文献解读 | 单细胞技术揭示11-酮-β-乳香酸和Z-香胶甾酮在缺血性脑卒中治疗中的协同作用机制
学术
2024-11-11 18:28
新加坡
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欢迎大家点开今天的推送，今天小编给大家带来一篇中医药与单细胞技术相结合的高分文献，希望能为对这一领域感兴趣的朋友们提供一些新的研究视角。2 0 2 3 年 5 月 ， 来 自 第 四 军 医 大 学 西 京 医 院 的 丁 一 团 队 在《Pharmacological Research》 (IF = 9.1) 期刊上发表了一篇题为“Novel synergistic mechanism of 11-keto-β-boswellic acid and Z-Guggulsterone on ischemic stroke revealed by single- cell transcriptomics” 的研究论文。这项研究利用单细胞转录组学技术，深入探讨了11-酮-β-乳香酸（KBA）和Z-香胶甾酮（Z-GS）在缺血性脑卒中治疗中的协同作用机制。在开始深入探讨文章内容之前，让我们先对缺血性脑卒中这一疾病进行简要的认识。● 缺血性脑卒中，由脑血管阻塞导致脑组织血液供应中断，迅速消耗大脑中的氧气和葡萄糖，引发ATP合成停止、能量匮乏、离子稳态失衡，进而诱发脑水肿、神经炎症及神经细胞死亡等病理变化，最终造成严重的神经功能缺损，表现为肢体偏瘫、语言障碍及认知功能下降等症状，严重影响患者生活质量。● 尽管溶栓治疗在急性期取得一定成效，但脑卒中治疗仍面临挑战。目前研究已揭示多种发病机制，如细胞兴奋性毒性、线粒体功能障碍、神经炎症、血脑屏障损伤及细胞死亡过程，其中激活的信号通路成为潜在的治疗靶点。因此，探索有效的神经保护药物和治疗策略，对于减轻患者病痛、改善预后具有重要意义。● 近年来，中医药在缺血性脑卒中治疗上凸显独特优势。中医视其为血瘀证，治疗重活血化瘀。乳香与没药，因活血化瘀效果显著，在中国及印度等地广用。乳香含11-酮-β-乳香酸 (KBA) 等成分，其中KBA通过激活Nrf2/HO-1通路，保护神经免受氧化应激损伤。没药主成分香胶甾酮 (GS) 的异构体Z-GS，能降血脂、抑制脑缺血后炎症反应，改善神经损伤。● 临床经验表明，乳香与没药联用非简单药效叠加，而是协同增效，包括抗炎、抗癌、镇痛、抗菌及神经保护，且体外具促渗透作用。这些协同作用得现代研究证实，机制正逐步完善。我们已经对脑卒中及乳香、没药的背景知识有了初步了解，那么接下来可以思考以下几个关键问题：• 乳香与没药的活性成分 (KBA与Z-GS) 在缺血性脑卒中中是否具备神经保护效应？
• 它们的协同神经保护机制又是什么？
• GO/KEGG富集分析
• 免疫荧光实验验证
• 药物-基因协同调控模式建立Q1: KBA与Z-GS对MCAO小鼠是否具有协同神经保护效果？作者通过神经功能评分及TTC染色评估发现，KBA和Z-GS单独使用或联用均能显著改善MCAO小鼠神经功能和减小脑组织梗死体积，尤其是联用时效果更为显著，与阳性对照EDA相当，表明两者在脑缺血治疗中具有协同神经保护作用。Q2: KBA和Z-GS的协同神经保护机制是什么？接着，作者将缺血半暗带细胞制成单细胞悬液，通过scRNA-seq技术，筛选出31872个高质量细胞并聚类成25个细胞簇，归为14个原代细胞类型。对比MCAO模型组与给药组，发现KBA与Z-GS处理改变了各细胞类型的比例，其中小胶质细胞和星形胶质细胞占比突出，提示它们在神经保护机制中的关键作用。Q3: KBA和Z-GS如何调节小胶质细胞和星形胶质细胞亚型？进一步分析揭示了小胶质细胞的6种亚型，其中Ttrhi亚型在KBA与Z-GS处理后显著增多。