中科院1区: 多组学揭示乌梅丸改善结肠炎相关结肠癌的作用机制
中科院1区: 多组学揭示乌梅丸改善结肠炎相关结肠癌的作用机制
乌梅丸是一种传统中药复方制剂，由梅、细辛、生姜等多味中药组成，临床上用于治疗胃肠道疾病已有数千年历史。近期，云南中医药大学第一临床医学院、天津中医药大学中西医结合学院等研究团队合作，在《Phytomedicine》期刊上发表了一篇重要研究论文，揭示了乌梅丸对肠炎相关结肠癌（CAC）的治疗机制。研究采用综合转录组学、代谢组学和实验验证的方法，系统地阐明了乌梅丸在分子层面的作用机制，为中医药治疗提供了坚实的科学依据。
研究背景
慢性肠道炎症性疾病在结肠癌（CRC）的发病中起着至关重要的作用。有效地阻止结肠癌（CAC）的发展可能有助于阻碍CRC的发展。乌梅丸是一种含有多种中草药提取物的制剂，临床上用于治疗CAC，但乌梅丸对CAC疗效的潜在机制尚不清楚。我们的研究首先基于综合转录组学和非靶向代谢组学以及相关实验验证，证明了WMP对转录和代谢水平的影响和机制。
材料和方法
通过单次注射偶氮甲烷（AOM），然后进行间歇性右旋糖酐硫酸钠（DSS）干预，随后给予WMP，建立CAC小鼠模型。最初，通过观察WMP干预后CAC小鼠的存活率、体重变化、结肠长度、肿瘤数量、肿瘤负荷和结肠组织的病理变化来评估WMP对CAC模型的治疗作用。随后，通过转录组学和非靶向代谢组学鉴定了WMP干预后CAC小鼠结直肠组织中的差异基因和代谢物。最后，基于转录组学和非靶向代谢组学的结果，通过蛋白质印迹、免疫荧光和ELISA验证了WMP对CAC小鼠过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）通路、WWnt通路和CC基序趋化因子配体3（CCL3）/CC基序趋化因子受体1（CCR1）轴的影响。
研究结果
WMP干预提高了CAC小鼠的存活率，减轻了体重减轻，缩短了结肠长度，减少了肿瘤发生，并改善了结直肠组织的病理变化，如腺体损伤、肿瘤发生和炎性细胞浸润。转录组学和非靶向代谢组学结果显示，WMP干预上调了脂肪酸氧化PPAR途径相关基因（Pparg、Ppara、Cpt1a和Acadm）和代谢物（L-肉碱和L-棕榈酰肉碱）的关键调控机制的表达。此外，它下调了Wnt通路相关基因（Wnt3、Axin2、Tcf7、Mmp7、Lgr5、Wnt5a、Fzd6、Wnt7b、Lef1和Fzd10等）和促炎相关基因（Il1b、Il6、Il17a、Ccl3和Ccr1等）。实验验证表明，WMP上调了CAC小鼠结直肠组织中PPAR通路相关蛋白[PPARγ、PPARα、肉碱棕榈酰基转移酶1A（CPT1A）和酰基辅酶A脱氢酶中链（ACADM）]。它还下调Wnt通路相关蛋白[β-catenin、T细胞因子（TCF）、淋巴增强子结合因子（LEF）和基质金属肽酶7（MMP7）]，抑制Wnt通路中关键转录因子β-catening的核转位，并抑制Wnt途径诱导的上皮间质转化（EMT）激活（上调E-cadherin和下调Vimentin）。此外，WMP干预降低了促炎因子[白细胞介素（IL）-6、IL-1β和IL-17A]，降低了CCL3/CCR1轴因子，包括CCL3蛋白水平和F4/80+CCR1+阳性表达细胞的减少。
结论
WMP通过上调PPARα介导的脂肪酸氧化、抑制Wnt信号通路介导的EMT和抑制CCL3/CCR1介导的炎症反应，显著抑制CAC肿瘤发生。
图文摘要
前言
