高內涵成像分析系統為中醫藥現代化“插上翅膀”

　　中成藥（中草藥制品）主要是以中藥材為原料，在中醫藥理論指導下，為了預防及治療疾病的需要，按規定的處方和制劑工藝將其加工制成一定劑型（如丸、散、膏、丹等）的中藥制品。中成藥是歷代醫藥學家經過千百年醫療實踐、創造和總結的有效方劑之精華。通脈養心丸（TMYX，樂仁堂）是一種中成藥，由地黃、雞血藤、甘草、桂枝、黨參等 11 種中藥材組成，具有通脈止痛、補血養心的功效，能夠用于治療冠狀動脈粥樣硬化性心臟病或心律不齊所導致的心絞痛、心悸、胸悶等癥狀[1]。

　　研究表明，世界范圍內心血管病的患病率處于持續上升階段。作為心臟衰竭的先兆，心肌肥大是心臟對長期壓力（如慢性壓力、體積超載或神經激素刺激）的刻板響應[2]。線粒體對于心肌應激反應非常重要，能量代謝改變是心臟衰竭的重要特征，Sirt 3 是線粒體中的一個重要的去乙酰化修飾酶，能夠調控線粒體中代謝酶的活性，進而調控細胞線粒體的代謝。研究表明，Sirt 3 是重要的藥物靶標，Sirt 3 的活化與抗衰老、抗腫瘤和提高免疫力等密切相關[3]。為了研究通脈養心丸的心肌保護作用及功能機制，科學家們分離得到了其中的有效成分，并且發現通脈養心丸中的甘草異黃酮 A 可以通過上調 Sirt 3 的表達量，有效減輕心肌肥大。該研究發表在《Phytomedicine》雜志上，標題為 “ High content screening identifies licoisoflavone A as a bioactive compound of Tongmaiyangxin Pills to restrain cardiomyocyte hypertrophy via activating Sirt3 ”（圖 1）[4]。

圖 1. 文章

　　首先，科學家們使用異丙腎上腺素（ISO）處理誘導構建了小鼠心肌肥大模型，使用 TMYX 治療 2 周。與對照組小鼠相比，ISO 處理后小鼠心臟纖維化水平增加及導致心力衰竭，TMYX 治療可以改善心臟結構，顯著減少纖維化積累，并且可以逆轉 ISO 引起的病理變化，恢復心臟的正常功能（圖 2）。

圖 2. TMYX 可以減弱 ISO 誘導的小鼠心力衰竭

　　心肌肥大的特點是心肌細胞體積增大，包括直徑增寬、長度和肌節數量增加以及間質的增生。作為將細胞生物學的研究方法與圖像采集、處理和分析相結合的技術手段，高內涵成像分析系統可以有效可靠地測定復雜的表型結果[5]。血管緊張素 II（Ang II）在心肌肥大和心力衰竭的發病機制和進展中發揮著重要作用，是一種廣泛應用于誘導心肌肥大的模型藥物[6]。本文中，科學家們使用 HCS（Molecular Devices）評估測定了 Ang II 刺激的 H9c2 心肌細胞模型中的心肌肥大程度。結果表明，與對照組相比，Ang II 刺激后心肌細胞的直徑、長度及平均面積顯著增加。TMYX 可以以劑量依賴的方式降低 Ang II 心肌細胞的大小。卡托普利屬于血管緊張素轉換酶抑制劑（ACEI）類降壓藥物，在降壓的同時，還可以治療充血性心力衰竭，保護心血管[7]。對照組、卡托普利治療組和 TMYX 治療組的心肌細胞橫截面積沒有顯著差異（圖 3）。

圖 3. TMYX 減輕心肌肥大的作用

　　研究人員將 HCS 測定與液相色譜質譜分析（LC-MS）方法相結合，以篩選 TMYX 中的抗心肌肥大活性組分。通過高通量熒光成像，對通脈養心丸提取的有效組分進行粗篩，鑒定出 5 種活性組分（圖4）。將有效組分進行色譜分離，通過 LC-MS 分析測定得到 8 種候選有效成分（圖5），并且利用 HCS 成像鑒定 8 種候選成分的抗心肌肥大作用（圖 6）。

圖 4. TMYX 抗心肌肥大活性成分的篩選

圖 5. TMYX 中有效組分的分離鑒定

圖 6. 成像鑒定候選成分的減輕心肌肥大作用

　　Sirtuin 家族的去乙酰化酶 SIRT 3 主要通過調控線粒體功能抑制心肌肥大。在 ISO 刺激的小鼠模型中，研究人員發現在 ISO 組中 Sirt 3 的表達顯著下調，但在 TMYX 治療后 Sirt 3 的表達顯著上調。成像結果表明，TMYX 中的甘草異黃酮 A 可以通過上調 Sirt 3 的表達量，從而減弱心肌肥大（圖7）。

圖 7. TMYX 中活性成分的作用機制

　　總結

　　高通量篩選與藥理學驗證相結合是從天然產物中鑒定新的先導化合物的一種可行且有效的方法。本研究中，科學家們從中成藥通脈養心丸中鑒定了活性化合物甘草異黃酮 A，作為潛在的 Sirt 3 激活劑，對心肌肥大具有治療效果。研究中作者多次通過 Molecular Devices 高內涵成像分析系統觀察細胞表型及進行數據統計分析，為深刻探究內在機制提供有利支撐，也為尋找和設計新的心肌肥大以及 Sirt 3 相關的其他疾病的治療方法提供理論支撐。

　　參考文獻：

　　[1] Li, L., Liu, N., Dai, X., et al. Development of a dual screening strategy to identify pro-angiogenic compounds from natural products: application on tongmai yangxin pills. Rsc Advances, 6(116), 115308-115316 (2016).

　　[2] Lang, D. Cardiac hypertrophy and oxidative stress: a leap of faith or stark reality?. Heart, 87(4), 316 (2002).

　　[3] Dikalova, A. E., Itani, H. A., Nazarewicz, R. R., et al. Sirt3 impairment and sod2 hyperacetylation in vascular oxidative stress and hypertensionnovelty and significance. Circulation Research, 564 (2017).

　　[4] Guo, R., Liu, N., Liu, H., et al. High content screening identifies licoisoflavone A as a bioactive compound of Tongmaiyangxin Pills to restrain cardiomyocyte hypertrophy via activating Sirt3. Phytomedicine, 68:153171(2020).

　　[5] Shantanu, S., Anne, E, et al. Increasing the Content of High-Content Screening: An Overview. Journal of biomolecular screening, DOI:10.1177/1087057114528537 (2014).

　　[6] Sadoshima, J. I., et al. Signal transduction pathways of angiotensin II-induced c-fos gene expression in cardiac myocytes in vitro. Circulation Research. 73(3):424-438 (1993).

　　[7] Romankiewicz, J. A., Brogden, R. N., Heel, R. C., et al. Captopril: an update review of its pharmacological properties and therapeutic efficacy in congestive heart failure. Drugs, 25(1), 6-40 (1983).