药用植物4.0研究进展与展望

药用植物4.0是信息技术、生物技术与药用植物高度融合的技术创新体系。基于药用植物跨组学生物学、药效学数据采集与挖掘,药用植物4.0搭建了药用植物跨组学大数据平台,通过跨组学大数据的集成与分析,解读药用植物形态、生态、组学与药效,以及药效与疾病间的关系,推进自然资源到数字资源的转变,为人工智能(AI)式药物筛选等创新工具开发提供数据支撑,实现药用植物资源与新药的智慧创制。药用植物4.0未来将着眼于药用植物精准栽培、药效单体生物制药、健康产品及中药肽的智慧创制,以期实现药用植物资源保护与开发利用的协调发展,为大健康产业发展所需资源和产品研发提供支撑,为实施“健康中国”战略提供物质基础。

基于非靶向代谢组学的苍耳不同药用部位代谢产物特征分析

目的:分析苍耳不同药用部位之间代谢产物的差异。方法:采用超高效液相色谱-电喷雾离子源-质谱法(UPLC-ESI-MS)对苍耳根、茎和叶进行测定;用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)进行数据处理;通过对代谢物精确相对分子质量及碎片信息的确认,结合软件数据库搜索鉴定代谢物;对差异代谢物进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:苍耳的根、茎和叶的化学组成得到有效区分,从3个部位中共鉴定出5902个代谢物,筛选出64个差异代谢物,主要富集在植物次生代谢物质的生物合成,癌症中的中央碳代谢,鸟氨酸、赖氨酸和烟酸生物合成生物碱等通路。结论:从苍耳根、茎和叶代谢产物差异的角度揭示不同部位药性、药效差异的物质基础,为苍耳类中药资源的最大化综合利用提供参考。

菝葜全长转录组测序及分析

目的:获得菝葜Smilax china L.全长转录组数据,深入挖掘其功能基因。方法:采用PacBio Sequel测序平台,分别提取菝葜根、茎、叶3个部位的RNA,将样品等量混合后进行全长转录组测序及分析。结果:共获得转录本122324个,N50长度为1400 nt,鸟嘌呤和胞嘧啶(GC)占比为45.32%,其中92878个(75.93%)转录本在七大数据库中注释。非冗余蛋白(NR)注释中,与菝葜最相近的物种是海枣Phoenix dactylifera L.,匹配程度达17.39%;真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库注释中,比对到一般功能预测的转录本最多,有17875个;基因本体(GO)数据库注释中,66001个转录本分布于生物学过程、细胞组成和分子功能三大类的45个功能组;京都基因与基因组百科全书(KEGG)注释中,参与菝葜生物合成和其他次生代谢转录本4286个,其中参与黄酮类化合物生物合成的转录本1478个、参与皂苷生物合成的转录本162个、参与芪类化合物生物合成的转录本4个、参与其他有机化合物合成的转录本2642个。在基因结构分析中,共得到64612个编码序列、2003个转录因子。此外,简单序列重复(SSR)分析表明,33118个SSR中最多的优势重复单元为腺嘌呤(A)G/C胸腺嘧啶(T),同时还预测到44580个长链非编码RNA和28229个mRNA。结论:获得了菝葜全长转录组数据,可为深入研究菝葜生长发育、相关代谢途径、胁迫响应及生物遗传多样性提供数据支持。

旋覆花不同部位代谢组比较分析

目的:探索旋覆花Inula japonica Thunb.次生代谢产物成分及其在旋覆花不同部位分布的差异性。方法:采用非靶向代谢组学方法对旋覆花根、茎、叶、花的代谢组进行比较分析。结果:共鉴定出675个代谢物,通过多元统计分析筛选出350个差异代谢物。其中,在23个黄酮类化合物中筛选出15个显著差异代谢物。代谢途径分析表明,淀粉和蔗糖代谢,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢,植物激素信号转导代谢途径显著富集。结论:旋覆花不同组织中代谢物分布不同,不同组织间差异代谢物重要代谢途径的解析为旋覆花的合成生物研究提供参考。

