核受体FXR介导的中药绞股蓝调节脂质及糖物质平衡机制的系统生物学研究

Gynostemma is proved to regulate triglyceride, cholesterol, and glucose metabolisms which are highly overlapped and correlated with the biological function of farnesoid x receptor (FXR) – a key regulator of energy metabolism. This proposal focuses on the mechanism that Gynostemma regulate lipid and carbohydrate homeostasis via FXR-mediated pathways. The cDNA microarray technology will be used to profile the change of genome-wide transcripts expression profile, biological functions and pathways, and genes between control and Gynostemma group. In addition, as nuclear receptor regulate gene expression via DNA binding, the chromatin immunoprecipitation followed by DNA sequencing (ChIP-Seq) was introduced to profile all FXR binding sites on mouse genome in control and in response to Gynostemma. A new pathway describing the Gynostemma effect on lipid and carbohydrate homeostasis via FXR and its binding sites would be revealed after this study.

中药绞股蓝具有降甘油三酯、胆固醇、血糖的显著活性，是治疗代谢综合征的理想药物。法尼醇受体（FXR）是调控甘油三酯、胆固醇、及糖代谢的关键核受体。二者功能高度重叠相关。本研究旨在揭示绞股蓝通过核受体FXR调控脂质及糖物质平衡的分子机制。由于脂质及糖物质平衡涉及大量基因，我们将采用cDNA微阵列探针杂交的方法对全基因组的转录水平进行系统研究，在整体表达轮廓，生物功能及生物通路，以及目标基因水平对绞股蓝调控机制进行阐述。此外，由于DNA结合是核受体调控基因转录的主要模式，我们将采用染色质免疫共沉淀结合新一代DNA测序技术（ChIP-Seq），考察绞股蓝对全基因组范围内FXR结合位点的调控机制。考察内容包括FXR靶基因以及FXR结合位点密码序列在绞股蓝调控下的变化规律。最终，从“绞股蓝-FXR-DNA-mRNA”路径，揭示绞股蓝调控脂质及糖物质平衡的生物机制。

中药绞股蓝是治疗代谢综合征的理想药物。法尼醇受体（FXR）是的下游调控通路与绞股蓝药效高度重叠相关。本研究采用了cDNA微阵列探针杂交的方法对全基因组的转录水平进行系统研究，采用了染色质免疫共沉淀结合新一代DNA测序技术对绞股蓝介导的FXR的DNA结合位点组学进行研究。.本项目研究结果表明：一、从血清生化分析、全血分析、肝脏组织病理学分析的角度证明了绞股蓝总皂苷具有显著的降低胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇的药效，显著的降血糖药效；二、利用RNA测序技术完成了肝脏转录组的分析。在转录组水平，绞股蓝总皂苷的治疗广泛的改变了肝脏基因表达。同时，绞股蓝总皂苷的治疗使得小鼠肝脏转录组轮廓出现了从高脂饮食小鼠向正常饮食小鼠靠拢的趋势。如果不考虑基因转录水平变化的倍数，出现显著性变化的基因高达9000余个。转录水平发生10倍以上变化的基因高达133个。这些基因较为集中在胆汁酸调控通路和肝脏代谢转运系统。三、对肝脏胆汁酸调控通路和肝脏代谢转运系统进行有针对性的分析后均发现，在上述两个部分的基因整体轮廓具有饮食依赖性以及绞股蓝皂苷给药依赖性，且绞股蓝皂苷能促使上述两个部分的肝脏转录轮廓从高脂饮食区向正常饮食区移动。Nr0b2, Cyp3a11, Cyp7a1, Slco1a1, Slco1a4等胆汁酸调控通路的重要基因以及Cyp3a11，Cyp2a4等肝脏代谢转运系统的重要基因的调控规律与绞股蓝总皂苷的药效关系密切。三、染色质免疫共沉淀结合DNA测序研究发现，绞股蓝皂苷给药后，造成FXR的DNA结合位点发生大幅变化，减少了高脂饮食小鼠体内470个结合位点，新增了1118个结合位点。持续性结合的位点中，结合的强度也有所变化。DNA中AGGTCA序列的IR1排序方式在持续性结合位点中占据主导，但是绞股蓝总皂苷造成的新增结合位点中，IR1序列占比很少。可能揭示了绞股蓝总皂苷造成了FXR的辅助活化因子以及辅助抑制因子组成的变化。四、利用FXR基因敲除动物模型，我们发现动物敲除FXR基因后，绞股蓝总皂苷的降血脂疗效消失，证明了FXR在绞股蓝总皂苷药效过程中的关键性作用。