文献类型：科技成果

中文题名：基于IL-6R、TNFR途径研究黄芪维护MSCs生物学稳定性的物质基础

完成人：骆亚莉[1];李兰珍[1];安方玉[1];靳晓杰[1];张秋菊[1];张利英[1];侯茜[1];程小丽[1];李程豪[1];张艳辉[1];冯彩琴[1];李研[1];王碧雯[1];马玉[1];周啸天[1];周雯[1];周世琴[1];

第一作者：骆亚莉

完成机构：[1]甘肃中医药大学;

第一机构：甘肃中医药大学

年份：2024

语种：中文

中文关键词：黄芪;中药;生物信息学

摘要：1.课题来源与背景：1.1课题来源：国家自然科学基金项目（81760804）。1.2研究背景：干细胞异常微环境导致细胞生物学特性改变为机体处于“正虚邪实，正不胜邪”的结果。IL-6R、TNFR等介导的信号途径可能调控干细胞生物学特性。益气中药黄芪可通过“精气互化”来加强对先天之精MSCs的巩固作用，维护其生物学特性稳定，从而扶正固本，祛毒攻邪。但作用的具体物质基础及机制不清。2.研究目的与意义：该项目探索黄芪小分子化合物维护炎性微环境中BMSCs生物学特性稳定的可能机制，为合理筛选、快速开发增强BMSCs生物学稳定性防护的新型细胞孵育剂或临床联用中药剂型提供新的思路与实验依据。3.主要论点与论据：该课题筛选与BMSCs生物学特性、遗传稳定性变化相关的关键炎性因子，初步确定相关因子及其组合，建立诱发生物学特性变化的异常微环境模拟方法，为筛选防护炎性微环境中BMSCs生物学特性变化的药物提供研究技术平台。运用IL-6、TNF-α等因子建立了诱导BMSCs发生形态、增殖、周期、定向分化及染色体畸变等生物学特性改变的炎性微环境。遗传稳定性改变主要表现为IL-6和TNF-α均可导致BMSCs定向分化能力减弱，TNF-α抑制成骨方向分化的作用更为明显，IL-6抑制成脂方向分化的作用更为明显。IL-6干预未见染色体数目及结构异常，TNF-α干预导致染色体数目及结构异常。IL-6和TNF-α炎性微环境均导致BMSCs DNA损伤及DDR标志分子γH2AX，53BP1，PARP1，ATM表达均增高。基β受体介导的信号转导通路，利用生物分子的结构信息及分子对接技术，虚拟筛选出可结合于IL-6R、TNF-αR等的黄芪小分子化合物。观察黄芪小分子化合物对炎性微环境中BMSCs生物学特性变化的影响，结果显示7,2'-二羟基-3',4'-二甲氧基异黄烷、花青素、异鼠李素以及槲皮素等具有维护IL-6和TNF-α炎性微环境中BMSCs生物学特性稳定的作用，可能是黄芪发挥药效的物质基础。4.创见与创新：4.1分析异常微环境中介导MSCs生物学特性变化β受体（物质基础）及其信号途径基于干细胞异常微环境与其生物学特性甚至遗传稳定性改变的密切关联，综合利用生物信息学、生物芯片等分析检测技术，筛选、确定异常微环境诱发MSCs生物学特性、遗传稳定性变化甚至恶性转变的关键因子（或组合），并β受体角度探讨其发生变化的物质基础及其信号途径。4.2基于中医“精气互化”理论探讨黄芪维护异常微环境中MSCs生物学特性变化β受体调控途径结合研究报道及该课题前期实验结果，该课题组认为益气中药可扶正祛邪，维护先天之精，从而调节平衡，预防异常微环境中MSCs生物学特性、遗传稳定性变化甚至恶变。通过观察益气中药黄芪对异常微环境中MSCs生物学特性变化的调控效果，试图β受体途径阐明其维持MSCs生物学特性稳定性的物质基础或调控靶点，为进一步筛选、开发增强MSCs生物学特性稳定性、防护其恶变的药物提供实验依据。4.3从IL-6R和（或）TNF-αRβ受体途径运用分子对接虚拟筛选可与其结合的黄芪有效成分分子对接依据配体β受体作用的“锁-钥原理”，模拟小分子配体β受体生物大分子相互作用，并预测其结合模式和亲合力，在筛选药物作用靶点方面取得了很大的成就。大量研究表明，黄芪可增强MSCs的增殖，在一定条件下诱导其向心肌细胞、神经细胞分化并提高MSCs的迁移能力，显示出对MSCs生物学特性的明显调控作用。但关于道地药材黄芪发挥作用的物质基础（具体靶点）相关研究还未见报道。有效地利用生物大分子的结构信息，运用分子对接进行虚拟筛选，从理论上推测出可β受体结合的黄芪主要成分，从而为研究黄芪发挥调控MSCs生物学特性作用的具体物质基础提供科学依据，为进一步合理筛选、快速开发增强MSCs生物学稳定性防护的药物提供探索思路。5.社会经济效益，存在的问题：5.1社会经济效益建立了能够诱导MSCs生物学特性发生变化的异常微环境培养体系，可为建立干细胞生物学特性变化的研究技术平台提供科学支持。有助于研发维持MSCs干性稳定效能的新型细胞孵育剂或临床联用中药剂型，保障和促进MSCs的临床应用更加安全、有效。5.2存在的不足该项目研究基本达到了预期结果。其中研究结果表明IL-6和TNF-α炎性微环境导致BMSCs在形态、增殖、周期、定向诱导分化及染色体畸变等方面发生显著变化，该项目检测的细胞核的遗传稳定性变化方面，IL-6炎性微环境未出现预期的变化。提示遗传稳定性变化在复杂的炎性疾病环境中受到多种因素影响，其具体原因和机制有待进一步深入研究。为了进一步系统分析，该项目执行过程中增加研究内容，利用生物信息学技术分析了BMSCs定向诱导分化相关的风险基因。结合GO分类和KEGG通路分析结果及可视化和量化分析筛选出的部分关键节点基因，也为该课题模拟建立诱导BMSCs发生生物学特性改变的炎性微环境提供理论依据。黄芪小分子化合物对于炎性因子模拟建立的炎性微环境中BMSCs的生物学稳定性均具有防护作用。分析认为其保护作用机制可能与其调控IL-6R、TNFR介导的多种细胞生物过程有密切关联。鉴于该项目经费及研究时间限制，课题组将在后续进一步开展黄芪小分子化合物对炎性疾病的体内实验研究。⑥历年获奖情况：获得2020年甘肃省科技厅科技进步二等奖1项。