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随着我国经济的发展以及居民生活水平的提高，越来越多的人来到高原生活、工作和旅游，但由于高原地区氧分压较低，高原病的发病率呈现逐年上升的趋势[1]。高原脑水肿（HACE）是高原病发生发展过程中最为严重的阶段，其临床表现为头痛、协调丧失、虚弱、意识水平降低[2]，并对机体造成不可逆的损伤。7-羟乙基白杨素（7-hydroxyethyl chrysin，7-HEC）是课题组前期筛选发现并合成的具有自主知识产权的抗高原缺氧化合物[3]，研究发现[4-5]，其对脑缺血再灌注大鼠和模拟高原低压性缺氧致脑组织损伤大鼠均具有明显的保护作用，并能够减轻低压低氧诱导的认知功能损伤[6]，在抗高原缺氧方面表现出优异的活性与前景。因此，本文主要从7-HEC对高原脑水肿的可能作用机制出发，探究其与自噬、周期、凋亡等通路之间的关系，为防治高原脑水肿的可能作用机制奠定基础。
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27只SPF级雄性Wistar大鼠（体重180～200 g），购自联勤保障部队第九四〇医院动物实验科，合格证号：SCXX（军）2012-0029，动物伦理委员会编号：2021KYLL173。
7-HEC由实验室景林临副教授自行合成；MDA、SOD试剂盒（南京建成生物工程研究所）；CDK2、CDK6、CyclinD1、CyclinE2、PARP、Bax、Bcl-2、P62、LC3B抗体（英国Abcom公司）；BCA蛋白试剂盒（Solarbio公司）；脱脂奶粉（美国BD公司）；Western Bright TM ECL（美国Advansta）。
IEC-Micromax高速离心机（美国ThermoElectron公司）；Tissuelyser快速研磨仪（上海净信科技公司）；BP210S电子天平（赛多利斯有限公司）；HP-8453紫外分光光度计（美国惠普公司）；SpectraMax i3全自动荧光酶标仪（美国Molecular Devices公司）；FLYDWC20-ⅡA大型低压低氧动物实验舱（中航贵州风雷航空军械有限责任公司）。
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将27只SPF级雄性Wistar大鼠适应性饲喂3 d后，随机分为3组，正常对照组、缺氧模型组、7-HEC给药组。给药组连续灌胃7-HEC（350 mg/kg）7 d，对照组和模型组给予等量灭菌注射用水。第四天，模型组和给药组放入大型低压低氧动物实验舱中，以10 m/s速度减压上升至相当于海拔6000 m处，缺氧处理3 d后处死，取脑组织。缺氧处理期间，氧舱温度：8:00～20:00，12 ℃，20:00～次日8:00，2 ℃；动物自由摄食及饮水；给药组继续灌胃给药。
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每组分别取6只大鼠脑组织标本，准确称重后，按质量（g）∶体积（ml）=1∶9 加入生理盐水制成10 %组织匀浆，采用WST-1法检测SOD活性、采用硫代巴比妥酸法检测MDA含量，以上操作均按试剂盒说明书进行。
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每组选取3只大鼠脑组织，称重后加入9倍量高效裂解液，使用组织研磨仪进行组织匀浆，于冰上裂解30 min，低温离心后吸取上清匀浆液10 μl，BCA法测蛋白含量，剩余上清与4×上样缓冲液按体积3∶1比例混匀，封口膜封口，95 ℃煮沸10 min进行蛋白变性，取等量蛋白样品上样，采用 SDS-PAGE 进行分离，电泳完成后将蛋白转至PVDF膜上，含5 %脱脂牛奶室温封闭2 h，一抗4 ℃孵育过夜。用TBST缓冲液漂洗4次，每次10 min。加入二抗，室温孵育2 h，TBST缓冲液洗涤PVDF膜4次，每次10 min。配制ECL发光液，按照A液和B液1∶1进行配制，涂抹发光液，放入ChemiDoc MP Imaging System全能型成像系统进行曝光。用Image J软件对蛋白条带进行灰度值分析。
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实验结果以（
