活性靶时间投影室的技术概述

时间投影室是广泛用于高能核物理实验径迹成像的探测器,近些年来经过改造后多用于低能核物理实验.小体积、大的能量动态范围以及近4π的可探测立体角范围,使时间投影室具备完整重建三维动力学的功能.时间投影室工作腔室中填充的气体既被作为探测器的工作介质,同时又被当作靶材料,即为活性靶时间投影室.为实现上述功能,可在探测器结构中引入微结构气体放大器,并在数据分析中引入三维径迹重建算法.本文阐释了活性靶时间投影室的工作原理,分析比较了其相对于传统固体靶的独特优势,概述了活性靶时间投影室结构设计所涉及的技术,包括场笼的设计、工作气体的选择原则、气体倍增技术以及读出技术,最后介绍了数据分析流程及方法,重点介绍了噪声分离、径迹识别和物理参量提取步骤.

活性靶室在超核物理实验研究中的应用

本文介绍的是在超核生成反应（如：１２Ｃ（ｋ－，π０）１２ΛＢ）中，为确定入射粒子ｋ－在靶中停止位置而建造的一种多丝正比室，该室已应用在Ｅ９０７实验中，并在ＡＧＳ（ＢＮＬ）的π，ｋ束中进行了数据获取。该室的工作方式采用阴极感应条信号读出方式。通过对活性靶室的数据分析，给出了它的感应信号的平均输出幅度、效率以及位置分辨率。最后对ｋ－停止事例，给出如何确定其在碳靶中的停止位置，以及停止率。对ｋ－测得的位置分辨为：ｘ＝０．９３ｍｍ，ｙ＝０．３６ｍｍ和ｚ≥１．００ｍｍ。在碳靶中ｋ－的停止率约为２０％。

小型活性靶时间投影室性能研究

本文设计了使用64路一维读出条的小型活性靶时间投影室,并对其性能进行了测试,其气体室的灵敏体积为10cm×10cm×14cm,通过连接2层厚气体电子倍增器进行电子放大.为改善场笼边缘的电场不均匀性,引入场笼环的设计结构.当场笼环加高压为-950 V时,测得α粒子沿漂移电场方向的径迹位置分辨小于0.2 mm,径迹角度分辨小于0.6°,时间分辨小于20 ns.活性靶时间投影室的工作气体为96%He+4%CO2.实验中也观察到了清晰的α粒子在He气上的弹性散射事件.

α-芋螺毒素LvIA第11位氨基酸的新突变体合成及其靶点活性

为了进一步探究第11位氨基酸的性质对LvIA靶点结合活性的影响,设计了LvIA的2个新型突变体[D11R]LvIA和[D11H]LvIA,即用2个碱性氨基酸-精氨酸(R)和组氨酸(H)分别替换原来的酸性氨基酸D。先人工合成了这2个新突变体的线性肽,然后采用2步氧化法进行折叠,以获得在第1位和第3位半胱氨酸(Cys 1~3)、第2位和第4位半胱氨酸(Cys 2~4)之间定点连接形成二硫键。经高效液相色谱分离纯化和质谱鉴定,合成了含有Cys(1~3, 2~4)二硫键连接方式的多肽,其分子质量正确,纯度在95%以上。利用双电极电压钳电生理学技术对这2种突变体与α3β2 nAChR的结合活性进行了检测。结果发现,当该位点的氨基酸性质由酸性转换为碱性后,对LvIA的活性影响巨大,直接导致对α3β2 nAChR的阻断活性丧失。[D11R]LvIA和[D11H]LvIA的活性与野生型LvIA相比分别降低了574.38%和408.62%。由此表明,第11位氨基酸的酸碱性对LvIA的活性至关重要。

