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Efficacy of Qi-Gen powder for immunity enhancement and investigation of its therapeutic mechanisms through gene expression profiling
第一作者：高雪嫣、王苹苹
通讯作者：郝智慧
研究背景
病毒感染可对畜牧业养殖动物的健康构成严重威胁，免疫增强剂是一类能够提升动物的天然免疫力、增强疫苗有效性等的药物。然而，目前大多数免疫增强剂存在着原料成本高昂和安全性尚存在争议的问题。多种传统中药已在增强免疫细胞、免疫器官和细胞因子功能方面展现出显著效果，同时还能有效抑制自身免疫性疾病、过敏和炎症性疾病的发展。中药方剂芪根粉在传统名方玉屏风散的基础上，添加了具有免疫调节作用的黄芩和板蓝根，具有作为免疫增强剂的潜力。本研究旨在深入分析芪根粉的免疫调节作用，以期为中药在畜牧业免疫调节领域的广泛应用提供新的理论依据和实践指导。
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1. 芪根粉对免疫抑制小鼠免疫功能的影响
本研究利用环磷酰胺诱导的小鼠免疫抑制模型，评估芪根粉恢复小鼠免疫功能的能力。研究发现，中剂量（1.41 g/kg b.w.）和高剂量（2.82 g/kg b.w.）芪根粉组均可有效改善环磷酰胺诱导小鼠的免疫功能（P < 0.01或P < 0.05）；此外，玉屏风组也显示出一定治疗效果（图 1）。
图1 玉屏风和芪根粉对免疫抑制小鼠免疫功能的影响
A：胸腺指数；B：脾脏指数；C：血清溶血素水平；D：刀豆蛋白A水平
Control：对照组；CTX：环磷酰胺组；YPF：玉屏风组；QGL：低剂量芪根粉组；QGM：中剂量芪根粉组；QGH：高剂量芪根粉组；下图同
芪根粉组的脂多糖（LPS）刺激指数均显著低于对照组（P < 0.05或P < 0.01），且均高于环磷酰胺组（图 2A）。相较于环磷酰胺组，中、高剂量芪根粉组的脾脏淋巴细胞上清液中IL-2和IFN-γ水平显著提升（IL-2，P < 0.01；IFN-γ，P < 0.05）（图 2B、C）。此外，与环磷酰胺组相比，中、高剂量芪根粉组的巨噬细胞吞噬能力显著增强（中剂量：19.8%，P < 0.01；高剂量：20.2%，P < 0.01）（图 2D）。
图2 玉屏风和芪根粉对免疫抑制小鼠LPS刺激指数和免疫调节因子的影响
A：LPS刺激指数；B：IL-2水平；C：IFN-γ水平；D：巨噬细胞吞噬率
玉屏风组和高剂量芪根粉组比较结果显示，高剂量芪根粉组的胸腺指数、溶血素抗体水平、刀豆蛋白A水平、脂多糖刺激指数、IL-2和IFN-γ含量以及巨噬细胞吞噬率均高于玉屏风组，表明在玉屏风的基础上加入黄芩和板蓝根制成芪根粉后，其免疫增强效果变得更加显著。
2. 芪根粉对雏鸡疫苗接种后抗体效价、炎性因子水平和淋巴细胞增殖的影响
为评估芪根粉对疫苗接种后雏鸡免疫功能的影响，本研究采用了鸡新城疫病毒IV系疫苗滴鼻造模。结果显示，中、高剂量的芪根粉组的抗体滴度、IFN-γ、IL-2和脾脏淋巴细胞增殖水平均强于低剂量芪根粉组或仅接种疫苗的无处理组（图 3）。
图3 芪根粉对鸡新城疫病毒IV系疫苗免疫效果的影响
A：抗体效价变化；B：IFN-γ水平；C：IL-2水平；D：淋巴细胞增殖水平
Control：未接种疫苗组；Model：仅接种疫苗组；QGL：疫苗接种+低剂量芪根粉组；QGM：疫苗接种+中剂量芪根粉组；QGH：疫苗接种+高剂量芪根粉组；下图同
3. 芪根粉对接种疫苗后雏鸡免疫器官指数、法氏囊指数和体重变化的影响
进一步比较各组之间的免疫器官指数和法氏囊指数，从而评估芪根粉对接种鸡新城疫病毒IV系疫苗后雏鸡免疫器官的影响。结果显示，中、高剂量芪根粉组胸腺指数（图 4A）、脾脏指数（图4B）和法氏囊指数（图 4C）均显著高于其他组（P < 0.05），但两组间无显著差异（P > 0.05），说明在接种疫苗后给予芪根粉治疗可显著提高雏鸡的免疫力。
图4 芪根粉对鸡新城疫病毒IV系疫苗接种后免疫器官反应性的影响
A：胸腺指数；B：脾脏指数；C：法氏囊指数；D：体重变化
4. 基于微阵列技术的芪根粉治疗机制基因表达验证研究
为了进一步探究芪根粉的治疗机制，本研究对0.075 mg/mL芪根粉处理6 h的MCF-7乳腺癌细胞进行了基因表达谱分析，共筛选到289个差异表达基因，其中118个基因表达下调，171个基因表达上调（图 5）。
图5 芪根粉处理的MCF-7细胞的微阵列基因表达谱火山图
红色点表示显著上调基因，蓝色点表示显著下调基因
利用差异表达基因进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析，以探究芪根粉对免疫功能的潜在影响，结果显示，上调差异基因主要参与GO生物过程，如病毒应答、I型干扰素信号通路、病毒防御应答、病毒基因组复制的负调控以及一氧化氮介导的信号转导；下调差异基因主要参与序列特异性DNA结合的调节、转录因子的活性、转录的正调控以及DNA模板转录；上调差异基因主要参与代谢途径、细胞色素P450酶介导的外源物质代谢、化学致癌作用、酪氨酸代谢、色氨酸代谢和单纯疱疹病毒感染，而下调基因则未显著参与任何通路（图 6）。
图6 GO分析和KEGG通路分析
A：上调差异基因；B：下调差异基因
编辑荐语
本研究结果表明，芪根粉能够显著改善非特异性细胞免疫和特异性体液免疫，其药理作用优于传统中药玉屏风；芪根粉还能增强雏鸡接种新城疫病毒疫苗后的免疫应答能力；芪根粉在多个层面影响了机体对病毒的响应、I 型干扰素信号通路、机体对病毒的防御反应以及对病毒基因组复制的负控制。本研究不仅揭示了芪根粉作为免疫增强剂的潜力，也为传统中药在提升动物免疫力及优化疫苗效果方面的应用提供了新视角和科学依据。
作者介绍
通信作者：郝智慧
中国农业大学动物医学院临床兽医系，教授，博士生导师，主要围绕人类健康、动物健康从事中兽药现代化和创新药物开发及中药材在畜牧业开发利用的研究工作，主持或参与国家重点研发计划、国家948计划项目、国家十二五支撑计划、国际合作交流专项、国家自然科学基金项目、农业部公益性行业专项项目等；主导完成了包括3个国家一类新中兽药在内的20余个新兽药、新饲料添加剂品种的研制并实现转化，主持或作为主要完成人获颁布的国家标准和地方标准27项。
原文链接
Gao, X., Wang, P., Wang, S. et al. Efficacy of Qi-Gen powder for immunity enhancement and investigation of its therapeutic mechanisms through gene expression profiling. One Health Adv. 2, 24 (2024). https://doi.org/10.1186/s44280-024-00055-x