$ \bar x \pm s $ ）表示，采用 SPSS 21.0 软件进行数据分析，选用单因素方差分析法进行组间变量分析，LSD-t 法比较组间差异。以P<0.05表示有显著性差异，以P<0.01表示有极显著性差异。 -
大鼠脑组织中氧化应激相关指标MDA与SOD的测定结果如图1所示，与对照组相比，缺氧组大鼠脑组织中MDA含量显著性升高，SOD活力显著性下调（P<0.05），当给予7-HEC时，缺氧组大鼠脑组织中MDA含量下调，SOD活力上调，且差异具有统计学意义（P<0.05）。结果提示，7-HEC可能参与机体氧化应激的调节，起到防护高原脑水肿的效果。
图 1 各组脑组织中MDA含量及SOD活力比较（
$ \bar x \pm s $ ，n=6） -
如图2所示，大鼠脑组织中PARP与Bcl-2的蛋白表达在缺氧组下调，给药后显著上调（P<0.01），大鼠脑组织中Bax的蛋白表达在缺氧组上调，给药组显著下调（P<0.01），为进一步探讨Bcl-2与Bax对凋亡的易感性，对Bax/Bcl-2的比例进行比较，结果显示，与对照组相比，缺氧组显著下降，与缺氧组相比，给药组极显著上调（P<0.01）。结果提示，7-HEC可能参与细胞凋亡从而防治高原脑水肿。
图 2 大鼠脑组织中凋亡相关蛋白电泳图及蛋白表达量（
$ \bar x \pm s $ ，n=3） -
如图3所示，与对照组相比，大鼠脑组织中周期相关蛋白CyclinE2、CyclinD1、CDK6、CDK2的表达在缺氧组均下调（P<0.05）；与缺氧组相比，在给药组中，CyclinE2、CyclinD1、CDK6、CDK2蛋白的表达显著上调（P<0.05）。结果提示，7-HEC可能参与细胞周期调控从而防治高原脑水肿。
图 3 大鼠脑组织中周期相关蛋白电泳图及蛋白表达量（
$ \bar x \pm s $ ，n=3） -
如图4所示，大鼠脑组织中P62的蛋白表达在缺氧组极显著上调，给药后显著下调（P<0.01）；与对照组相比，大鼠脑组织中LC3-B的蛋白表达在缺氧组显著下降，与缺氧组相比，给药组极显著上调（P<0.01）。结果提示，7-HEC可能参与细胞自噬过程从而防治高原脑水肿。
图 4 大鼠脑组织中自噬相关蛋白电泳图及蛋白表达量（
$ \bar x \pm s $ ，n=3） -
氧化应激是一种有害事件，可导致活性氧大量产生或抗氧化防御功能不足，损害神经血管单元的完整性，造成神经元不可逆死亡，进而血脑屏障破坏形成脑水肿[8]。MDA是脂质过氧化的产物，其含量可以间接反映组织氧化应激的水平，SODs是一类具有催化超氧化物生成过氧化氢的抗氧化酶[9]，可以直接或间接地反映氧化应激的水平。本研究发现，经给药干预后，大鼠脑组织MDA含量显著降低，SOD活力显著提高，表明7-HEC可改善脑水肿大鼠的氧化损伤，从而对脑水肿起到一定的预防作用。
研究表明，缺氧与细胞周期、凋亡、自噬密切相关，细胞周期蛋白表达异常会引发细胞凋亡[10]。细胞周期失调的细胞有机会通过DNA损伤反应的各种机制来阻止DNA修复、细胞周期调节和DDR基因转录。目前研究认为，自噬是另一种DDR机制，它通过促进或防止细胞死亡来应对DNA损伤，从而发挥作用[11]。细胞周期从G1期到S期的调节因子是CDK2蛋白，自噬主要影响细胞周期的G1期和S期，因此自噬与周期也存在密不可分的关系。
细胞凋亡是一种受基因调控的细胞程序性死亡方式，是一种正常的生理变化。缺氧是细胞凋亡的诱导因子之一，细胞凋亡加剧是低氧环境诱发机体机能损伤的重要途径[12]。其受Bax和Bcl-2控制。Bcl-2蛋白的过表达在动物模型中被证明可以减轻肝和肾的损伤，而Bax的过度表达则可诱导细胞凋亡[13]。本实验的结果表明，缺氧组大鼠脑组织中Bax/Bcl2比值降低，诱导细胞凋亡，加重脑水肿，7-HEC可上调Bax/Bcl2比值，进而抑制细胞凋亡，起到抗高原脑水肿的作用。
细胞周期在细胞增殖和分裂中起着关键作用，其由两类蛋白精确调控，CDKs、cyclin作为关键的周期蛋白。这两类蛋白决定了细胞维持在停滞状态或继续进行细胞周期。细胞周期抑制已被证明可以提供神经保护，减少星形胶质细胞瘢痕形成和微胶质激活，并改善创伤性脑损伤后的运动和认知恢复[14]。在本实验中，缺氧环境可下调周期蛋白的表达，而7-HEC可上调周期蛋白的表达，对高原脑水肿起到一定的预防作用。