用于核天体物理实验的活性靶时间投影室

发生在中子星壳层内的丰中子熔合反应对中子星演化以及X射线超级爆等现象均会产生影响。受限于放射性束流强度和反应机制的复杂性,实验数据极其缺乏,难以有效约束理论模型。基于活性靶技术的时间投影室(Time Projection Chamber,TPC)将工作气体作为反应靶,具备近4π立体角接受度和三维径迹重建能力,能够实现对反应事件的全记录,显著提高了探测效率,大幅降低了熔合反应截面测量对束流强度的要求。我们研制了240路信号读出的TPC,并使用放射性束流^(16)N对探测器进行了测试,探索了该实验方法的可行性和有效性。为了得到更加精确的反应产物径迹,对反应事件做出更好的筛选,进一步发展了1024路信号读出TPC,并开展了^(12)C+^(12)C库仑位垒附近熔合反应截面测量实验,初步实验结果与已有实验数据符合较好。

活性靶技术熔合截面测量极限研究

天体环境中丰中子核素熔合反应率对研究中子星表面超级暴现象的点火机制有重要意义。由于次级束流强过低,无法使用传统固体靶实验技术测量垒下熔合反应截面。活性靶技术的发展为垒下丰中子核素熔合反应截面的测量提供了可行的途径。基于Geant4模拟详细地分析了多重采样电离室(MUSIC)与时间投影室(TPC)两种活性靶探测器中熔合反应与弹性散射的运动学性质,给出了4种熔合反应鉴别判据,并且计算了由这些判据误判引起的熔合截面系统误差。在Ecm=13.6 Me V时,MUSIC与TPC的弹性散射误判截面分别为0.5 mb和2.9×10^(-3)mb,都远小于此时熔合截面(877 mb)。在垒下,MSUIC的熔合截面系统误差已经超出实验测量要求,而TPC能够进行实验测量的能量可以降低至Ecm=4.7 Me V。

治疗急性胰腺炎的大黄活性成分筛选及其靶基因生物学功能分析

目的筛选治疗急性胰腺炎的大黄活性成分、活性成分靶基因,探讨靶基因的生物学功能及相关信号通路。方法依托TCMSP数据库查询大黄所对应的靶基因,通过ADME参数(DL≥0.18,OB≥30%)筛选大黄可能的活性成分及其靶基因;然后,运用Genecards、OMIM、DRUGBANK等数据库获取急性胰腺炎的发病相关基因;并利用R语言将大黄活性成分靶基因与急性胰腺炎发病相关特异性基因交集,进而得到关键靶基因;通过Metascape平台进行关键靶基因生物学功能分析(GO注释和KEGG富集)。结果 TCMSP数据库中检索到大黄活性成分共92个,通过ADME参数筛选到的活性成分主要包括β-谷甾醇、芦荟大黄素等,活性成分靶基因主要有NCOA2、PTGS2、PIK3CG、BCL2、BAX等。关键靶基因共包括CASP3、BAX、BCL2等30个,主要参与药物反应、凋亡信号通路、细胞增殖负调控等生物过程,膜筏、膜微域、膜域等重要的细胞组分,G蛋白偶联乙酰胆碱受体活性、G蛋白偶联胺受体活性、乙酰胆碱受体活性等分子功能;其富集在癌症、细胞凋亡、IL-17等多条信号通路上。结论治疗急性胰腺炎的大黄活性成分主要包括β-谷甾醇、芦荟大黄素等,活性成分靶基因主要有NCOA2、PTGS2、PIK3CG、BCL2、BAX等;关键靶基因主要参与药物反应、凋亡信号通路、细胞增殖负调控等生物学过程,相关通路主要有癌症、细胞凋亡、IL-17等信号通路。