羊踯躅的代谢组学研究

目的:鉴定羊踯躅花、茎、叶的全部代谢物和不同部位间含量有差异的代谢物,分析差异代谢物的代谢通路。方法:采用广泛非靶向代谢组学对羊踯躅不同部位的代谢物进行比较分析。结果:共鉴定出535个代谢物,其中包括金合欢素、落新妇苷、苔黑酚龙胆二糖苷、去甲蟛蜞菊内酯、补骨脂定、秦皮素、络塞维等49个在其他植物中分离鉴定出的具有药用活性的化合物;鉴定出差异代谢物202个,包括β-氰基丙氨酸、蜀黍苷和黄曲霉毒素G23个有毒代谢物,且这3个有毒代谢物分别在花、茎、叶中含量最高;鉴定出百里香酚、丹皮酚、欧芹酚、东莨菪内酯、异泽兰黄素、野鸢尾黄素、石蒜碱和豆甾醇8个有药用价值的化合物,其在花、茎、叶中含量差异有统计学意义;排名前4位的差异代谢物通路中,花、茎、叶共有的通路为精氨酸生物合成,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,以及氨酰基-tRNA生物合成通路,其中涉及花的通路还包括氰基氨基酸代谢通路。结论:羊踯躅中存在丰富的天然药用活性产物,使其药用价值并不限于毒性成分;氨基酸的合成与代谢是不同部位代谢物差异的主要原因。研究结果可为进一步筛选解析羊踯躅中药用价值较高的关键代谢物提供参考。

基于非靶向代谢组学的槲蕨代谢产物分析

目的:分离鉴定槲蕨不同部位中功能成分并为其代谢产物生物合成途径提供重要信息。方法:采用非靶向代谢组对槲蕨的根茎、叶柄、叶的代谢组分进行高度富集比较分级。结果:在根茎、叶柄和叶中共鉴定出493个代谢物,通过多元统计分析筛选出98个差异代谢物(DAMs)。其中,四甲氧基黄酮代谢物在槲蕨的叶柄中表达最高,显著高于叶;芹菜素代谢物在槲蕨的叶中表达最高,显著高于根茎和叶柄;其余13个黄酮类代谢物均集中在槲蕨的根茎中,显著高于其他部位。根茎、叶柄和叶的DAMs主要富集在淀粉和蔗糖代谢通路。结论:可为槲蕨不同部位中功能成分的分离鉴定和代谢生物合成途径的解析提供参考。

杠板归不同部位代谢组差异研究

目的:比较杠板归不同部位代谢物积累的差异,为揭示其不同部位化学成分与功效的相关性和制定杠板归质量评价方法提供参考。方法:利用非靶向代谢组学方法检测杠板归茎、叶、果中代谢物,采用主成分分析和正交偏最小二乘法-判别分析等多元统计分析方法筛选出差异代谢物(DAMs),利用京都基因与基因组百科全书(KEGG)平台对DAMs进行富集分析。结果:从杠板归茎、叶、果中共鉴定出442个成分,其中酒石酸、L-苹果酸、N-α-乙酰基赖氨酸、L-谷氨酰胺、2-氯-L-苯丙氨酸、哌啶酸、2-甲基丙醛、甜菜碱、2-苯乙醇、L-丝氨酸等为茎、叶、果中共有的优势成分。杠板归茎、叶、果的代谢物质差异显著,茎和叶、茎和果、叶和果的DAMs数量分别为724、573、583个。果中黄酮类成分橙皮素、金丝桃苷、高良姜黄素、根皮苷和紫杉醇的含量显著高于茎和叶,而木犀草素-7-葡萄糖苷、异鼠李素、黄芩素和槲皮素-3-O-葡萄糖苷含量显著低于茎和叶。茎、叶、果的DAMs主要富集在氨酰tRNA生物合成通路、精氨酸生物合成通路、乙醛酸和二羧酸代谢通路上。结论:杠板归茎、叶、果之间有大量DAMs,这对其药效可能具有重要影响,研究结果可为杠板归药材质量评价提供参考。

基于全局非靶向代谢组学对黄蜀葵不同部位成分的差异分析

目的:通过代谢组学分析黄蜀葵叶、茎、根、花中主要化学成分及其相对含量,为提高黄蜀葵的药用和经济价值提供科学基础。方法:使用超高效液相色谱-质谱联用法对黄蜀葵各部位代谢物进行定性分析,通过全局非靶向代谢组学方法分析比较黄蜀葵不同部位主要代谢物的相对含量。结果:黄蜀葵主要功效成分黄酮类物质在叶、茎、根中也有大量分布,其中标志性化合物金丝桃苷在黄蜀葵叶中的相对含量最高。其他类活性成分,如生物碱、香豆素、萜类、氨基酸等在黄蜀葵叶中的相对含量也较高。结论:除了黄蜀葵花,其他部位如叶、茎、根中也含有较多的活性成分,在提取利用其中的活性成分时可以考虑全株提取或有针对性地部位提取,以提高黄蜀葵的药用及经济价值,减少资源浪费。