缺氧与自噬密切相关。缺氧条件下，会诱导自噬的发生。自噬是一种高度调控的连续过程，它是一种重要的程序性细胞死亡[15]。LC3蛋白与P62蛋白相互作用，是自噬的标志物。P62蛋白通常存在于自噬体中，并在自溶酶体形成时被降解[16]。LC3蛋白是哺乳动物自噬蛋白和自噬小体标记物，LC3B是自噬体标记的四种不同亚型中使用最广泛的一种。自噬受体包括P62等一系列连接泛素化底物和LC3的适配器，自噬体一旦形成，就会经历成熟阶段，然后与溶酶体融合，发生自噬。此外，P62还可调节细胞凋亡，主要通过选择性减少胞质中促凋亡蛋白来减轻细胞死亡，保护机体免受伤害[17]。在本实验中7-HEC可下调P62、上调LC3B的表达，从而促进自噬，保护机体免遭高原脑水肿损害。
凋亡、自噬、周期三种生物过程相互联系，相互影响，作用于机体，保障机体的正常运行。凋亡、自噬、周期相关因子的变化又会影响氧化应激通路的发生发展。在本实验中，7-HEC降低大鼠脑组织中MDA含量，上调SOD含量，从而抑制HACE引发的氧化应激；其还可上调周期和自噬蛋白的表达，从而增强大鼠脑神经元细胞的增殖活性，加速损伤细胞的自噬，保护机体免受HACE的损害。综上，7-HEC可抑制细胞凋亡和周期，增强自噬，进而抑制机体氧化应激，从而达到防护高原脑水肿的作用。
A preliminary study on the mechanism of 7-HEC on high altitude cerebral edema
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摘要:
目的 研究7-羟乙基白杨素（7-HEC）对高原脑水肿（HACE）的可能作用机制。 方法 建立大鼠高原脑水肿模型，测定大鼠脑组织中超氧化物歧化酶（SOD）的活性及丙二醛（MDA）的含量，采用蛋白质印迹法检测细胞凋亡、周期及自噬相关蛋白的表达水平，探究7-HEC对高原脑水肿的保护作用及其机制。 结果 与对照组相比，缺氧模型组大鼠脑组织中MDA含量显著上调，SOD活力显著下调，周期蛋白CyclinD1、CyclinE1、CDK6、CDK2，凋亡蛋白Bcl-2、PARP，自噬蛋白LC3-B相对表达下调，凋亡蛋白Bax，自噬蛋白P62的相对表达上调，差异均具有统计学意义（P<0.05）；与缺氧模型组相比，7-HEC给药组MDA含量下调，SOD活力显著上调，周期蛋白CyclinD1、CyclinE1、CDK6、CDK2，凋亡蛋白Bcl-2、PARP，自噬蛋白LC3-B的相对表达上调，凋亡蛋白Bax，自噬蛋白P62的相对表达下调，差异均具有统计学意义（P<0.05）。 结论 7-HEC对高原脑水肿具有一定的保护作用，其机制可能与调控细胞周期、自噬、凋亡以及氧化应激等通路有关。 Abstract:Objective To study the possible mechanism of 7-hydroxyethyl chrysin (7-HEC) on high altitude cerebral edema (HACE). Methods A rat model of high altitude cerebral edema was established. The activity of superoxide dismutase (SOD) and the content of malondialdehyde (MDA) in rat brain tissues were measured. The expression levels of apoptosis, cell cycle and autophagy related proteins were detected by Western blotting to explore the protective effect of 7-HEC on high altitude cerebral edema and its mechanism. Results Compared with the control group, the content of MDA in the brain tissue of the hypoxia model group was significantly up-regulated; the activity of SOD was significantly down-regulated, the relative expression of CyclinD1, CyclinE1, CDK6 and CDK2, apoptotic proteins Bcl-2, PARP, and autophagy protein