治疗痛风性关节炎的四妙散活性成分靶基因筛选及生物学功能分析

目的筛选治疗痛风性关节炎(GA)的四妙散活性成分靶基因,并分析其生物学功能。方法采用中药系统药理学数据库(TCMSP)收集四妙散的成分,然后根据ADME参数(OB≥30%、DL≥0.18)筛选其可能的活性成分及其靶基因;利用Gene Cards、OMIM和DrugBank数据库获取GA发病相关的靶基因;将四妙散活性成分调控的靶基因与GA发病相关的靶基因进行映射取交集,得到四妙散治疗GA的潜在作用靶基因。利用Cytoscape3.7. 2软件分析获得关键活性成分;根据蛋白互作(PPI)网络筛选出关键靶基因;使用DAVID数据库对作用靶基因进行基因本体(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析;采用Autodock1.5. 6软件对四妙散治疗GA的关键活性成分与关键靶基因进行分子对接以评价网络分析预测的可靠性。结果共筛选四妙散活性成分65个,活性成分调控靶基因197个;GA发病相关靶基因211个;四妙散治疗GA的作用靶基因23个;"单味药—活性成分—作用靶基因"网络共包括47个节点(25个活性成分和22个作用靶基因)和93条边,该网络中度值排名前5位的活性成分分别是槲皮黄素、吴茱萸次碱、汉黄芩素、山柰酚、黄芩素;PPI网络关键靶基因5个,包括泛素连接酶CUL7蛋白(CUL7)、β-微管蛋白(TUBB)、生长因子受体结合蛋白2(GRB2)、核因子κB1(NF-κB1)、重组人泛素结合酶E2I(UBE2I);GO富集分析得到P<0.05条件下条目共936条,其中生物过程共有888条,细胞组成共有15条,分子功能共有33条,涉及脂多糖的细胞反应、对细菌来源分子的反应、细胞对生物刺激的反应等生物学过程;KEGG信号通路分析共获得信号通路82条,包括IL-17、TNF、AGE-RAGE、NOD样受体、C型凝集素受体、NF-κB、Toll样受体等信号通路;关键活性成分与关键靶基因间的结合能远小于-5.0 kJ/mol。结论四妙散治疗GA的关键活性成分为槲皮黄素、吴茱萸次碱、汉黄芩素、山柰酚、黄芩素,其可有效通过CUL7、TUBB、GRB2等关键靶基因作用于脂多糖的细胞反应,对细菌来源分子的反应等生物学过程,及IL-17、TNF等信号通路参与调控免疫—炎症反应、软骨细胞增殖分化与凋亡、机体抗氧化应激反应等分子机制,协同发挥治疗作用。

虚拟筛选白芷治疗硝酸甘油诱导的偏头痛的活性成分

目的运用虚拟筛选方法筛选出白芷的活性成分并进行硝酸甘油诱导的偏头痛药效学实验。方法将白芷中所含的20种化学成分与8个靶标进行虚拟对接,筛选出的活性成分对硝酸甘油诱导偏头痛SD大鼠进行药理验证。结果 5-羟色胺受体、N-甲基-D-天门冬氨酸受体和肾上腺素-β受体显示理论活性的成分远多于其他靶标。药效学实验证明白当归素、东莨菪苷、水合氧化前胡素、欧前胡素对硝酸甘油型偏头痛大鼠有明显作用。缩短大鼠耳红消失时间和挠头次数,但对大鼠爬笼次数无明显影响。结论虚拟筛选方法为白芷的活性成分药理作用提供了分子机理。

基于系统药理学探索中药生脉饮有效成分的药理作用机制

目的基于系统药理学方法探究中药生脉饮活性成分、靶点及疾病之间的复杂关系。方法在中药系统药理学数据库分析平台(TCMSP)数据库,以口服生物利用度(OB)(人参和五味子OB≥60%,麦冬OB≥45%)和类药性(DL)≥0.1筛选生脉饮的活性成分、预测作用靶点,构建活性成分-靶点-疾病网络。结果筛选出活性成分17个,其中人参11个成分,麦冬2个成分,五味子4个成分。共获得靶点79个,靶点作用的疾病13种。网络图中活性成分和靶点共有176条边相连,即平均每个活性成分对应约10.3个靶点,平均每个靶点与4.6个活性成分相关联。靶点和疾病共235条边相连。结论本研究直观地构建了生脉饮活性成分、靶点蛋白和疾病的相互作用,从而揭示生脉饮在多种临床疾病中的功效,为进一步研究生脉饮作用机制提供理论依据。