安徽青阳峙门口层状硫铁矿矿床地质特征及成因研究

青阳峙门口层状硫铁矿矿床赋存于石炭纪地层中,矿体主要呈似层状、透镜状;尽管经历了热变质与接触变质作用,但矿体中仍残留胶黄铁矿和菱铁矿,矿石中不仅可以见到交代残余结构,还可见到草莓结构和微层理构造。黄铁矿中砷的质量分数和S/Se,Co/Ni比值显示火山热水沉积特征。同位素分析显示,矿石中硫化物的硫同位素组成表现出火山热水沉积和热液改造特征;矿石中铅同位素组成则显示,黄铁矿中铅以上地壳铅为主,混有少量地幔铅。上述研究表明峙门口层状硫铁矿矿床是由石炭纪喷流沉积形成的层状矿床或矿胚层,经燕山期岩浆热液和构造作用改造所形成。

施肥对南果梨花青素含量及苯丙氨酸解氨酶活性的影响

通过田间试验,以南果梨树为试材,在不同的施肥处理下,研究了南果梨花青素含量与PAL活性的关系及施肥对南果梨花青素含量及PAL活性的影响,研究结果表明:在南果梨整个生育时期,PAL活性的变化与花青素的合成都有两次高峰,但它们之间无显著的相关关系;不同施肥处理对花青素含量及PAL活性的影响极其显著,施高量钾、铁肥和不施氮、磷有利于花青素含量的增加和PAL活性的提高,中量施肥水平对花青素含量及PAL活性都表现出了较好的调控效果,其花青素含量及PAL活性分别为48.95nmol/g和19.72U/(g·h),虽然花青素含量与PAL活性低于高量钾处理,但它们之间差异并不显著。

马普替林与阿米替林治疗抑郁症的多中心双盲对照临床验证

为确定马普替林治疗抑郁症的疗效及其耐受性,以抗抑郁药阿米替林为对照进行了由5个单位参加的多中心随机双盲对照试验.共226例病人纳入,马普替林(MT)组117例,阿米替林(AT)组109例.经6周治疗,结果显示两组疗效近似.HDS平均减分率在MT组为80%,AT组为85%;中、重度不良反应的发生率AT组为28%,高于MT组的15%.文章较为详细地讨论了多中心新药临床验证的有关问题.

非靶向代谢组学揭示天葵不同部位差异代谢物及其主要代谢途径

目的:利用非靶向代谢组学挖掘天葵非药用部位潜在的药用价值。方法:以天葵茎、叶、花为材料,利用超高效液相色谱-质谱法对其进行非靶向代谢组学分析。结果:天葵茎、叶、花中共鉴定出16大类101个差异代谢物(DAMs),其中包含羧酸及其衍生物、有机含氧化合物、脂质、苯及其取代衍生物、生物碱、黄酮类、萜类、苯丙素类、酚酸类、核苷酸、有机盐、内酯、有机酸、内源性植物激素、氨基酸和13个其他物质。通过聚类和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析发现,天葵不同部位的DAMs代谢模式存在一定的差异;其主要代谢途径为苯丙氨酸代谢途径、ABC转运途径、氨酰-tRNA合成途径及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途径。结论:通过天葵不同部位间DAMs的鉴定及其生物合成途径的分析,确定天葵茎、叶、花富含多种具有药用功效的代谢活性物质,可为天葵茎、叶、花的资源开发利用提供参考。

仙鹤草茎与叶的代谢组学比较分析

目的:通过代谢组学分析仙鹤草茎与叶中代谢物及其代谢通路差异,进一步阐明仙鹤草药效物质基础,促进仙鹤草合理开发利用。方法:取仙鹤草茎、叶新鲜样本,经液氮冷冻后提取代谢物,采用液相色谱-质谱法检测,所得数据运用统计学方法分析并与数据库比对鉴定。结果:筛选并鉴定出105个具有明显差异的代谢物,其中茎与叶相比有34个代谢物上调、71个代谢物下调。差异代谢物共注释到62条代谢通路中。茎中叶黄素、天冬酰胺、胍丁胺及多种氨基酸等物质含量更高,氨基酸代谢更强;叶中酚酸类、黄酮类物质积累更为丰富,次生代谢更强。结论:仙鹤草茎与叶均含有丰富的药效活性成分,但叶的次生代谢更强,次生代谢物积累更为丰富,此差异或可为仙鹤草针对性开发利用提供参考。

