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热点前沿 | 外泌体成为中药新的活性成分

外泌体是内膜衍生的,具有磷脂双分子层结构,并由大多数细胞分泌而来的纳米级小囊泡,内含DNA、小RNA、蛋白质等物质,具有沟通细胞间通讯的作用。

近年来,随着外泌体的研究成果不断涌现,外泌体研究已成为生物学、医药学等研究的热点。最近,植物外泌体也逐渐引起大家的关注,尤其是药用植物外泌体的研究也在不断增加。

热点前沿 | 外泌体成为中药新的活性成分

外泌体的透射电子显微镜图

A图:从蔗糖密度梯度(30%/45%)提取的生姜外泌体的TEM图,标尺:100 nm。引于参考文献“Edible Ginger-derived Nano-lipids Loaded with Doxoru‐ bicin as a Novel Drug-delivery Approach for Colon Cancer Therapy”;B图:蒲公英细胞外泌体的 TEM 图,标尺:200 nm。引于参考文献“Herbal decocto‐ some is a novel form of medicine”

植物药是中药的主要组成部分,其所含的黄酮、 皂苷、生物碱等次生代谢产物已被系统性研究。

但由于中药多成分、多靶点、多途径的作用特点,许多中药 的有效成分及作用机制仍未得到有效阐释。

随着在人乳中检测到的植物miRNA,并且可能影响着婴儿体 中几条重要的生物途径,以及美国加州大学河滨分校金海翎教授课题组发现了宿主拟南芥细胞外泌体可以传递sRNAs至真菌病原体灰霉病菌并富集,诱导关键致病性真菌基因沉默等,以药用植物外泌体作为中药活性成分进行的研究也在逐渐展开。

外泌体作为中药活性成分的应用 

植物外泌体含有较为丰富的miRNA,其为一类长度约为22个核苷酸的内源单链非编码RNA,在生物体 中起着重要的作用,是一种高效的基因表达调控因 子。

随着一些常见植物如水稻、葡萄等 miRNA 研究 的扩大和深入,药用植物 miRNA 的研究也迅速展开。 

且越来越多的报告显示,miRNA不仅在其原始系统内执行生物学功能,还可以进行跨界基因表达调控。因此,来自药用植物外泌体的miRNA可能作为新的生物活性成分与哺乳动物系统相互作用。

有学者在给小鼠喂食金银花后,在其血清和尿液中可以检测到植物小 RNA。北京协和医学院通过给小鼠喂食中药汤剂,对进入人体组织中的中药miRNA进行了大规模分析,在小鼠肺组织中发现了数以千计的来源于中药的小 RNA,经过对来自 NCBI GEO 数据库的健康人体 组织小RNAseq原始数据样本以及半枝莲、柴胡、穿心 莲、地丁紫堇、黄芩等 10 种中药的 miRNA 数据库 miRBase 进行了筛选鉴定,最终进一步证实了中药 miRNA 确实可以跨界转运。

此外,我们经常食用的植物性食品,其miRNA同样能够人体血液中检测到并 稳定存在,并起到特定的药理作用。

药用植物外泌体的药理作用

热点前沿 | 外泌体成为中药新的活性成分

抗炎作用 

生姜属姜科姜属植物,含挥发油、姜辣素、黄酮类 等成分,具有抗炎、抗肿瘤、促消化等作用,其中 6- 姜辣素具有较强的抗炎作用。

随着外泌体的兴起, 2018年美国路易斯维尔大学张皇阁教授团队针对生姜新的活性成分外泌体进行了研究,并发表了关于生姜外泌体塑造肠道菌群的文章,即通过无菌小鼠和临床试验等,发现生 姜外泌体(Ginger ELNs,GELN)中的小 RNA 能影响肠 道菌群,并完善肠道的屏障功能,其中GELN-RNAs通 过激活 AHR 途径诱导 IL-22 表达以加强 LGG 介导的 小鼠结肠炎(DSS)抑制作用。

此前,其他研究团队也发现生姜(Ginger-Derived Nanoparticles,GDNPs)可以 降低炎性细胞因子(TNF-α、IL-6和 IL-1β),增加结肠 炎模型中的抗炎细胞因子(IL-10 和 IL-22)的表达;对于一些非药用的植物,如西兰花、葡萄 ,亦分别从中提取出类似外泌体的纳米粒子(Broccoli-Derived Nanoparticle,BDN;Grape Exosome-like Nanoparticles, GELNs),并发现 BDN 可降低 DSS 诱导的 TNF-α、IL17A和 IFN-γ的表达,增加 IL-10的表达,而 GELNs不 仅可以调节肠组织的再生过程,更可以参与肠组织的重塑,从而预防或缓解结肠炎。