以FtsZ蛋白为靶点的抗菌天然产物的研究进展

抗生素的滥用导致世界范围内细菌耐药性的出现和流行。许多临床上本来起作用的抗生素失效,这为细菌感染性疾病的治疗带来了巨大困难。近年来研究发现,细菌细胞分裂蛋白细丝温度敏感蛋白Z(Fts Z)在细胞分裂中发挥着重要的作用,它被认为是一个非常有潜力的抗菌药物靶点。已经发现,一些抗菌天然产物作用于该靶点。本文主要阐述Fts Z蛋白的结构和功能,以及一些以细丝温度敏感蛋白Z蛋白为靶点的抗菌天然产物的研究进展,以期为研发新型抗菌药物提供基础。

基于网络药理学的山药降血糖活性成分筛选及其活性验证

运用虚拟筛选和分子对接方法筛选出山药治疗糖尿病的活性成分并进行药效学试验验证,揭示山药药效物质基础。把山药中所含已知的12种化学成分构建为分子库,与根据其功效确定的各作用靶点模型进行虚拟对接,再考查筛选出的多靶点活性成分对四氧嘧啶糖尿病动物模型的影响。结果表明,①对11β-羟基类固醇脱氢酶(11β-HSD1)、环氧合酶(PTGS2)、丝氨酸蛋白酶(PRSS1)有理论活性的成分远多于其他靶点;②部分成分对多个靶点均显示较强的理论活性;③药效学试验结果表明,虚拟筛选所确定的活性成分中薯蓣皂苷元(Diosgenin)、豆甾醇(Stigmasterol)、菜油甾醇(Brassinosteroids)、熊果苷对硝酸四氧嘧啶糖尿病动物模型有明显影响。为阐释食药同源物质药效物质基础提供了新的视角和快捷途径。

生物活性小分子与靶点相互作用研究中的新方法和新技术

活性小分子与靶蛋白的相互作用是生命中基本的相互作用之一，因而靶蛋白和活性小分子的筛选是生命有机化学及药物化学研究的重要内容．在活性小分子筛选方面，细胞印迹（ｃｙｔｏｂｌｏｔ）、以核磁共振为基础的结构活性关系研究（ＳＡＲ－ｂｙ－ＮＭＲ）及反双杂交（ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｗｏ－ｈｙｂｒｉｄ）系统分别是以细胞、靶蛋白及蛋白间的相互作用为靶点的高通量、快速的筛选方法．另外，在由活性小分子鉴定靶蛋白的研究中，三杂交（ｔｈｒｅｅ－ｈｙｂｒｉｄ）系统、功能表达克隆（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ－ｃｌｏｎｉｎｇ）及药物印迹（ｄｒｕｇ－ｗｅｓｔｅｒｎ）等方法大大加速了靶蛋白的鉴定进程；而展示克隆（ｄｉｓｐｌａｙ ｃｌｏｎｉｎｇ）方法可以直接完成由活性小分子到靶蛋白基因的克隆．结合ＤＮＡ芯片技术，以基因组为基础的筛选方法同时还可以明确小分子参与的一系列生物大分子调控．而小分子印迹（ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）是从组合化学出发适应人类基因组要求的筛选靶蛋白及活性小分子、研究小分子参与调控的方法．概要介绍这几种最新筛选方法，并对中草药现代化进行了初步探讨．

