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题目：通过代谢组学和网络毒理学解析小鼠中钩吻素己诱发的神经毒性
英文名：Decoding gelsenicine-induced neurotoxicity in mice via metabolomics and network toxicology
杂志：Phytomedicine
影响因子：6.7
发表时间：2025年4月9日
研究背景：钩吻素己（Gelsenicine）是钩吻属植物中毒性最强的成分，兼具多种药理活性与强效神经毒性，常因误服导致中毒事件，但其神经毒性分子机制尚未明确。当前研究缺乏对其毒性通路和关键靶点的系统解析，限制了临床诊断与风险评估。
研究思路：在C57BL/6J小鼠中进行急性口服毒性试验，以评估毒性症状、确定半数致死量（LD50）并评估组织病理学变化。采用非靶向代谢组学方法鉴定血清、海马（HIP）和延髓（MO）中的差异代谢物及相关通路。通过整合网络毒理学确定核心靶点和通路，并进一步通过分子对接和RT-qPCR验证，建立了参与钩吻素己诱导神经毒性的核心“化合物-靶点-代谢物-通路”网络。
研究结果：
1、钩吻素己在小鼠中引起急性毒性
通过记录不同剂量钩吻素己（图1A）暴露小鼠的生存率（图1B）以及基于性别的生存分布（图1C），使用Bliss Probit模型在SPSS中估算了C57小鼠的LD₅₀约为1.82mg/kg，其中雌性为1.89mg/kg，雄性为1.75mg/kg（图1D）。性别之间在LD₅₀、死亡率或毒性症状方面没有显著差异。这些发现证实了钩吻素己是一种高毒神经毒素。基于此，选择了1.0、2.0和4.0mg/kg作为后续实验的低、中和高剂量。在多个大脑区域（主要在延髓和海马体）检测到轻微病变，表现为神经元萎缩和细胞质空泡化（图1E）。尼氏染色显示海马体和延髓中尼氏体丢失（图1F）。透射电子显微镜（TEM）分析进一步显示了神经元超微结构损伤（图1G）。基于这些发现和先前的研究，选择了血清、海马体和延髓进一步调查钩吻素己对小鼠代谢轮廓的影响。
图1
2、血清、海马和延髓的代谢物谱分析及通路分析
主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）用于分析钩吻素己对小鼠血清、海马体和延髓代谢轮廓的影响。在血清（图2A-1）、海马体（图2B-1）和延髓（图2C-1）中均观察到显著的分离。通路富集分析揭示了包括组氨酸代谢、泛醌生物合成和TCA循环在内的9个关键通路（图2A-2）。在海马体中，识别出61种差异代谢物（例如苹果酸、谷氨酸、肉碱），前25个富集通路包括精氨酸生物合成、磷酸戊糖途径、组氨酸代谢和TCA循环（图2B-2）。在延髓中，发现了111种代谢物，前25个富集通路包括精氨酸生物合成、TCA循环和氨基酸代谢（图2C-2）。这些发现表明钩吻素己主要影响能量相关的代谢途径。
图2
3、网络毒理学识别钩吻素己神经毒性的靶点和通路
使用数据库和文献综述在钩吻素己和神经毒性之间确定了187个重叠靶点（图3A）。关键分子功能包括蛋白激酶活性、氧化还原酶活性、天冬氨酸型内肽酶活性、神经递质受体活性和蛋白激酶结合。显著的细胞组分定位于膜筏、突触膜、囊泡腔、轴突、突触前、受体复合物、蛋白激酶复合物、溶酶体、核膜和线粒体基质（图3B）。KEGG富集分析揭示了关键通路，包括神经活性配体-受体相互作用、5-羟色胺能突触和磷脂酶D信号。使用前20个通路及其靶点在Cytoscape中构建了“化合物-靶点-通路”网络，说明了钩吻素己、这些通路和关键靶点之间的关系（图3C）。通过整合毒理学和代谢组学分析揭示的关键“化合物-靶点-代谢物-通路”网络：通过比较网络毒理学靶点和血清、海马体和延髓中差异代谢物的靶点，确定了重叠靶点（图3D）。GO和KEGG富集分析显示，二羧酸代谢、小分子分解代谢和苹果酸代谢与生物过程最密切相关，而关键分子功能包括羧酸裂解酶、苹果酸脱氢酶、氧化还原酶和肉碱O-脂酰转移酶活性。线粒体膜、过氧化物酶体和线粒体基质是显著的细胞组分（图3E）。KEGG分析显示钩吻素己诱导的神经毒性主要影响碳代谢；氨基酸生物合成；以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢（图3F）。使用Cytoscape可视化“化合物-靶点-代谢物-通路”网络（图3G）。
图3
4、钩吻素己对核心靶点表现出良好的结合能
通过STRING数据库生成了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络（图4A）。Cytoscape筛选了核心基因，包括GLUD1、GOT、IDH、MDH、ME、TKT和GSR，这些基因与钩吻素己诱导的神经毒性密切相关（图4B）。所有钩吻素己与核心靶点的对接分数均低于-5，间接证实了先前分析的可靠性（图4C-K）。其中，钩吻素己对IDH2和GLUD1等靶点表现出较强的对接活性，结合能低于-7。
图4
5、钩吻素己可诱导核心靶点的表达失调
通过RT-qPCR检测对照组和钩吻素己暴露组之间核心基因表达的差异（图5a）。其他酶包括GLUD1、MDH1、MDH2、ME1、ME2、GOT2、GSR和IDH1在中等到高剂量下显示出显著降低的mRNA水平（图5B）。这些发现表明钩吻素己诱导的神经毒性涉及多个分子靶点。此外，为了评估这些酶的功能影响，测量了GLUD1和NAD-ME的活性，结果通常与RT-qPCR发现一致（图5C、D）。
图5
6、与核心靶点相关的代谢物作为潜在生物标志物
确定了与这些核心靶点相关的差异代谢物作为小鼠中毒的核心差异代谢物（图6A）。血清、海马体和延髓中核心差异代谢物的相对定量分析结果见图6B-D。图6E和F显示了两种代表性代谢物苹果酸和谷氨酸的色谱图和离子碎片，与mzCloud库的匹配分数超过90%。为了评估这些代谢物作为诊断标志物的潜力，进行了ROC曲线分析（图6G-I），表明对照组和钩吻素己处理组之间存在显著差异。这些代谢物可以作为潜在的生物标志物，其中谷氨酸和苹果酸是钩吻素己毒性所有三个样本中的核心生物标志物。
图6
总结：本研究通过代谢组学与网络毒理学结合，发现钩吻素己通过干扰以苹果酸-天冬氨酸穿梭（MAS）为中心的能量代谢网络（涉及TCA循环、氨基酸代谢等）诱导神经毒性，确定苹果酸、谷氨酸等为潜在生物标志物，为临床诊断和法医鉴定提供理论依据。傲星生物深耕生信分析十余载，有丰富的实验方案、完善的下游验证、机制研究服务，一对一专属服务为您排忧解难，助您轻松应对毕业和晋升！