LC3-B were down-regulated; and the relative expression of apoptotic protein Bax and autophagy protein P62 were up-regulated; the difference was statistically significant (P<0.05); Compared with the hypoxia model group, the content of MDA was down-regulated and the activity of SOD was significantly up-regulated in the 7-HEC administration group. The relative expression of CyclinD1, CyclinE1, CDK6, CDK2, apoptotic proteins Bcl-2, PARP, autophagy protein LC3-B was up-regulated and the relative expression of apoptotic proteins Bax and the relative expression of autophagy protein P62 was down-regulated in the 7-HEC administration group. The difference was statistically significant (P<0.05). Conclusion 7-HEC has a certain protective effect on high altitude cerebral edema, and its mechanism may be related to the regulation of cell cycle, autophagy, apoptosis and oxidative stress pathways. -
Key words:
- high altitude cerebral edema /
- oxidative stress /
- apoptosis /
- cycle /
- autophagy
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中药及其制剂由于其特殊的功效，低毒性和较少的副作用而在世界范围内越来越流行[1]。坤复康片是著名的中药配方，包括赤芍、苦参、香附、猪苓、女贞子、南刘寄奴、乌药、粉萆解、扁蓄，临床用于治疗中国女性的骨盆炎症[2-3]。红景天苷（图1）是坤复康片抗炎作用的重要生物活性化合物。研究证明，红景天苷包含许多药理作用，例如抗血栓[4]、抗成骨细胞凋亡[5]、保肝[6]和抗肿瘤[7]。
中药药动学研究不仅可以解释和预测有关功效和安全性的药物事件，而且还有助于评估处方或者中草药的合理性和相容性[8-10]。口服是应用中药的主要途径，并通过口服发挥药理作用。但是，口服坤复康片后，红景天苷的药动学特征尚未见报道。同时，坤复康片中其他成分对红景天苷吸收的影响目前也未被揭晓。
我们旨在开发一种选择性高、灵敏且快速的UPLC-MS/MS方法，用于测定大鼠血浆中的红景天苷。随后，本方法成功地用于该活性成分在大鼠体内的药动学研究。同时，通过比较大鼠口服给予红景天苷单体和坤复康片后的药动学行为，我们探究了坤复康片对红景天苷药动学特征的影响。
1. 材料
1.1 药品与试剂
红景天苷标准品和内标葛根素标准品（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。甲醇、乙腈均为色谱纯；水为纯化水；坤复康片为市售品（薄膜衣片，规格：0.4 g/片，批号：20190610）；空白大鼠血浆取自健康Wistar大鼠，用前经检测对实验无干扰。
1.2 动物
Wistar雄性大鼠（180～220 g，上海交通大学公共实验室）。
1.3 仪器
Applied Biosystem 5500 QTRAP® hybrid triple-quad LC/MS/MS（美国AB科学技术公司）；ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱（美国安捷伦科技有限公司，50 mm×2.1 mm, 1.8 μm）。
2. 方法
2.1 色谱条件