合欢不同部位的代谢组学分析

目的:通过代谢组学方法探讨合欢非药用部位的药用价值,以缓解其资源压力。方法:采用非靶向代谢组学的方法对合欢花及非药用部位合欢叶、茎中的代谢物进行筛选,结合生物信息学工具对其进行多元统计分析,分析代谢物之间相关性和不同部位代谢物的差异性。结果:合欢代谢物主要为脂肪酸、萜、糖、氨基酸、亚麻酸、胺、醇和多元醇、黄酮等类化合物,合欢的茎、叶和花中共有的代谢物主要有萜、黄酮和氨基酸等类成分,黄酮和黄酮醇生物合成、天门冬氨酸和谷氨酸代谢被认为是形成合欢不同组织差异代谢物的重要富集代谢途径。结论:合欢茎和叶中含有类似合欢花中的代谢物,茎、叶可能被用来代替合欢花作为药用资源,为合欢不同部位代谢物的研究和利用生物技术合成次生代谢产物提供参考。

代谢组学对中药作用机制的理解与认识

代谢组学因其具有的整体、动态、综合与分析的特点,与中医药的整体观、系统观和辨证论治思维方式不谋而合,与中医药认识和解释疾病的方法相一致,被越来越多地应用于中医药的研究。本文对代谢组学在中药作用机制方面研究的进展进行了总结和整理,以期为中药的作用机制研究提供新的思路和研究方法。

基于非靶向代谢组学的草果不同部位间差异代谢物分析

目的:对草果不同部位间代谢物差异进行分析,为探究草果非药用部位的潜在应用价值提供参考。方法:利用非靶向代谢组学技术,对草果的茎、叶和果实3个部位的代谢物进行差异性比较分析。结果:基于非靶向代谢组学技术鉴定草果茎、叶和果实的代谢物,筛选出了373个代谢物,主要包括萜类、酚类、碳水化合物和碳水化合物结合物、氨基酸、肽和类似物、脂肪酸和共轭物、类固醇和类固醇衍生物、类花生酸、醇和多元醇类及黄酮类等,茎与叶、茎与果实、叶与果实之间的差异代谢物分别为45、72、85个;2,5-二羟基苯甲酸酯、十二烷酸、5-甲硫基腺苷、腺苷、丙酸睾丸酮、D-葡萄糖-1-磷酸、乳清酸核苷和栎精在茎中含量最高,在果实中含量最少;L-苹果酸和氧代戊二酸等代谢物在叶中含量最高,在果实中含量最少;亚油酸代谢和丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢是形成草果组织差异代谢物的重要代谢途径。结论:草果的茎、叶、果实同样富含许多相同的活性代谢物质,其非药用部位也具有重要的食品和药品等方面经济利用价值,为草果的开发和充分利用提供一定的科学依据。