西罗莫司通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白通路对淋巴管畸形的治疗作用

目的探讨西罗莫司通过磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路对淋巴管畸形的治疗机制研究。方法30只雌性Wistar大鼠(河南实验动物中心)在颈部皮下注射弗氏不完全佐剂构建大鼠淋巴结畸形模型,按照随机数字表法分为模型组、西罗莫司低剂量组和高剂量组,每组10只,西罗莫司低剂量组和高剂量组经尾静脉注射西罗莫司25 mg/kg和100 mg/kg,模型组注射等体积生理盐水。3组大鼠治疗6周后,计算病变组织质量和体积变化;蛋白质免疫印迹(Western blot)分析PI3K/Akt/mTOR通路及其底物p70S6K活性。免疫组织化学分析病变部位细胞核增殖抗原(Ki-67)和血管内皮生长因子(VEGF)表达水平。测量体重分析药物的安全性。组间比较采用单因素方差分析。结果模型组大鼠病变部位质量[(0.51±0.06)g]明显高于西罗莫司低剂量组[(0.41±0.04)g],差异有统计学意义(t=4.342,P<0.05)。西罗莫司低剂量组大鼠病变部位质量[(0.41±0.04)g]明显高于西罗莫司低剂量组[(0.24±0.05)g],差异有统计学意义(t=7.726,P<0.05)。模型组大鼠病变部位体积[(297.60±22.10)mm^(3)]明显高于西罗莫司低剂量组[(245.20±23.33)mm^(3)],差异有统计学意义(t=5.155,P<0.05)。西罗莫司低剂量组大鼠病变部位体积[(245.20±23.33)mm^(3)]明显高于西罗莫司高剂量组[(189.60±22.84)mm^(3)],差异有统计学意义(t=5.385,P<0.05)。模型组大鼠淋巴管畸形病灶Ki-67和VEGF表达水平(171.30±17.55、208.70±23.57)明显高于西罗莫司低剂量组(136.70±13.06、156.80±16.31),差异有统计学意义(t=5.002,5.727,P<0.05)。西罗莫司低剂量组大鼠淋巴管畸形病灶(136.70±13.06、156.80±16.31)明显高于西罗莫司高剂量组(99.30±9.18、113.20±12.65),差异有统计学意义(t=7.411、6.681,P<0.05)。模型组大鼠淋巴管畸形病灶磷酸化mTOR和磷酸化p70S6K表达水平(0.98±0.07、0.88±0.10)明显高于西罗莫司低剂量组(0.79±0.07、0.60±0.09),差异有统计学意义(t=7.704、6.453P<0.05)。西罗莫司低剂量组大鼠淋巴管畸形病灶磷酸化mTOR和磷酸化p70S6K表达水平(0.79±0.07、0.60±0.09)明显高于西罗莫司高剂量组(0.50±0.13、0.36±0.10),差异有统计学意义(t=6.231、5.691,P<0.05)。结论西罗莫司治疗淋巴管畸形具有较好的效果,且安全性较高,可能与其抑制mTOR激酶活性有关。

基于分子对接和网络药理学的僵蚕息风止痉作用机制分析

目的:通过网络药理学分析和分子对接技术探讨僵蚕息风止痉作用可能的分子机制。方法:基于文献挖掘及数据库搜索获取僵蚕化学成分,利用Swiss Target Prediction数据库预测僵蚕作用靶点,应用DisGeNET数据库收集惊厥疾病相关靶点,借助Cystoscape软件与STRING数据库对交集靶点进行蛋白互作网络分析,使用DAVID数据库进行GO及KEGG富集分析,同时将成分与靶点网络分析结果进行分子对接。结果:通过文献挖掘及数据库搜索共检索出僵蚕潜在活性成分18个,有效作用靶点513个,与惊厥疾病交集靶点有22个,这些靶点主要参与了细胞过程、细胞转运活性、受体活性、对刺激应答等生物过程,涉及神经活性配体受体相互作用、抗内源性大麻素信号、胆碱能突触等9条信号通路。分子对接显示,僵蚕成分与潜在靶点具有较好的结合活性。结论:本文构建了僵蚕“药物活性成分靶点”网络,为系统阐明僵蚕息风止痉作用的分子机制提供了理论参考,同时为新药研发提供了新的思路与方法。

