喹噁啉类化合物肾上腺毒性机制的研究

Quinoxaline 1,4-dioxides (QdNOs) derivatives are widely used as antimicrobial growth promoting agents to improve production in food-producing animals in China. As one of the main toxicities, the adrenal toxicity of the quinoxalines was found to induce adrenal gland damage and reduce the output of aldosterone, thus cause the changes of Na+ and K+ in animals. However, the mechanism of their adrenal toxicity was still poorly understood. Based on our early studies, the research about the effects of the quinoxalines and their toxic metabolites on the key enzymes of aldosterone will be carried out. The roles of oxidative stress and anti-oxidant signal pathway Keap1-Nrf2/ARE will be investigated. Furthermore, the toxic target genes and proteins in the adrenal toxicity of the quinoxalines will be found. During the research, more technologies, such as ion trap/time-of-flight mass spectrometry (LC/MS-ITTOF), real-time reverse transcriptional polymerase chain reaction (real-time PCR), siRNA, gene chips and matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight-mass spectrometry (MALDI-TOF-TOF) were used to reveal the QdNOs-induced adrenal toxicity and aldosterone decrease in the levels of metabolism, oxidative stress, genes and proteins. It was much worth paying more continuing attention to the QdNOs-induced adrenal toxicity for its benefit to improve the safety of food-producing animals and human beings. Furthermore, it was also benefit to improve the ability of drug discovery from the QdNOs.

喹噁啉类化合物在我国兽医临床上作为抗菌促生长药物大量使用。肾上腺毒性是该类化合物最主要的毒性之一，表现为皮质细胞坏死，醛固酮分泌减少，水盐代谢紊乱，而其毒性机理一直未得到深入研究。在前期研究基础上，本课题将综合利用液质联用仪(LC/MS-ITTOF)、实时荧光定量PCR、siRNA干扰、基因芯片和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF-TOF)等多种先进技术和手段，筛选毒性代谢物，揭示喹噁啉类毒性代谢物对醛固酮合成关键酶的影响，研究氧化应激及重要抗氧化应激信号通路(Keap1-Nrf2/ARE)在肾上腺毒性中的作用机制，并从基因组和蛋白质组水平挖掘相关毒性靶基因和靶蛋白，从代谢、氧化应激角度、基因和蛋白水平阐释该类化合物的肾上腺毒性机制，并筛选出天然解毒剂。深入研究喹噁啉类的肾上腺毒性及机理对保障动物食品质量、人民健康和继续从该类化合物中开发安全的新兽药均具有重要意义。

喹噁啉类化合物在畜牧业生产中作为抗菌促生长药物大量使用。肾上腺毒性是该类化合物最主要的毒性之一，表现为皮质细胞坏死，醛固酮分泌减少，水盐代谢紊乱，而其毒性机理一直未得到深入研究。本课题综合利用液质联用仪、实时荧光定量PCR、基因芯片和MALDI-TOF-TOF等多种先进技术和手段，深入揭示该类兽药的肾上腺毒性机制。首次确定该类药物脱氧代谢物的主要毒性代谢物为N1脱氧代谢物。这些代谢物来自于肝脏代谢，毒性大小依次为N1脱氧喹烯酮＞N1脱氧乙酰甲喹＞N1脱氧喹赛多，与喹噁啉类原形药物的毒性大小顺序一致，其毒性代谢物的筛选与其侧链结构具有一定关系。首次发现N1脱氧代谢物对肾上腺细胞的毒性损伤与氧化应激密切相关，导致机体脂质过氧化，最终导致细胞氧化还原体系的失衡；不同药物对氧化应激指标的影响能力不同，其氧化损伤程度与其对醛固酮激素的毒性抑制呈正相关。本研究深入揭示喹噁啉类毒性代谢物对醛固酮合成关键酶的影响，首次发现，该类药物的N1脱氧代谢物通过对不同转录因子不同的抑制调控能力，调节转录因子与目的基因CYP11B1、CYP11B2的结合能力，从而使得目的基因及蛋白在调控促进合成醛固酮过程中受到抑制，使醛固酮合成受限。本课题筛选出天然解毒剂，原花青素(OPC)，能有效降低该类化合物所致的肾上腺毒性。喹烯酮10和20μM孵育肾上腺H295R细胞24h后，10μM喹烯酮处理组与空白组相比有349个差异表达基因，上调的210个，下调的139个；20μM喹烯酮处理组与空白组相比有4583个差异表达基因，上调的2835个，下调1748个。这些差异基因按生物学进程分为6类。同时与氧化应激相关的一些基因表达量下调，提示喹烯酮可能通过抑制Nrf2/Keap1/ARE通路的下游基因NQO1、HMOX1、G6PD和SRXN1等的表达，加剧药物造成的氧化应激现象，进而造成ROS的大量蓄积，引起肾上腺皮质细胞毒性。喹烯酮处理H295R细胞24h后，共鉴定出41种差异蛋白质，分为8类。本课题首次揭示氧化应激及重要抗氧化应激信号通路(Keap1-Nrf2/ARE)在肾上腺毒性中的作用机制，并从基因组和蛋白质组水平挖掘相关毒性靶基因和靶蛋白，从代谢、氧化应激角度、基因和蛋白水平阐释该类化合物的肾上腺毒性机制。深入研究喹噁啉类的肾上腺毒性及机理对保障动物食品质量、人民健康和继续从该类化合物中开发安全的新兽药。