染料木素对人鼻咽癌CNE1细胞生长的抑制作用及靶点预测

目的:研究染料木素对人鼻咽癌CNE1细胞生长的抑制作用并预测其可能的作用靶点。方法:采用CCK-8法检测0(空白对照)、12.5、25、50、100、150μmol/L染料木素分别作用24、48、72 h对CNE1细胞增殖的影响;分别采用流式细胞术检测0(空白对照)、15、30、60μmol/L染料木素作用24 h对CNE1细胞周期、凋亡的影响;采用划痕实验检测0(空白对照)、10、20、30μmol/L染料木素作用24 h对CNE1细胞迁移能力的影响。采用高通量测序法挖掘0(空白对照)、30μmol/L染料木素作用24 h后CNE1细胞中的差异基因,并通过实时荧光定量-聚合酶链式反应法(RT-qPCR)对上述细胞实验相关差异基因mRNA的表达情况进行验证。结果:与空白对照比较,12.5、25、50、100、150μmol/L染料木素对细胞的增殖均有显著的抑制作用(P<0.01),且呈浓度-时间-效应趋势;15、30μmol/L染料木素可使细胞周期阻滞于G0/G1期(P<0.05或P<0.01),30、60μmol/L染料木素可使细胞周期阻滞于G2/M期并显著促进其凋亡(P<0.05或P<0.01);10、20、30μmol/L染料木素可显著抑制细胞的迁移能力(P<0.01)。高通量测序共挖掘出2271个差异基因(padj<0.05),其中1154个基因上调、1117个基因下调;结合细胞实验结果共筛选出p53、p21、STC2、FGF2、CDK6、CYCLIN D、PI3K、AKT等8个潜在靶点差异基因。经RT-qPCR法验证,其中p53、p21、STC2、FGF2、CDK6、CYCLIN D、AKT等7个潜在靶点差异基因mRNA的表达均显著下调(P<0.05),与转录组测序结果基本一致。结论:染料木素能有效抑制人鼻咽癌CNE1细胞的生长;其抗鼻咽癌机制可能与抑制突变型p53基因的表达,恢复野生型P53蛋白功能以及抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路的活性有关。

高丽槐素对鼻咽癌CNE1细胞增殖、迁移、凋亡的影响及机制

目的:探讨高丽槐素对鼻咽癌(NPC)细胞CNE1增殖、单克隆、迁移和凋亡的影响及潜在的作用靶点。方法:将培养的CNE1细胞随机分为空白对照组和高丽槐素给药组。采用CCK8法检测不同浓度的高丽槐素作用24 h、48 h、72 h后的增殖抑制率,单克隆试验检测各组细胞的克隆形成能力,细胞划痕试验检测各组细胞迁移能力,流式细胞术试验检测细胞的凋亡情况,利用高通量测序技术,分析CNE1细胞转录组的变化,得到差异表达基因,筛选潜在基因靶点,采用反转录实时荧光定量PCR(RT-qPCR)进行验证。结果:CCK8结果显示,高丽槐素能显著抑制CNE1细胞的增殖,且具有时间和浓度依赖性(P<0.05);与对照组比较,高丽槐素能抑制CNE1细胞的克隆能力和迁移能力(P<0.05),且CNE1细胞克隆形成能力与迁移能力随着高丽槐素浓度的增加而减弱;Annexin V-FITC/PI染色结果显示,高丽槐素可使CNE1细胞凋亡率升高(P<0.05);高通量测序结果显示,共有4 232个差异表达基因,表达程度显著升高的基因数有1 060个,表达程度显著降低的基因数有3 172个,高丽槐素可使抑癌基因(P53)、细胞周期依赖激酶抑制剂(P21)、成纤维细胞生长因子(Fgf2)、磷脂酰肌醇3-激酶(Pi3k)、丝裂原活化蛋白激酶8(Mapk8)等基因下调(P<0.05);RT-qPCR显示高丽槐素能下调P53、P21、Fgf2、Pi3k、Mapk8 mRNA表达水平(P<0.05),检测结果显示与测序结果相一致。结论:高丽槐素可抑制CNE1细胞的增殖、克隆与迁移能力并促进细胞凋亡,其作用机制可能与P53、P21、Fgf2、pi3k、Mapk8等多组基因的转录变化有关。

多肽类药物与中药肽研究展望

肽(peptide)是指由2~50个氨基酸分子组成,介于小分子和蛋白质之间的物质,具有生物活性多样、易吸收、靶向性强和副作用小等特点,近年来已经成为生物医药研究热点之一。中药中含有大量的肽类物质,传统煎、熬、煮的用药方式,能够有效利用此类成分,发挥其应有的生物活性。而目前实验室中的中药成分研究多数采用高浓度醇提方法,可能造成众多天然药物中肽类成分被忽视。越来越多的研究发现,中药中的肽类成分是发挥传统药效的重要成分。作者结合多年研究以及文献检索,提出了“中药肽——表达中药功效的相对分子质量介于小分子与蛋白之间,由2个或多个氨基酸组成的肽类化合物”的概念,进而总结中药肽的提取与分离、中药肽的结构确定方法与路径,对基于“整体观”和大数据的现代化中药肽研究方法进行了展望,将人工智能预测和高通量筛选技术相结合,提升中药肽发现的效率和准确度,建立不同中药肽和不同靶点之间的全息图像,为基于中医药理论的中药肽创新药物设计及相关健康产品研发提供新范式。