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流式细胞术在中医药学研究中的应用

中医药学是中国民族优秀文化中的瑰宝,近些年来,在国家的重视和支持下,中医药界、中西医结合界以及相关学科领域的众多学者采用现代、多学科的技术和方法对中医药进行较为深入的研究,并取得了较为丰硕的成果,从各种角度印证了中医药学的科学性,展现出中医药理论现代科学的实质,提高了中医药防治疾病的临床疗效。新冠肺炎疫情发生以来,中医药防治发挥了巨大作用。国家卫健委和国家中医药管理局联合发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》(试行第四/五/六/七/八版)均含有中医治疗方案。

流式细胞术是一项细胞水平的精密检测技术,从同一个单细胞中可以同时测得多种参数,对中医药的作用机制和机理研究、以及从细胞和分子生物学水平认识中医药提供了可靠的手段。

研究肿瘤药物对细胞的作用机理

1. 单方药物诱导细胞凋亡和线粒体膜电位降低:

采用不同浓度 (0、25、50、100 μg/ml) 的青蒿琥酯干预 MDA-MB-231 细胞 24h,利用流式细胞术检测细胞凋亡情况及线粒体膜电位。结果显示,与对照组比较,25、50 及 100μg/ml 青蒿琥酯作用于 MDA-MB-231 细胞 24h,细胞凋亡率显著增高 (P<0.01,图 1),线粒体膜电位显著降低 (P<0.01,图 2),且呈浓度依赖性。

流式细胞

图 1. 青蒿琥酯诱导 MDA-MB231 细胞凋亡(流式细胞术,n=3)

                 

流式细胞

图 2. 青蒿琥酯调控 MDA-MB231 细胞线粒体膜电位(流式细胞术,n=3)

       

2. 复方药物抑制肿瘤细胞周期

复方苦参注射液作用 48h 后, 大肠癌 LoVo 细胞可检测亚 G1 峰, 凋亡率为 ( 7.3 ±1.5) %, 与对照组 ( 2.1±0.5) % 相比有明显升高。经细胞周期分析发现 S 期细胞比例明显增高, 呈现出S期阻滞现象。

3. 中药成分的机理研究

氧化苦参碱(OMT)是中药苦参的提取物,具有各种药理作用,特别是对心血管系统。通过流式细胞术发现 OMT 通过 G1 期阻滞抑制 TGF-β1 诱导的心肌纤维化。

流式细胞

图 3. 使用 NovoExpress 软件一键拟合的细胞周期分析数据

     

4. 中药成分的免疫调节作用

主要成分为苦参碱和槐果碱的水溶性生物碱 E2-a,可以上调 CD3 + CD4 + T 细胞亚群的频率,使 CD3 + PD-1 + T 细胞亚群的频率降低。通过减少 PD-1 的表达并加速抗原特异性 T 细胞的细胞因子分泌,可以抑制寄生虫病感染的囊肿发展并增强特异性免疫反应。

流式细胞

图 4. 使用流式细胞术计数 CD3+,CD4+ 及 CD8+ 各个亚群的 PD-1+T 细胞

                  

5. 针灸对淋巴细胞亚群比例及绝对计数的影响

对中晚期非小细胞肺癌癌因性疲乏患者用常规中西药结合治疗(对照组)基础上联合调益三焦针灸法(温和灸膻中、中脘、气海、足三里,针刺血海、外关、太冲)治疗。治疗后,与对照组比较,B 细 胞、CD4+T 细胞的百分比和绝对计数上升 (P<0.05),CD3+T 细 胞 计 数 明 显 升 高(P<0.05),推测其作用机制可能是通过调节淋巴细胞数量、改善免疫功能实现的。

流式细胞

图 5. 两组中晚期非小细胞肺癌癌因性批发患者治疗前后淋巴细胞亚群绝对计数比较(x±s)