流动相：乙腈（A）−0.1%甲酸（B）。梯度洗脱：0.0～2.4 min, 1.0%～23.4% A; 2.4～2.5 min, 23.4%～95.0% A; 2.5～3.5 min，95.0% A; 3.5～3.6 min, 95.0%～1.0% A; 3.6～4.6 min, 1.0% A。用前经0.22 μm微孔滤膜过滤。在线脱气；流速：0.4 ml/min；柱温：30 ℃；进样量：2 μl。
2.2 质谱条件
ESI离子源：负离子模式；采集方式：多反应监测（MRM）；离子化温度（TEM）：550 ℃；喷雾电压：−4 500 V；雾化气（GS1）：50 psi；辅助气（GS2）：50 psi；气帘气（CUR）：50 psi。红景天苷m/z 299.2 → 59.0，内标葛根素m/z 415.1 → 267.1，碰撞能量（CE）: −29 V（红景天苷），−40 V（葛根素）。
2.3 标准溶液的配制
精密称取红景天苷对照品适量，加水定容至10 ml制成对照品溶液，浓度为100 μg/ml，4 ℃冷藏备用。
2.4 血浆样本处理
取血浆样品50 μl，加入70 ng/ml葛根素内标溶液10 μl，涡旋混匀，加入400 μl甲醇，涡旋提取1 min。12 000 r/min离心10 min，吸取2 μl上清液进样LC-MS/MS分析。
2.5 方法学考察
根据FDA发布的生物分析方法标准，设定红景天苷3个质控浓度（5、50、200 ng/ml），通过将标准溶液用空白血浆稀释的方式配制质控样本，对方法的专属性、精密度、准确性、稳定性、提取回收率、线性关系进行了考察（FDA，2001年）。验证试验连续进行3 d。每次验证均重复6份质控样品。
2.6 试验设计
12只雄性Wistar大鼠，随机分为2组，适应性饲养3 d后，于实验前12 h禁食，自行饮水。红景天苷单体和坤复康片事先用0.5%羧甲基纤维素钠制成混悬液，2组大鼠分别灌胃给予红景天苷单体和坤复康片混悬液，剂量分别为0.95和120 mg/kg。其中，坤复康片剂量为单次口服临床等效量。大鼠于给药前和给药后0、0.17、0.5、1、2、3、4、6、8、12、24、48 h眼眶取全血150 μl，立即置于含肝素的试管中，摇匀，12 000 r/min离心10 min，分离血浆50 μl，−20 ℃保存，备测。
3. 结果
3.1 方法学考察
3.1.1 专属性
在本研究中，我们尝试了各种流动相条件以获得分析物的最佳响应、合适的保留时间和良好的峰形。主要测试了甲醇、乙腈、0.1%甲酸和100%水作为潜在的流动相。结果表明，0.1%甲酸和甲醇作为流动相可以产生更高的响应和更好的峰形。因此，选择了甲醇-0.1%甲酸水。对于MS条件，测试了正扫描和负扫描模式。由于处于负离子模式的红景天苷显示出更明显的碎片特征和更高的灵敏度，因此选择了该模式。空白血浆、红景天苷和内标血浆的典型色谱见图2。其中，红景天苷和内标保留时间分别为1.52和1.98 min。在空白血浆中，没有发现内源性物质干扰红景天苷的分析。
3.1.2 提取回收率试验
于空白大鼠血浆中加入对照品溶液配制成（5、50、200 ng/ml）3种浓度的对照品血浆溶液，每个浓度平行为6份，按“血浆预处理方法”项处理，进样，测定峰面积A1。另取6份空白大鼠血浆，按“血浆预处理方法”项处理后，加入按对照品溶液配制成（5、50、200 ng/ml）3种浓度的对照品血浆溶液，每个浓度平行为6份，进样，测定峰面积A2。计算A1/A2为提取回收率，分别为（87.2±6.2）%、（85.1±4.4）%、（90.4±7.1）%。内标葛根素的提取回收率为（91.2±5.9）%。结果表明红景天苷的提取回收率较高，且稳定。
3.1.3 精密度与准确性试验
制备高、中、低浓度的质控样品，按“2.4”项下方法提取后进样分析。在3 d内测定日内精密度，通过准备各浓度下6份重复样本来评估日间精密度。从标准曲线计算出质控样品浓度，并对质控样品结果进行方差分析以获得精确度和准确性。结果见表1。几组样本的标准偏差和相对误差均在合理范围内，表明红景天苷的精密度和准确性良好。
表 1 血浆质控样本的精密度与准确性(n=6)浓度(ng/ml) 标准偏差(%) 相对误差(%) 日内 日间 日内 日间 5 2.74 4.76 −8.51 2.36 50 4.33 3.59 4.84 −4.55 200 4.29 1.98 3.57 −2.18 3.1.4 线性关系考察
