Functional metabolomics analysis of the protective mechanism of total flavonoids of Scutellaria baicalensis on acute myocardial ischemia rats
01
文章亮点
功能代谢组学显示，黄芩总黄酮（TFSB）可部分纠正急性心肌缺血（AMI）引起的代谢紊乱。
黄芩总黄酮对急性心肌缺血的心脏保护作用涉及抗炎途径。
引用信息：
Tang FY, Ma RY, Xiong AY, et al. Functional metabolomics analysis of the protective mechanism of total flavonoids of Scutellaria baicalensis on acute myocardial ischemia rats. Tradit Med Res. 2025;10(3):15. doi:10.53388/TMR20240514003
02
研究背景
急性心肌缺血引起的冠心病是导致死亡的主要原因。目前AMI的临床治疗策略包括再灌注治疗、冠状动脉搭桥术和药物治疗，药物治疗是其中的主要方法之一。然而，西药存在副作用，包括出血风险和硝酸盐耐受性。中药解决了单一成分药物的局限性，并为AMI提供了一种新的治疗策略。代谢组学作为组学分析中的一种新方法，已被用于研究中药的作用机制，为解释中药的综合作用和潜在成分提供了新的视角和方法。然而，黄芩总黄酮治疗AMI的确切机制尚不清楚。
03
研究方法
60只雄性SPF级SD大鼠分为5组，每组12只，分别为对照组、AMI模型组、阳性对照组（盐酸普萘洛尔，PNLE，30 mg/kg）、低剂量TFSB组（TFSB-L）、高剂量TFSB组（TFSB-H）。TFSB-L组和TFSB-H组大鼠每日分别以50 mg/kg和100 mg/kg的剂量灌胃。同时，PNLE组大鼠口服盐酸普萘洛尔30 mg/kg，对照组和模型组大鼠口服相同体积的0.5% CMC-Na。每天给药一次，持续12天，如图1A所示。
第十天，在第三和第四肋骨之间开胸，在此期间，使用6-0缝线无菌关闭左前降支冠状动脉近端约1-1.5 mm。对照组大鼠除左前降支冠状动脉结扎外，进行了相同的手术。通过st段抬高和QRS增宽的心电图结果证实了大鼠AMI的存在（图1B）。进一步观察心肌酶变化，确定AMI模型是否建立成功（图1C）。
图1 各组大鼠心电图及心肌酶水平
04
研究结果
组织病理学和生理指标
如图2A所示，模型组AMI大鼠梗死面积较对照组明显增大；与模型组比较，盐酸普萘洛尔、黄芩总黄酮低剂量组、黄芩总黄酮高剂量组梗死面积均减小，但以高剂量组最为显著（图2B）。如图2C所示，模型组心肌损伤明显，结构异常，炎症浸润明显，间质水肿。此外，与模型组相比，PNLE、TFSB-L、TFSB-H组心肌细胞水肿和肌丝异常明显减轻，细胞间隙缩小，炎症细胞浸润和纤维化明显减少。以上结果表明，高剂量组的效果优于低剂量组，因此选择高剂量组进行代谢组学分析。
图2 TFSB对AMI大鼠心肌组织的影响
多元统计分析
PCA图显示，在正离子模式和负离子模式下，对照组和模型组之间的代谢谱存在显著差异（图3A、3B）。模型参数的R2值为0.528，表明OPLS-DA模型具有较强的可解释性。与模型组和TFSB组相比，在正离子模式和负离子模式下，对照组大鼠血清分离良好（图3C、3D）。与模型组相比，TFSB-H组更接近对照组。上述结果提示，TFSB治疗可恢复AMI大鼠代谢谱紊乱。
图3 各组血清代谢物多元统计分析
筛选差异代谢物
采用OPLS-DA模型（图3E、3F）筛选差异代谢物。模型的R2大于0.5，说明模型具有较好的拟合精度。对照组与模型组间代谢物含量差异显著，各组间呈良好的聚集趋势。此外，对OPLS-DA模型进行了200个排列验证（图3G、3H）。替换验证显示Q2和R2值均低于原模型，且Q2 < 0，说明构建的OPLS-DA模型具有稳定性。这些结果表明，在未过度拟合模型的情况下，对照组的代谢谱与模型和TFSB-H组不同。
根据OPLS-DA的P < 0.05、fold change > 2或fold change < 0.5、VIP > 1筛选差异代谢物。对照组与模型组间共鉴定出24种差异代谢物。经TFSB治疗后，14种差异代谢物水平逆转至接近正常水平，其中包括7种上调代谢物和下调代谢物（图4A）。此外，热图更直观地说明了不同组之间代谢物的差异（图4B）。
图4 各组大鼠血清样品中差异代谢物的相对水平
代谢通路分析
通过MetaboAnalyst 5.0 (https://www.metaboanalyst.ca/)对14种差异代谢物进行途径富集分析，发现差异代谢物与花生四烯酸代谢和戊糖磷酸途径密切相关（图5）。
图5 大鼠血清中差异代谢物途径富集分析
代谢物相关酶的分子机制验证
根据KEGG数据库和文献发现在花生四烯酸代谢途径中，最重要的差异代谢物（白三烯C4、5-oxoETE和15(S)-HpETE）的上游酶为5-脂氧合酶（5-LOX）和15-脂氧合酶（15-LOX）。Western blot结果显示，与对照组相比，模型组心肌组织中5-LOX、15-LOX、IL-1β和NF-κB p65蛋白表达水平显著升高，表明AMI造模后LOX通路激活，炎症反应增强（图6）。与模型组相比，TFSB治疗导致5-LOX、15-LOX、NF-κB p65和IL-1β蛋白表达水平显著降低。
05
结论
花生四烯酸代谢和戊糖磷酸途径是黄芩总黄酮治疗急性心肌缺血的关键机制，与炎症反应的抑制密切相关。15-LOX和5-LOX是改变最显著的差异代谢物（LTC4）的上游酶，在黄芩总黄酮治疗急性心肌缺血中起重要作用。
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