GSVA分析显示，这两种化合物特异性地上调了Ttrhi亚型的基因表达，这些基因参与呼吸电子传递链和氧化磷酸化，而下调的基因则与细胞死亡和凋亡相关。这表明KBA与Z-GS可能通过促进小胶质细胞向Ttrhi亚型转化，调节其代谢和凋亡基因表达，从而减轻炎症并增强神经保护。在星形胶质细胞亚型的分析中，作者鉴定出7个亚型，并发现KBA处理后Ttrhi亚型数量增加。GSVA分析揭示了Ttrhi和St6galnac5hi亚型在药物处理后的功能差异。Ttrhi亚型的基因上调与St6galnac5hi亚型的基因下调与细胞凋亡相关，而Ttrhi亚型的基因下调与St6galnac5hi亚型的基因上调则与神经元发育和神经系统功能相关。这些结果强调了Ttrhi亚型在星形胶质细胞中的关键作用，并暗示KBA与Z-GS可能通过调节这一亚型来抑制细胞凋亡，促进神经系统的发育和修复，从而发挥神经保护效果。Q4: KBA和Z-GS如何调控小胶质细胞和星形胶质细胞的分化轨迹？通过伪时间轨迹分析，作者揭示了小胶质细胞和星形胶质细胞在发育过程中的动态变化，发现药物处理能够改变细胞状态分布。关键基因表达分析显示，与细胞分化和神经发育相关的六组基因表达受到影响。特别是，小胶质细胞中的Slc1a2基因和星形胶质细胞中的Timp1基因在药物处理后表达变化显著。这表明KBA与Z-GS可能通过调节这些关键基因，分别影响小胶质细胞和星形胶质细胞的分化路径，进而在脑缺血后促进神经保护。Q5：KBA和Z-GS影响MCAO小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞的机制是什么？作者通过差异分析和GSVA分析对比了药物处理组与模型组的基因表达，筛选出关键重叠基因。功能富集分析揭示这些基因在小胶质细胞中主要参与TNF信号、内质网蛋白加工及IL-17信号通路。值得注意的是，TNF作为关键因子，在不同处理组间表达差异显著。免疫荧光实验进一步证实，KBA与Z-GS处理能显著降低MCAO小鼠的TNF-α水平，且两者联合使用时效果更佳。这些发现表明，KBA与Z-GS可能通过减轻小胶质细胞介导的炎症反应来保护神经元，从而减轻脑缺血后的神经损伤。在星形胶质细胞中，功能富集分析显示重叠基因主要与细胞代谢过程相关，尤其是PPAR信号通路。Fabp7作为该通路的关键调控因子，在不同处理组间表达差异显著。免疫荧光实验进一步证实，KBA与Z-GS，尤其是联合使用，能显著上调MCAO小鼠星形胶质细胞中Fabp7的表达。这些结果表明，KBA与Z-GS可能通过调节星形胶质细胞的代谢活动，减轻脑缺血后的代谢障碍，从而促进神经修复。Q6：KBA和Z-GS对MCAO小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞的协同调节作用是什么？作者对比了联合用药与单独用药的基因表达，发现了协同调控的关键基因。KEGG富集分析显示这些基因在小胶质细胞中主要参与TNF信号通路、核糖体功能以及Toll样受体信号通路，其中NF-κB作为关键转录因子的表达变化通过免疫荧光染色实验得到验证。这些结果表明，KBA与Z-GS联用可能对小胶质细胞的炎症反应具有协同调节作用。在星形胶质细胞中，研究发现88个与铁死亡过程相关的交叉基因，免疫荧光染色证实KBA与Z-GS联用能显著提升MCAO模型组中铁死亡标志物Fth1的表达。这些结果表明，KBA与Z-GS联用可能通过调节星形胶质细胞的铁死亡过程来减轻脑缺血后的神经损伤。为了深入理解KBA与Z-GS的协同作用，作者提出了一种药物-基因协同调控模型，将基因分为增效-有益基因 (EEBGs)、增效-有害基因(EEHGs)、减毒-有益基因 (TRBGs)和减毒-有害基因 (TRHGs)四类，并筛选出了一系列具有代表性的基因 。这种分类有助于揭示药物如何通过调节特定基因表达来增强疗效或降低毒性。