取空白大鼠血浆适量，配成含红景天苷4、5、10、20、50、100、200、500 ng/ml的标准空白血浆系列溶液。按“2.4”项下提取，每个浓度平行测定6份样本。以待测物红景天苷浓度为横坐标，待测物与内标葛根素峰面积的比值为纵坐标，进行线性回归，权重系数为1/C2，计算直线回归方程。红景天苷标准曲线为：Y=0.039 5X−0.013 1。其中，X为红景天苷的浓度（ng/ml），Y为红景天苷和内标质谱峰面积的比值。线性范围为4～500 ng/ml，红景天苷定量限为4 ng/ml。
3.1.5 稳定性试验
分别取低、中、高3个浓度的质控样本各6份，测定反复冻融3次、−20 ℃存放2周、室温（20 ℃）下存放4 h、自动进样器（4 ℃）保存24 h后药物的浓度，考察冻融和存放时间对红景天苷稳定性的影响，试验结果表明：红景天苷在上述条件下稳定，不影响测定结果。结果见表2。
表 2 红景天苷在大鼠血浆中的稳定性(n=6)条件 浓度(ng/ml) 标准偏差
（%）加入量 测得量 3次冻融 5 4.77 6.53 50 44.53 4.12 200 189.22 7.46 −20 ℃冷冻20 d 5 4.74 8.25 50 45.12 4.37 200 190.98 8.33 室温下(20 ℃)存放4 h 5 4.76 2.56 50 44.43 6.87 200 188.23 5.53 自动进样器(4 ℃)存放24 h 5 4.72 8.12 50 46.33 7.97 200 189.23 6.63 3.2 药动学试验
该方法用于大鼠口服红景天苷单体和坤复康片的药动学研究。图3和表3给出了通过DAS 2.0计算两组大鼠的平均浓度-时间曲线及其药动学参数的数据。浓度-时间曲线见图3。与红景天苷单体组相比，坤复康片组中cmax、AUC0−t和AUC0−∞的水平显著增加。
表 3 红景天苷大鼠体内药动学参数($\bar x \pm s,\;n = 6$ )参数 红景天苷单体组 坤复康片组 t1/2 (t/h) 36.08±6.63 27.44±9.87 MRT (t/h) 16.11±0.82 15.97±0.61 CL[L/(kg·h)] 0.022±0.003 0.016±0.003 cmax (ng/ml) 85.81±15.66 143.86±46.91* AUC0−t (ng·h/ml) 587.11±35.02 956.35±47.65** AUC0−∞ (ng·h/ml) 917.61±121.43 1 296.47±249.32* tmax (t/h) 0.50±0.00 0.83±0.47 *P <0.05，** P <0.01，与红景天苷单体组比较。 4. 讨论
本实验建立了新的血浆中红景天苷的LC/MS/MS测定方法，方法简单方便易行，分离效率好，专属性强，血浆中杂质或内源性物质对待测物均不产生干扰，保留时间短、灵敏、稳定可靠，适用于针对红景天苷大鼠血浆样本的批量检测。
实验结果显示，给大鼠分别予红景天苷单体和坤复康片灌胃后，红景天苷的一些药动学特征，如t1/2、MRT在两组中未见差异，说明复方中其他成分可能对红景天苷的体内消除过程影响较小。另一方面，部分药动学参数显示出显著差异，主要表现为两组AUC0−t、AUC0−∞、cmax均有显著差异，表明复方给药增加了红景天苷吸收入体内的血药浓度和体内暴露量，提示该复方成分对红景天苷有增加吸收的作用。该结果证明了方剂配伍可明显影响彼此在体内化学成分的药动学参数，说明在中医辨证理论指导下的复方配伍原则具有丰富的科学内涵。
根据文献[11]报道，除红景天苷外，坤复康片主要还包括氧化苦参碱、苦参碱、芍药内酯苷、芍药苷及苯甲酰芍药苷等若干种成分，复方中几味药材间存在复杂的相互作用，从而可能导致药效发生改变，值得我们进一步深入研究。
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图 2 大鼠脑组织中凋亡相关蛋白电泳图及蛋白表达量（
$ \bar x \pm s $ ，n=3）#P<0.05，##P<0.01，与对照组比较；*P<0.05，**P<0.01，与模型组比较
图 3 大鼠脑组织中周期相关蛋白电泳图及蛋白表达量（
$ \bar x \pm s $ ，n=3）#P<0.05，##P<0.01，与对照组比较；*P<0.05，**P<0.01，与模型组比较
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