高原低氧环境下药物代谢酶CYP3A1和UGT1A1的调控机制研究

发布时间：2020-06-07 06:21

【摘要】：高原自然环境的特点是低压、低氧、气候干燥寒冷及紫外线强等,其中低氧是影响人体的重要因素。这种低氧环境会影响药物在体内的转化过程,然而目前高原用药的方式和剂量与平原无异,这会影响高原人群用药的安全性和有效性。药物代谢酶作为药物在体内进行生物转化的重要工具,在药物的解毒和转化过程中起重要作用。目前关于低氧状态下药物代谢酶的调控机制尚不明确,因此探究一些调控因素对酶的调控作用非常必要。CYP3A4(大鼠体内为CYP3A1)和UGT1A1是人体内最重要的药物代谢酶,能够代谢临床50%以上的药物,所以本实验选取CYP3A1和UGT1A1作为I相代谢酶和II相代谢酶的代表,考察急进高原后大鼠肝脏内两个药物代谢酶的变化情况,并结合两个调控因素核受体和细胞因子的变化对机制进行探讨。本研究将大鼠急进至青海玉树(海拔4010m)进行低氧处理,待低氧不同时间(12h、24h、36h、48h)进行实验,对照组大鼠在甘肃兰州(海拔1500m)正常喂养。本课题主要从以下几个部分进行研究:(1)考察高原低氧环境对大鼠肝脏的影响。分析对照组和低氧不同时间组大鼠的血气、生化指标,摘取肝脏做病理切片观察组织病理改变;(2)探究高原低氧环境对大鼠肝脏内药物代谢酶CYP3A1和UGT1A1表达的影响,用Real-time PCR检测mRNA表达的变化,用Western-blot检测蛋白表达的变化;(3)研究高原低氧环境对药物代谢酶调控因素核受体(PXR和CAR)和细胞因子的影响,用Real-time PCR和Western-blot检测核受体PXR和CAR的表达变化,用蛋白芯片技术检测肝组织细胞因子的含量变化,并分析两种调控因素与药物代谢酶的相关性;(4)在细胞实验中进行机制验证,控制单一变量验证调控因素对药物代谢酶的调控。第一部分结果表明:大鼠急进高原后血液中可利用氧气浓度降低,pH值降低,酶类物质ALT和AST增加,总蛋白降低,提示肝组织发生生理性变化;肝脏病理结果显示,高原组大鼠肝细胞轻度坏死,周围血管轻微充血,中央静脉水肿且伴有炎性浸润,说明肝脏功能可能受损。肝脏作为药物代谢的主要器官,其功能的受损对药物代谢酶的合成、表达等均会产生影响,进而影响药物代谢过程。第二部分结果表明:大鼠急进高原后肝脏内CYP3A1和UGT1A1的mRNA和蛋白表达水平显著降低,说明在高原环境中部分药物在体内的代谢将会减慢,清除速率降低,药物在体内驻留时间延长,进而有可能增加药物毒性。第三部分结果表明:代谢型核受体PXR和CAR的mRNA表达水平从低氧12h后即显著降低,综合文献可以推测在高原低氧状态下PXR和CAR可能作为这两种酶的上游基因而调控CYP3A1和UGT1A1的转录;蛋白芯片结果表明,大鼠急进高原后肝组织内IFN-γ、IL-4和IL-6的表达量在低氧48h后有显著升高,而IL-10、IL-13和MCP-1在低氧24h后就显著升高。通过相关性分析得出结论:IFN-γ、IL-6与CYP3A1高度负相关,IL-6与UGT1A1高度负相关,在第四部分的细胞实验中验证该相关性,确定IFN-γ和IL-6对CYP3A1和UGT1A1的调控作用。第四部分结果表明:IFN-γ孵育BRL大鼠正常肝细胞12h后CYP3A1、UGT1A1的mRNA表达显著降低,但随着孵育时间的延长,其mRNA表达逐渐升高,有上调趋势,蛋白表达趋于正常。IFN-γ相关转录因子STAT1的mRNA表达显著增加,说明IFN-γ的调控作用可能通过蛋白激酶STAT1的激活来实现的。而IL-6在低氧状态孵育12h、24h后CYP3A1的mRNA表达显著降低,UGT1A1的mRNA表达在孵育12h后显著降低,随着孵育时间的延长,CYP3A1和UGT1A1的mRNA表达水平有上升后又回复正常的过程。IL-6孵育48h后,UGT1A1的蛋白表达显著降低,CYP3A1无显著变化。为了探究IL-6的调控机制,我们研究了IL-6相关转录因子的mRNA表达,发现C/EBPβ的表达在36h时显著升高,说明C/EBPβ参与了IL-6对药物代谢酶的调控。整个实验结果说明在低氧状态下IFN-γ和IL-6参与CYP3A1和UGT1A1的调控,但这种调控与时间关系密切,随着孵育时间的延长,可能调动了细胞的反馈机制促使酶的表达趋于正常。本研究通过动物实验和整体实验研究了高原低氧环境对药物代谢酶CYP3A1和UGT1A1的调控作用,可以得出结论:大鼠急进高原后肝脏产生炎性反应,这是抑制药物代谢酶CYP3A1和UGT1A1表达的主要因素。此外,核受体PXR和CAR也可能参与了CYP3A1和UGT1A1的调控。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R96

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本文编号：2700991