Q7：KBA和Z-GS协同神经保护作用的关键靶点是什么？作者通过对比小胶质细胞与星形胶质细胞的差异基因，筛选出Spp1作为潜在的协同作用基因。免疫荧光染色实验显示，KBA或Z-GS单独处理能上调Spp1表达，而两者联合使用则进一步增强这一效应，使其接近对照组水平。Western blot实验在共培养体系中也证实了KBA与Z-GS对Spp1表达的协同上调作用。这些结果表明，KBA和Z-GS可能通过增加Spp1表达，对抗中风后胶质瘢痕形成，从而发挥神经保护作用。综上所述，该研究通过一系列实验深入探讨了KBA与Z-GS在MCAO小鼠中的协同神经保护效应及其机制。结果表明，KBA与Z-GS通过调控小胶质细胞和星形胶质细胞的分化、代谢、炎症反应及凋亡过程，发挥了显著的神经保护作用。此外，Spp1被确定为KBA和Z-GS协同神经保护作用的关键靶点。综合来看，这篇文章通过单细胞转录组学探讨了KBA和Z-GS两种化合物在缺血性脑卒中中的协同作用机制，分析了小胶质细胞和星形胶质细胞及其亚型的基因表达变化。作者不仅鉴定了多种细胞类型及其亚群，还进一步探索了这些细胞在脑卒中后的功能变化以及药物对其的调控作用。● 细致的细胞类型与亚群分析：研究鉴定14种细胞类型及小胶质、星形胶质细胞亚型，为后续的功能分析和药物作用机制奠定了基础。● 创新的药物-基因协同调控模式：研究不仅关注药物对单一基因的直接影响，还深入探索了药物间、基因间的相互作用，提出了四种协同调控类型，为理解药物协同作用的复杂机制提供新视角。● 实验验证：研究通过免疫荧光等实验手段，验证了关键基因的表达变化，从分析到实验的顺畅过渡。然而，作为读者，我们也可以思考如何在此基础上进一步完善研究：● 小胶质细胞和星形胶质细胞亚型的互作关系：研究已经鉴定出多种亚型，但不同亚型之间的互作关系及其对神经保护的影响尚不清楚。未来可以进一步探讨这些亚型之间的相互作用，以及它们如何共同调节神经系统的稳态和修复过程。● 其他潜在靶点的挖掘：虽然Spp1被确定为枢纽基因，但研究中还发现了许多其他有趣的基因和通路等待挖掘。1.Qin C, Yang S, Chu YH, et al. Signaling pathways involved in ischemic stroke: molecular mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):278.2.Cao B, Wei XC, Xu XR, et al. Seeing the Unseen of the Combination of Two Natural Resins,Frankincense and Myrrh: Changes in Chemical Constituents and Pharmacological Activities.Molecules. 2019;24(17):3076.3.Liu T, Bai M, Liu M, et al. Novel synergistic mechanism of 11-keto-β-boswellic acid and Z-Guggulsterone on ischemic stroke revealed by single-cell transcriptomics. Pharmacol Res.2023;193:106803.伊莱博生物团队会持续更新科研热点研究，基金申请的各种技巧以及相关政策资讯，欢迎大家关注！大家如果对自己写好的本子存在什么疑虑，或者想发高分文章还没有确定思路的可以私信小编免费评估一下！另外，团队提供高分文章课题设计和标书撰写指导相关的咨询服务，写本子遇到困难的小伙伴们可以扫码咨询！科研学术规划 标书撰写指导
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