基于GC-MS与网络药理学对毛菊苣籽挥发油抗AD作用机制的研究

目的研究毛菊苣籽挥发油抗阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)的作用机制。方法采用水蒸馏法提取毛菊苣籽中的挥发油成分,并使用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析其成分,将主要化合物在SwissTarget、STITCH、ChemMapper数据库中进行靶点查找,汇总得到化合物靶点。利用OMIM、TTD、GeneCards数据库获得AD相关靶点,与化合物靶点进行对比筛选得出相关潜在靶点,采用Cytoscape软件构建“化合物-疾病靶点”网络;基于DAVID数据库对潜在靶点进行基因本体(GO)功能富集分析和KEGG通路富集分析。结果毛菊苣籽挥发油通过GC-MS分析共得到64个成分,按照其含量得到28个主要成分,共查找出185个化合物靶点;以阿尔茨海默病为关键词共找到279个疾病靶点,筛选得出12个相关成分和36个疾病-化合物共有靶点。GO生物功能分析共得到24条富集结果,主要涉及单元结、化学突触传递、酶的结合等;KEGG通路富集得到15条代谢通路,主要包括神经活性配体-受体相互作用通路、血清素能突触、钙质信号传导通路和PI3K-Akt信号通路等。结论根据网络药理学方法得出毛菊苣籽挥发油通过多活性成分、多靶点、多途径发挥对AD治疗作用。

单细胞PCR体系的建立及其在CRISPR/Cas9靶点活性检测中的应用

单细胞PCR是以单个细胞所含的DNA或RNA为模板进行扩增,因此其模板的制备是影响整个反应成功与否的关键因素。利用三种不同蛋白酶K细胞裂解液(SDS细胞裂解液、NP-40细胞裂解液、Tween-20细胞裂解液)分别对体外培养成熟的单个猪卵母细胞进行裂解,并直接作为模板进行PCR扩增,结果表明:NP-40细胞裂解液制备的模板质量最好,其扩增效率为95%;其次为Tween-20细胞裂解液,其扩增效率为65%;SDS细胞裂解液产物中未检测到阳性条带。结合显微注射技术对sgRNA靶点活性进行检测,结果表明利用单细胞PCR结合显微注射的方法,在受精卵内对CRISPR/Cas9靶点活性进行检测确实可行,检测结果真实可靠。

基于网络药理学探讨防己黄芪汤治疗慢性心力衰竭的潜在机制

目的:利用网络药理学探讨防己黄芪汤治疗慢性心力衰竭(CHF)的潜在机制。方法:利用中药系统药理学技术平台(TCMSP)检索防己黄芪汤的药物活性成分及其相关靶点,并通过全球蛋白质资源(Uniprot)数据库进行基因的标准化处理。通过在线人类孟德尔遗传(OMIM)数据库、基因卡片(GeneCards)数据库检索得到CHF的相关靶点,将药物活性成分靶点与疾病的相关靶点相映射,取得的交集靶点即为防己黄芪汤治疗CHF的潜在靶点。利用Cytoscape软件构建防己黄芪汤治疗CHF的“药物-成分-疾病”靶点网络图,并运用生物分子功能注释系统(STRING)数据库以及Cytoscape软件构建防己黄芪汤治疗CHF的核心蛋白质互作(PPI)靶点网络图。利用DAVID数据库对获得的交集靶点进行基因本体论(GO)生物过程和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:筛选出的防己黄芪汤治疗CHF的活性成分有124个,相关靶点135个,与CHF相交合的靶点涉及α-1β肾上腺素受体(ADRA1B)和一氧化氮合酶3(NOS3)等。防己黄芪汤治疗CHF的GO生物过程涉及G蛋白偶联乙酰胆碱受体活性、药物结合、平滑肌收缩的正调控、对药物的反应等;防己黄芪汤治疗CHF可能与钙信号传导途径、神经活性配体-受体相互作用、环磷酸鸟苷酸/环磷酸鸟苷酸依赖的蛋白激酶(cGMP/PKG)信号通路、环磷酸腺苷(cAMP)信号通路、心肌细胞中的肾上腺素信号传导等通路相关。结论:防己黄芪汤治疗CHF涉及多个靶点、生物过程与通路,提示防己黄芪汤治疗CHF的机制较为复杂。