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Phytomedicine | 仝小林院士团队运用4D蛋白质组学揭示中药复方改善肺纤维化分子机制

2023-03-06   景杰生物   阅读量:76

景杰生物 | 报道

    肺纤维化(Pulmonary Fibrosis,PF)作为一种病理现象,其特征是肺组织的结构异常和形成性瘢痕,如细胞外基质(ECM)积聚和成纤维细胞和肺泡上皮细胞的显著表型变化。PF的引发受多种因素影响,如自身免疫性疾病、遗传性疾病、环境或职业暴露以及某些药物的副作用等。但是在许多情况下,仍有一些肺纤维化患者的发病原因尚未可知,这种肺纤维化被称之为特发性肺纤维化(Idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)。

    2019冠状病毒病(也称新冠肺炎,COVID-19)是一种严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引发的传染病。研究表明PF同样出现在了严重新冠肺炎患者的进展中,并且在对新冠肺炎死亡患者的尸检中发现了明显的肺纤维化现象。因此,有必要制定新冠肺炎恢复期患者肺功能衰竭的预防和治疗策略。


    近日,长春中医药大学东北亚中医药研究院仝小林院士、赵林华研究员、李香艳研究员团队Phytomedicine上发表了题为“Qimai Feiluoping decoction inhibits mitochondrial complex I-mediated oxidative stress to ameliorate bleomycin-induced pulmonary fibrosis”的最新研究成果。研究者首次采用博莱霉素(bleomycin,BLM)诱导的PF小鼠模型,结合PF临床症状和影像学体征指标,进一步评估了中药复方芪麦肺络平汤(QM)的治疗效果,并对肺组织进行蛋白质组学研究,以探究QM对PF治疗作用的潜在分子机制。景杰生物为该研究提供了4D蛋白质组学分析技术支持。


   1QM对BLM诱导的小鼠肺损伤和纤维化的保护作用

    为探究QM对PF的保护作用,研究者以假手术组(Sham)小鼠作为对照,在BLM诱导的PF小鼠中分别设置了非处理组、三种不同剂量的QM处理组和吡非尼酮(PFD,一种治疗IPF的常见药物)处理组。研究者通过显微CT发现QM治疗可以改善肺部预先存在的普遍毛玻璃和乳晕阴影(图1A),并且染色结果也显示肺部的炎症浸润和纤维化也能得到显著抑制(图1B)。
图1 采用显微CT成像、H&E染色和Masson三色染色方法,评价QM对BLM诱导的肺损伤和纤维化的保护作用

    2 肺组织蛋白质组学揭示QM调节机制
    为了研究QM对抗PF的新机制,研究者对Sham组、BLM诱导组和BLM诱导+QM处理组这三个组别的肺组织进行了4D无标记定量蛋白质组学分析。共鉴定出5375种蛋白质,其中可定量蛋白为4531种。根据表达模式聚类分析的结果(图2D),研究者重点关注Cluster 3和Cluster 5中的蛋白用于探索QM处理后的重要变化蛋白,而这些蛋白质的GO和KEGG分析提示了它们的分子功能与线粒体电子传递链(ETC)介导的氧化磷酸化(OXPHOS)之间的关系。尤其是线粒体复合物I和复合物II的蛋白质,在QM处理与否的BLM诱导小鼠比较中发生显著变化,进一步提示抑制线粒体氧化应激可能是QM预防BLM诱导的PF的重要机制。


图2 QM 调节蛋白质组学揭示的线粒体复合物I和复合物II介导的OXPHOS


    3 进一步验证蛋白质组学分析结果并探索QM的机制
    研究者基于组学结果和前人工作报道,一方面通过实验发现QM治疗能够逆转BLM诱导的小鼠肺组织中的活性氧(ROS)过度产生和线粒体异常,另一方面也在小鼠的肺组织中证实QM能够减弱线粒体复合物I的活性,以及下调线粒体复合物I和II的部分亚基蛋白的表达。此外,研究者还通过分析QM给药小鼠血浆和肺组织的质谱色谱图,以筛选QM的活性成分。


图3 QM对BLM诱导的PF的潜在机制图


    综上所述,该研究探讨了QM在BLM诱导的小鼠和PF细胞模型中抑制线粒体氧化应激损伤的药理作用、潜在途径和可能的活性成分。结果首次表明,QM治疗可以抑制线粒体中ROS的产生以改善线粒体抗PF的功能,这可能为QM在PF患者临床应用中的药理机制提供新的见解。

参考文献
Ding, Lu et al,. 2023. Qimai Feiluoping decoction inhibits mitochondrial complex I-mediated oxidative stress to ameliorate bleomycin-induced pulmonary fibrosis. Phytomedicine .