UPLC-Q-TOF-MS代谢组学探讨巴戟天环烯醚萜苷抗类风湿关节炎及并发骨丢失的机制

探讨巴戟天环烯醚萜苷(Morinda officinalis iridoid glycosides,MOIG)对类风湿关节炎大鼠足肿胀和骨丢失的治疗作用,并结合超高效液相色谱串联四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)血清代谢组学分析其潜在的作用机制。应用牛Ⅱ型胶原诱导类风湿关节炎模型大鼠(typeⅡcollagen-induced rheumatoid arthritis rats,CIA),CIA造模成功后,灌胃给药8周,每周根据足肿胀程度进行关节炎指数评价,ELISA法检测血清骨代谢生化指标,Masson染色观察CIA大鼠股骨微结构,UPLC-Q-TOF-MS检测血清代谢产物的变化,主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)筛选血清样品潜在生物标志物,通过KEGG数据库分析构建相关代谢通路。结果表明CIA大鼠的关节炎指数、血清IL-6水平和血清骨代谢相关指标骨钙素(osteocalcin,OCN)、Ⅰ型胶原C端肽(C-telopeptide of typeⅠcollagen,CTX-Ⅰ)、脱氧吡啶啉(deoxypyridinoline,DPD)和抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)水平显著增加,骨保护素(osteoprotegerin,OPG)与核因子-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)的比值显著降低,关节骨组织结构和软骨破坏;MOIG治疗显著降低CIA大鼠的关节炎评分,减轻关节足趾肿胀,逆转血清骨代谢生化指标的变化,改善关节骨组织和软骨的微结构。非靶向代谢组学结果显示CIA大鼠血清中有24个代谢物发生变化;与正常组比较,CIA大鼠有13个与RA相关的显著变化的代谢物,主要涉及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢;与CIA模型组比较,MOIG治疗大鼠有15个代谢物显著回调,主要涉及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成。因此,MOIG可能通过调控氨基酸代谢减轻CIA大鼠足肿胀,改善软骨和骨组织微结构的破坏。

巴戟天环烯醚萜苷下调GSK-3β抑制JAK2/STAT3和NF-κB通路减轻Ⅱ型胶原诱导的关节炎大鼠骨破坏的机制

探讨巴戟天环烯醚萜苷(Morinda officinalis iridoid glycosides,MOIG)对类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)大鼠骨丢失的治疗作用,并对脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的破骨细胞功能和活性的作用机制。应用牛Ⅱ型胶原诱导类风湿关节炎大鼠(typeⅡcollagen-induced rheumatoid arthritis rats,CIA)为模型(实验中所有操作均获得浙江中医药大学生物伦理委员会批准,批准号:IACUC-20180410-03),灌胃给药8周,显微CT观察CIA大鼠的骨小梁微结构变化,LPS诱导破骨细胞模型进一步观察体外抗炎症性骨质疏松的作用机制。结果表明MOIG显著增加CIA大鼠骨密度,改善骨小梁微结构。体外实验表明,MOIG抑制破骨细胞形成分化、抗酒石酸酸性磷酸酶活性和F-actin环的形成,抑制TNF受体相关因子6(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)的募集和核因子κB抑制蛋白[inhibitor of nuclear factor kappa-B(NF-κB),IκBα]的降解及p65的磷酸化表达,从而抑制NF-κB通路的激活;同时有效抑制破骨细胞活化T-细胞核因子1(nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1,NFATc1)和c-Fos(cellular oncogene fos)的表达,以及基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP9)和组织蛋白酶K(cathepsin K,CtsK)的活性;MOIG还抑制Janus激酶2(Janus activating kinase 2,JAK2)/信号传导和转录激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)蛋白的磷酸化表达,从而抑制JAK2/STAT3通路的激活。进一步研究发现,MOIG显著抑制丝氨酸/苏氨酸激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)的活性,GSK-3β基因沉默显著抑制破骨细胞F-actin环的形成、p65的磷酸化以及STAT3信号的激活,且MOIG和GSK-3β基因沉默同时作用后的效果没有明显差异。因此,MOIG可通过调控GSK-3β抑制JAK2/STAT3和NF-κB通路的激活来减缓RA的骨破坏。