从DNA甲基化谱和代谢组学角度探索何首乌延缓衰老的生物机制

The biological mechanisms of polygonum multiflorum thumb for aging retardation is still unclear. The characteristics of traditional Chinese medicine is the integration of multi components, multi channels and multi targets. Therefore, the application of the DNA methylation profile and metabolomics technology which are high throughput and the integrity, can well reveal the anti-aging mechanism of polygonum multiflorum thumb. The project intends to make sub-acutely aging rats induced by D-galactose, and observed the genomic DNA methylation level and methylation profile of rat brain to gain DNA methylation epigenetic data of aging rat brain genome and to explore of epigenetic mechanism for brain aging. We try to clarify the regulation effect of Polygonum multiflorum thunb on the DNA methylation profile and gene expression profile of rat brain, and fatty acid profile and total lipid profile of rat, by observing the change of Polygonum multiflorum thunb on the genomic DNA methylation level and methylation profile of rat brain, the expression of the genes methylation modification, and the metabolomics of brain, liver, blood, urine of aging rat induced by D-galactose. We try to find a series of targets associated with the efficacy of Polygonum multiflorum thumb by making comprehensive analysis of the research results of DNA methylation profile, gene expression and metabolomics. This study is helpful to reveal the biological mechanisms of polygonum multiflorum thumb for aging retardation, and to provide candidate drug resources for further development of new drugs to delay aging.

何首乌延缓衰老的生物机制还远未明了。中药发挥药效作用的特点是多成分、多途径、多靶点的整合作用，应用高通量、整体性的DNA甲基化谱和代谢组学技术能很好揭示何首乌系统的抗衰老机制。本项目拟制作D-半乳糖衰老模型大鼠，观察大鼠大脑基因组DNA甲基化水平和甲基化谱，获得衰老大鼠大脑基因组DNA甲基化的表观遗传数据，探索大脑衰老的表观遗传学机制；观察何首乌对D-半乳糖衰老模型大鼠大脑基因组DNA甲基化水平和甲基化谱的影响、甲基化修饰基因的表达调控以及对D-半乳糖衰老模型大鼠大脑、肝脏、血、尿中代谢物调控的组学分析，阐明中药何首乌对衰老大鼠脑组织基因组DNA甲基化轮廓、基因表达轮廓以及机体脂肪酸轮廓和总脂质组轮廓的调控；综合DNA甲基化谱、基因表达及代谢组研究结果，发现与中药何首乌药效相关的系列靶点，揭示何首乌延缓衰老的生物机制，为进一步开发延缓衰老的新药提供候选药物资源。

中药发挥药效作用的特点是多成分、多途径、多靶点的整合作用，应用高通量、整体性的DNA甲基化谱和转录组学技术能很好揭示何首乌系统的抗衰老机制。 . 课题组建立了D-半乳糖小鼠衰老模型，完成了衰老小鼠脑组织基因组ＤＮＡ甲基化水平检测，开展了何首乌对衰老小鼠DNA甲基化谱和转录组学调控分析以及对D-半乳糖衰老小鼠肝脏、血中代谢物调控的组学分析，完成DNA 甲基化谱及基因表达的多变量宏观分析工作和机制推导工作。开展了HSF1、Ctnna3、Rps6kb2在何首乌延缓脑衰老中的作用研究。.研究显示，衰老小鼠脑组织基因组DNA甲基化水平较正常对照组显著降低，衰老小鼠用何首乌提取物干预后，脑组织基因组DNA甲基化水平较衰老组明显升高，何首乌干预组CG位点有3390个DMRs甲基化水平升高，2669个DMRs甲基化水平降低。与这些差异区域有关的差异基因一共573个，其中395个基因甲基化水平上调，178个基因甲基化水平下调。 基因表达谱研究显示何首乌干预组相对于衰老组有74个差异表达基因，其中62个基因表达上调，12个基因表达下调，这些差异基因主要分布在神经活性配体-受体相互作用、cAMP信号传导途径、NOD样受体信号通路、破骨细胞分化、甲状腺癌、半乳糖代谢、谷氨酸突触通路、长期抑郁症通路等信号通路。脂质代谢组学分析显示，正常对照组和衰老组小鼠肝脏组织之间共有34个代谢物出现差异变化，其中鉴定出20个差异代谢物；正常对照组和衰老组小鼠血清之间共有34个代谢物出现差异变化，其中鉴定出23个差异代谢物。沉默 HSF1、Rps6kb2，过表达 Ctnna3后，何首乌延缓衰老作用的效果受到抑制。. 研究结果表明，衰老小鼠脑组织基因组呈低甲基化状态，何首乌能够提高其甲基化水平，并改变其基因组DNA甲基化修饰；何首乌引起的DNA甲基化修饰可导致热休克蛋白家族基因、凋亡相关基因表达变化以及脂质代谢组学改变，可能是其延缓衰老的作用途径。 HSF1、Ctnna3、Rps6kb2可能参与了何首乌延缓衰老的作用。. 课题的实施，为更深入的研究何首乌药理作用和研发新型的抗衰老药物提供理论指导和实验依据。