以上实验结果揭示了 植物外泌体可以被人体摄取,其包含的 miRNAs 分子 可以与肠道微生物相互作用以维持肠道健康,同时也从侧面证实植物外泌体可以作为一种新的中药活性成分。

抗病毒作用 

金银花,主要化学成分包括五大类,即黄酮类、挥发油类、三萜皂类、无机元素以及有机元素,其中三萜 皂类化合物具有良好的抗病毒作用。

而目前药理作用研究多集中于抗炎作用,如金银花提取物可以通过 抑制促炎因子 IL-1β 和 IL-18 的释放进而起到抗炎作用 。

在传统中医药治疗上则主要采用其清热解毒功效,在治疗病毒性感冒方面具有良好的效果,但是对 于金银花在抗病毒的活性成分以及机制研究上还有 所空缺。

为此,研究人员利用金银花水煎液中提取的 miRNA 2911分别进行体内和体外的抗病毒实验,并证实了 miRNA 2911不但能够在金银花水煎液中稳定存 在 ,而 且 直 接 针 对 各 种 IAV,包 括 H1N1、H5N1 和 H7N9。

该研究既表明了miRNA2911是中药抗病毒的有效成分,也直接证明了金银花的抗病毒作用的物质基础之一是其含有的 miRNA2911 能够显著抑制病毒 的复制。

抗纤维化作用 

红景天,作为常用中药,主要含有生物碱、黄酮 类、挥发油等多种化学成分,具有保护心脑血管、抗纤 维化、抗炎或抗病毒等功效。

纵观近年来红景天药 理作用的研究报告发现,红景天苷为主要活性成分之 一,可以通过调控PI3K/Akt信号通路起到抗炎作用 , 其衍生物还具有抗抑郁及改善学习记忆的作用。而 红景天外泌体作为新活性成分也引起研究人员关注, 近期北京协和医学院蒋澄宇团队从红景天中提取了含 HJT-sRNA-m7 的外泌体,通过体内外试验证实其 具有良好的抗肺纤维化作用。

该研究发现红景天外 泌体(汤剂体)在减轻小鼠疾病症状中起着重要作用, 并进一步确定药用植物外泌体作为新的活性成分的 价值。

抗肿瘤作用

肿瘤是严重威胁着人类健康重大疾病,中药在治 疗肿瘤上起到了重要的作用,弥补了现代医学的不 足。miRNA研究的兴起,让人们逐渐意识到miRNA与 肿瘤的增殖和凋亡密切相关。

随着对外泌体不断地 深入研究,越来越多的研究证据表明植物源 miRNAs 可以跨越物种,在人体中起到某种调节作用。例如在 乳腺癌细胞中,合成的 miR 159 模拟物可以通过靶向 编码Wnt信号转录因子的TCF7而抑制癌细胞增殖,导 致 MYC蛋白水平下降,而通过口服 miR 159模拟物能 明显抑制小鼠异种移植乳腺肿瘤的生长。这个发现 对于利用携带特定 miRNA 的中药外泌体预防和治疗 肿瘤来说也是一个新的契机。

其他 

除上述药理作用外,药用植物外泌体及其miRNA 还具有免疫调节、降脂等作用。如邵红伟教授团队研 究发现甘草的 miRNA 对人免疫细胞的基因表达具有 明显的调节作用,能够显著抑制 T 细胞分化相关基因 的表达,以及炎症和凋亡相关基因的表达。

水稻中富含的 miR168a 能与人/小鼠低密度脂蛋白受体适配 器蛋白 1(LDLRAP 1)mRNA 结合,降低低密度脂蛋白 从小鼠血浆中的去除率,此发现也证明了植物源 miRNAs 可以调控哺乳动物靶基因的表达。

此外,研究人员在人乳中也发现含有植物源 miRNAs,并揭示 其可能会对婴儿有机体中几条重要的生物途径起到 重要作用。

总 之 ,各 种 研 究 表 明 ,药 用 植 物 外 泌 体 中 的 miRNA确实具有跨界调控其他物种基因的能力,同时 可以被稳定吸收进入体内而发挥其特异性的药理作 用。更重要的是,药用植物miRNA也为植物药的物质基础研究提供一种新的研究思路和方法。

参考文献:Yakimchuk K. Exosomes: Isolation and characterization methods and specific markers[J]. Materials and Methods, 2015, 5: 1450.

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上一篇 2022-11-24 12:20
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