药效及疗效评价

1. 评价活血化瘀药物对血小板功能的影响

以CD61 标记所有血小板,CD62p 标记活化血小板,采用流式细胞术检测血小板活化,只需取少量外周血,经单克隆抗体标记后就可快速、稳定地检测。随着流式细胞仪检测手段的完善,其检测的敏感性和特异性也大大提高。因此,完全可以通过建立一种相对简单的流式细胞仪检测外周血中 CD62p 含量或百分率的模型,达到检测抗血小板活化类活血化瘀药物生物活性的目的。

2. 对促血小板形成中药进行活性筛选和评价

通过体外培养骨髓细胞,利用不同细胞因子组合诱导向巨核细胞分化,比较各种诱导方法对向巨核细胞分化的影响,选择 7-AAD- Lin- CD117- CD41+ 巨核细胞的检测用于中药及从中药提取分离化合物的促血小板作用筛选、活性评价和作用机制研究。

流式细胞

图 6. 流式细胞术分析骨髓细胞向巨核细胞的分化

       

3. 中药成分的纳米药物在体内的摄取

钩藤碱(Rhynchophylline, RIN) 是常用中药钩藤的主要活性成分,常被用于中枢神经系统疾病包括中风、阿尔茨海默病等的治疗。由于其在脑组织中的低溶解度以及难以穿过血脑屏障,应用受到局限。

用流式细胞仪检测 bEnd.3 细胞对于纳米颗粒的摄取发现,将钩藤碱制成纳米颗粒后可增加脑细胞对药物的摄取效率。

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图 7. 钩藤碱纳米药物结构示意图

流式细胞

图 8. 流式细胞术分析 bEnd.3 细胞对于纳米颗粒的摄取效率

流式细胞术的检测目标广泛,从细胞到核酸以及各类分子,还可以应用于中药对细胞因子、激素受体表达的影响,对细胞粘附分子表达的影响,对免疫相关细胞亚群的影响,对细胞内酶的表达影响等多个方面,相信随着中医药学的不断发展,流式细胞术可以给予研究人员更多的支持。

参考文献

1. 杨超,张彦收,刘亮等,青蒿琥酯对乳腺癌细胞的生长抑制作用及其机制,解放军医学杂志 2020年8月28日 第45卷 第8期,804-809.

2. 徐月, 秦剑, 周远大等.复方苦参方剂对大肠癌LoVo细胞体外增殖凋亡的影响,第四军医大学学报, 2009, 30 ( 15) :1391 -1393.

3. Linglu Zhao, Peng Luo et.al Oxymatrine Inhibits Transforming Growth Factor b1 (TGF-b1)-Induced Cardiac Fibroblastto-Myofibroblast Transformation (FMT) by Mediating the Notch Signaling Pathway In Vitro, Med Sci Monit. 2018; 24: 6280–6288.

4. Luo, Y., Zhang, G., Liu, X. et al. Therapeutic and immunoregulatory effects of water-soluble alkaloids E2-a from Sophora moorcroftiana seeds as a novel potential agent against echinococcosis in experimentally protoscolex-infected mice. Vet Res 49, 100 (2018).

5. 华晓东,侯娟,徐琳,税凤春等,不同方法检测丹参多酚酸对血小板功能影响的比较,2019,31 (5),11-13.

6. 李芸芊,郭冉,朱枝祥等,体外诱导骨髓细胞分化成巨核细胞的方法学研究,中国实验血液学杂志,2020;28(4):1357-1362.

7. Ruiling Xu, Chunmei Fu et.al, Rhynchophylline Loaded-mPEG-PLGA Nanoparticles Coated with Tween-80 for Preliminary Study in Alzheimer’s Disease ,Int J Nanomedicine. 2020; 15: 1149–1160.

8. 李文涛,刘云鹤,于建春等,调益三焦针灸法对中晚期非小细胞肺癌癌因性疲乏的疗效及免疫功能的影响,针刺研究,2020年12月,第45卷,第12期,1000-1005.

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