Investigation of Neuroprotective Effect of Geniposide on Chronic Alcoholism Rats Based on Metabonomics

Xiong-jian GUO; Sheng-wen LU; Guang-li YAN; Xi-jun WANG

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20220348

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Investigation of Neuroprotective Effect of Geniposide on Chronic Alcoholism Rats Based on Metabonomics

更新时间：2022-05-18

- Investigation of Neuroprotective Effect of Geniposide on Chronic Alcoholism Rats Based on Metabonomics
  增强出版
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 28, Issue 12, Pages: 155-163(2022)
- 作者机构：
  
  黑龙江中医药大学国家中医方证代谢组学研究中心，哈尔滨 150040
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20220348
  CLC： R22;R28;R96;O657
- Received：09 December 2021，
  
  Published Online：17 February 2022，
  
  Published：20 June 2022
- 稿件说明：
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郭雄健,卢盛文,闫广利等.基于代谢组学考察京尼平苷对慢性酒精中毒大鼠的神经保护作用[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(12):155-163.

GUO Xiong-jian,LU Sheng-wen,YAN Guang-li,et al.Investigation of Neuroprotective Effect of Geniposide on Chronic Alcoholism Rats Based on Metabonomics[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(12):155-163.
郭雄健,卢盛文,闫广利等.基于代谢组学考察京尼平苷对慢性酒精中毒大鼠的神经保护作用[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(12):155-163. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220348.

GUO Xiong-jian,LU Sheng-wen,YAN Guang-li,et al.Investigation of Neuroprotective Effect of Geniposide on Chronic Alcoholism Rats Based on Metabonomics[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(12):155-163. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220348.

摘要

目的

利用代谢组学技术发现慢性酒精中毒相关的生物标志物，并以标记物为参数评价京尼平苷的神经保护作用，为慢性酒精中毒的诊断和治疗提供参考。

方法

采用50%乙醇按8 mL·kg

-1

连续灌胃14 d，再递增为12 mL·kg

-1

连续灌胃21 d建立慢性酒精中毒大鼠模型；同时，通过连续灌胃给予京尼平苷（15 mg·kg

-1

）35 d进行干预治疗。采集大鼠脑及肝组织进行组织病理形态学及生化指标检测。收集尿液并采用超高效液相色谱-四级杆-飞行时间-串联质谱法（UPLC-Q-TOF-MS）进行代谢组学分析，色谱条件为ACQUITY UPLC™ HSS T3色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm），流动相0.1%甲酸乙腈溶液（A）-0.1%甲酸水溶液（B）梯度洗脱（0~2.5 min，1%~11%A；2.5~4.5 min，11%~21%A；4.5~7.0 min，21%~40%A；7.0~8.5 min，40%~99%A；8.5~10.5 min，99%A；10.5~10.6 min，99%~1%A；10.6~13.0 min，1%A），流速0.4 mL·min

-1

；质谱条件为电喷雾离子源（ESI），正、负离子模式，扫描范围

50~1 200。所得数据利用Progenesis QI 2.0及MassLynx 4.1软件进行分析，通过元素组成及二级碎片与人类代谢组数据库（HMDB）进行匹配来鉴定生物标记物。

结果

病理结果显示，在模型复制第35天，与模型组比较，京尼平苷组的脑组织皮层神经元所呈现的排列紊乱、细胞核固缩和深染、细胞膜边界模糊的坏死状态得到明显改善。生化指标结果显示，京尼平苷能提高谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，降低乙酰胆碱酯酶（AChE）活性，降低

-内啡肽（

-EP）和丙二醛（MDA）的水平。代谢组学结果显示，在模型组大鼠尿液中共鉴定48个慢性酒精中毒生物标志物，涉及色氨酸代谢、嘧啶代谢、苯丙氨酸代谢、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换、抗坏血酸和醛酸代谢、甾体激素生物合成、嘌呤代谢7个代谢途径，其中主要为色氨酸代谢的5-羟色胺途径。

结论

慢性酒精中毒神经损伤相关的生物标志物主要源于5-羟色胺代谢途径。京尼平苷能够对该途径进行调节，从而改善脑内氧化应激状态发挥神经保护作用。

Abstract

Objective

Metabolomics was used to identify biomarkers of chronic alcoholism， and to evaluate the neuroprotective effect of geniposide， providing reference for the diagnosis and treatment of chronic alcoholism.

Method

The rat model of chronic alcoholism was established by intragastric administration of 50% ethanol with 8 mL·kg

-1

for 14 days， and then increased to 12 mL·kg

-1

for 21 days. Meanwhile， the intervention was performed by continuous gavage of geniposide （15 mg·kg

-1

） for 35 days. At the end of the experiment， the biochemical indexes and histopathological morphology of liver and brain tissues of rats were detected. Ultra performance liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight tandem mass spectrometry （UPLC-Q-TOF-MS） was used for urine metabonomics. The chromatographic conditions was as follows：ACQUITY UPLC™ HSS T3 column （2.1 mm×100 mm， 1.8 μm）， mobile phase of 0.1% formic acid acetonitrile solution （A）-0.1% formic acid aqueous solution （B） for gradient elution （0-2.5 min， 1%-11%A； 2.5-4.5 min， 11%-21%A； 4.5-7.0 min， 21%-40%A； 7.0-8.5 min， 40%-99%A； 8.5-10.5 min， 99%A； 10.5-10.6 min， 99%-1%A； 10.6-13.0 min， 1%A）， the flow rate of 0.4 mL·min

-1

. The conditions of mass spectrometry were electrospray ionization （ESI）， positive and negative ion modes， scanning range of

50-1 200. Progenesis QI 2.0 and MassLynx 4.1 were used for data analysis， and biomarkers were identified by matching element composition and secondary fragments with Human Metabolome Database （HMDB）.

Result

The pathological results showed that on the 35

day of model replication， compared with the model group， the cortical neurons in the geniposide group showed a significantly improved state of disorder， nuclear pyknosis， hyperchromatism and cell membrane boundary blurred necrosis. The biochemical results showed that geniposide could significantly increase the activities of glutathione peroxidase （GSH-Px） and superoxide dismutase （SOD）， decrease the activity of acetylcholinesterase （AChE）， decrease the levels of

-endorphin （

-EP） and malondialdehyde （MDA）. A total of 48 biomarkers of chronic alcoholism were identified by metabonomics， involving seven metabolic pathways of tryptophan metabolism， phenylalanine metabolism， pentose and glucuronate interconversions， pyrimidine metabolism， ascorbate and aldarate metabolism， steroid hormone biosynthesis and purine metabolism. The main pathway is 5-hydroxytryptamine pathway of tryptophan metabolism.

Conclusion

Biomarkers related to nerve injury in chronic alcoholism are mainly derived from the 5-hydroxytryptamine metabolic pathway. Geniposide can regulate this pathway so as to improve oxidative stress in the brain and play a neuroprotective role.

关键词

Keywords

references

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