许多研究证实了中药治疗IBD的疗效。Meta分析显示，含有苦参的中草药配方显著提高了UC患者的临床缓解率，降低了疾病复发风险。此外，临床试验支持姜黄和姜黄素对UC的治疗作用。中医药在延缓CAC进展方面也显示出了希望。在偶氮氧甲烷/葡聚糖硫酸钠（AOM/DSS）诱导的CAC小鼠模型中，黄芩汤、线莲解毒汤和溃结灵通过抑制局部免疫细胞浸润和减少细胞因子释放来抑制肿瘤发展。芍药汤通过下调上皮间质转化（EMT）抑制CAC模型小鼠的肿瘤进展。了解中医药治疗CAC的机制可以促进其临床应用。
乌梅丸（WMP）是一种由梅、细辛、生姜、当归、香蒲、胡椒、决明子、黄柏、黄连、人参组成的制剂。WMP在临床上用于治疗IBD已有数千年的历史。早在2002年，中国国家食品药品监督管理局就批准了全脂奶粉用于治疗胃肠道疾病。有人总结了WMP在IBD中的临床应用。此外，WMP已被临床用于CAC治疗，基础研究已证实其在CAC模型中的抗肿瘤作用。此外，Duan等人也研究了WMP的毒性。根据这项研究，3、6和12 g/kg（与我们的研究剂量相同）的WMP治疗对小鼠血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶、肌酐（CRE）、乳酸脱氢酶（LDH）、血尿素氮（BUN）、肌酸激酶（CK）和神经丝轻链（NEFL）水平以及心脏组织病理学变化没有影响。然而，WMP改善CAC的具体机制需要进一步研究。本研究使用AOM/DSS诱导的CAC小鼠模型全面评估了WMP对CAC肿瘤进展的影响。采用转录组学和非靶向代谢组学来鉴定CAC中的WMP靶点。随后，基于这些结果，我们进一步验证了WMP对过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）途径、Wnt途径和CC基序趋化因子配体3（CCL3）/CC基序趋化因子受体1（CCR1）轴的影响。
结果部分
实验设计示意图。
WMP干预抑制了CAC小鼠结直肠肿瘤的发生。
采用转录组学方法筛选WMP处理后CAC模型小鼠结肠中的差异基因。
非靶向代谢组学研究表明，WMP干预改变了结肠中的代谢物。
WMP干预诱导了PPAR介导的CAC小鼠的脂肪酸降解和氧化。
WMP干预抑制了CAC小鼠中Wnt信号通路的激活。
经WMP治疗后，CAC小鼠结肠EMT降低。
WMP干预抑制了CCL3/ccr1介导的炎症反应。
WMP的主要成分对PPAR信号通路、Wnt信号通路介导的EMT和CCL3/ CCR1轴中的靶蛋白具有良好的结合亲和力。
基于文献和分子对接，总结了WMP中主要成分在CAC上的可能机制。
结论与讨论
我们的结果证实了WMP对CAC的治疗作用。因此，WMP改善CAC的机制主要与上调PPARα介导的FAO有关，抑制Wnt信号通路介导的EMT，并抑制CCL3/ccr1介导的炎症反应。
我们的研究首先基于整合的转录组学和非靶向代谢组学，以及相关的实验验证，证实了WMP对转录和代谢水平的影响和机制。然而，WMP及其成分在CAC上的深层作用机制，以及WMP的详细药代动力学仍有待进一步研究。因此，通过比较WMP灌胃前后血浆成分的变化，可以确定WMP中主要成分的生物利用度。新技术，如单细胞RNA测序、空间转录组学和进一步的体外研究（如对结肠癌细胞的直接细胞毒性作用、对免疫细胞的抗炎作用、对结肠上皮细胞的保护作用等）。也将有助于评估血液中WMP成分的确切机制（哪些成分影响哪个靶细胞），并绘制CAC上WMP的“成分-靶细胞-靶蛋白”调控机制网络。此外，基于肠道微生物群在CAC进展过程中的关键作用，WMP处理后CAC小鼠肠道微生物群的变化和相互作用之间的关系。