%,3 58%-14 52%;日间精密度的RSD分别在6 40%-16 73%,4 44%-18 04%之间。肝微粒体孵育体系中色氨酸和犬尿氨酸精密度的RSD均在15%以内,最低定量下限的精密度的RSD在20%范围内。最低定量限、低、中、高不同浓度的色氨酸和犬尿氨酸准确度的RE均在15%以内。均符合生物样本检测要求(Tab3)。
2.1.3 基质效应、回收率和稳定性 该分析方法中测定肝微粒体孵育体系中色氨酸和犬尿氨酸的基质效应分别在(87 34±5 52)%-(93 91±2 61)%,(86 30±3 27)%-
(92 30±3 85)%之间,均在15%以内;因此样品制备分析方法对待测物质是有效的(Tab3)。色氨酸和犬尿氨酸的回收率在(64 83±5 03)%-(80 21±3 67)%之间,RSD均小于15%(Tab3)。考察肝微粒体孵育体系中低、高两个浓度的色氨酸和犬尿氨酸质控样品在室温、进样器放置4h,24h反复冻融3次,以及80℃放置15和30d的稳定性。结果显示肝微粒体孵育体系中色氨酸和犬尿氨酸在不同条件下测得浓度偏差均在15%以内,说明样本在检测过程中稳定性良好(Tab4)。
映的读音·
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Fig1 Chromatogramsoftryptophanandkynurenine
(A1)TRP;(A2)TRPinblankmicrosomal;(B1)KYN;(B2)KYNinblankmicrosomal;(C)Blankmicrosomal.
Tab3 Precision,accuracy,recoveryandmatrixeffectforquantificationoftryptophanandkynurenine
王子鱼inlivermicrosomeincubationsystem(n=6)
相思泪如雨
Analytes
Concentration
/μg·L-1
Meanconcentration
/μg·L-1)
Inter dayprecision
(RSD,%)
Intra dayprecision
(RSD,%)
AccuracyRE
(%)
Recovery
(%,珋x±s)
Matrixeffect
(%,珋x±s)TRP200204.336.2916.732.17
400431.174.148.557.7980.21±3.6787.34±5.52
新疆大盘鸡的做法40004539.445.028.0613.4969.92±6.4993.91±2.61
2000020377.783.266.401.8972.77±3.9989.86±2.31KYN3.7504.0814.5218.048.73
7.5007.5712.239.110.9179.26±11.0290.13±7.61
75.00076.856.257.742.4765.93±6.2292.30±3.85
375.000382.333.584.441.9664.83±5.0386.30±3.27 色氨酸:tryptophan,TRP;犬尿氨酸:kynurenine,KYN。
Tab4 Stabilityoftryptophanandkynurenineinlivermicrosomeincubationsystem
Analytes
Concentration
/mg·L-1
roomtemperature,4h
RE%
Threefreeze thawcycles
RE%
autosampler,4h
RE%
-80℃,15d
RE%
第十二届全运会
-80℃,30d
RE%TRP400.00430.677.67452.1713.04436.179.04439.179.79446.1711.5420000.0018877.78-5.6121166.675.8319266.67-3.6720233.331.1720877.784.
39KYN7.507.702.697.783.718.178.877.874.877.895.22375.00378.670.98390.004.00417.6711.38413.5610.28380.111.36 色氨酸:tryptophan,TRP;犬尿氨酸:kynurenine,KYN。
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Fig2 Effectoftryptophanincubationtimeandmicrosomalproteinconcentrationonformationofkynurenineby
humanlivermicrosomesandenzymekineticparameters
A:Time dependentformationofkynurenineinhumanlivermicrosome;B:Microsomalproteinconcentration dependentformationofkynurenine;C:KineticprofilesofkynurenineactivityinhumanlivermicrosomeswithobtainedKm=(95 91±22 29)μmol·L-1,Vmax=(21 34±2 58)μmoL·g-1·min-1
.
Fig3 Resveratrolandepacadostainhibitedhumanlivermicrosomaltryptophanmetabolismtokynurenine
P<0 05vsControlC(solution);#P<0 05vsControlB.
2.2 色氨酸体外代谢孵育最佳时间 色氨酸与人肝微粒体在37℃孵育不同时间(0-360)min,考察代谢物犬尿氨酸的生成量和孵育时间的关系。结果如Fig2A所示,在0-120min内犬尿氨酸的生成量随时间呈增长趋势。120min后犬尿氨酸的生成量逐渐趋于缓和。因此,最终选择90min为最佳孵育时间。2.3 色氨酸体外代谢孵育的最佳肝微粒体蛋白浓度 人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系中肝微粒体蛋白终浓度在0-4g·L-1范围内,考察代谢物犬尿氨酸的生成量和肝微粒体蛋白浓度的关系。如Fig2B所示,犬尿氨酸的生成量与肝微粒体蛋白浓度在(0-1 33)g·L-1范围内呈线性关系,随后犬尿氨酸生成量逐渐趋于缓和。因此,蛋白浓度在(0-1 33)g·L-1范围内犬尿氨酸的生成速率最快,选择该范围内的肝微粒体蛋白浓度为最佳浓度。2.4 色氨酸在肝微粒体中的酶动力学参数 色氨酸在体外人肝微粒体中代谢生成犬尿氨酸,酶反应速率常数K
m
为(95 91±22 29)μmol·L-1,最大
反应速率V
max
为(21 34±2 58)μmol·g-1·min-1;酶动力学曲线如Fig2C所示。2.5 白藜芦醇以浓度依赖性抑制IDO活性 在体外人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系分别加入低、中、高不同浓度的白藜芦醇和Epacadostat。Epacadostat是已报道的IDO抑制剂,在本次研究做作为阳性药物达到阳性对照目的;加入肝微粒体孵育色氨酸代谢体系中发现犬尿氨酸生成减少,并且具有浓度依赖性(Fig3A)。肝微粒体孵育色氨酸代谢体系中加入白藜芦醇也能够抑制犬尿氨酸的生成;并且随着白藜芦醇浓度增加,犬尿氨酸的生产量随之减少;20μmol·L-1和50μmol·L-1与对照组B和C比较均具有统计学差异(Fig3B)。这表明白藜芦醇能够以浓度依赖性抑制IDO的活性,减少犬尿氨酸的生成。
3 讨论
本研究创建体外人肝微粒体孵育色氨酸代谢体系及采用LC MS/MS方法检测肝微粒体孵育体系中色氨酸和犬尿氨酸。结果显示白藜芦醇通过抑制IDO的活性减少犬尿氨酸的生成,其抑制能力的
强弱呈现浓度依赖性。利用LC MS/MS方法检测肝微粒体孵育体系中的色氨酸和犬尿氨酸水平,具有专属性强、灵敏度高、精密度好、样本分析过程中待测
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