基于炎症级联反应的天南星科有毒中药毒性作用机制和生姜解毒机理研究

Tubers of Pinellia ternate (Thunb.) Breit, Arisaema erubescens (Wall.) Schott, and Typhonium giganteum Engl of Araceae are common used Chinese medicine. Their raw products could produce strong irritation. Both ancient documents and clinic studies show that ginger could detoxificate their toxicity, but the toxicity mechanism of Areceae medicines and detoxification mechanism of ginger are still unclear. Our previous research had proved that the common toxic substances include toxic raphides and lectin，which could induce severe inflammatory effect. The detoxification effect of Ginger may be associated with its anti-inflammatory effect. This project put forward the hypothesis: The common toxic substances include toxic raphides and lectin from Araceae family could active macrophage after raphides piercing into the tissue, lead to severe release of inflammatory factor, induce oxidative stress, and active inflammatory signaling pathways including NF-κB、AP-1, which result in series of inflammatory  response and inflammatory cascade reaction. Ginger can inhibit toxic substances inflammatory effect，block inflammatory signaling pathways and ROS overproduction, so as to relieve the symptoms of inflammation. The project intend to investigate the toxicity mechanism of raw products and the detoxification mechanism of Ginger by separation and purification of protein, SDS-page, protein Shotgun identification, Transwell cell-culture system, fluorescence labeling, Western Blot and so on. The solution of this project will provide the scientific theory basis for clinical application, effective application, reasonable processing technologies of Areceae medicines.

天南星科有毒中药半夏、天南星、白附子等生、鲜品误食将产生强烈的刺激性毒性，历代文献及现代中医临床皆表明可用生姜解毒，但毒性机制和解毒机理不明。课题组前期研究发现，该科有毒中药的共性毒性物质毒针晶及凝集素蛋白可诱发严重的炎症反应，生姜解毒可能与抗炎作用相关。据此项目组提出假说“天南星科有毒中药的共性毒性物质——毒针晶及凝集素蛋白进入机体后可激活巨噬细胞，诱导氧化应激，生成过量ROS，并激活炎症信号通路NF-κB等，促使炎症因子大量释放，导致一系列炎症应答和炎症级联反应；生姜及姜辣素类成分具有阻断毒性物质激活炎症相关信号通路、阻断氧化应激反应的作用，从而减轻炎症症状”。项目将采用分离纯化、蛋白层析、Shotgun鉴定、Transwell细胞共培养、荧光标记、Western Blot等技术研究生品毒性产生机制和姜制炮制品、生姜解毒的机理，为指导临床安全、有效应用、饮片合理炮制提供科学理论依据。

天南星科半夏、天南星、白附子为临床常用有毒中药，课题组在前两个国家自然科学基金项目资助研究中发现，这4种有毒中药可引起强烈的刺激性炎症毒性，其刺激性毒性成分同属一类，均是这4种植物块茎中含有的毒针晶及毒针晶带有的毒蛋白凝集素蛋白，但对其诱发炎症的毒性机制仍不甚明了。且历代本草记载及临床报道生姜能够解天南星科有毒中药毒性，但解毒机制不明。针对上述问题本项目开展深入研究，发现天南星科4种有毒中药的凝集素蛋白可与机体巨噬细胞上炎症相关受体结合，进而激活炎症信号通路。研究阐明天南星科4种有毒中药共性毒性机制是：4种有毒中药块茎中的毒针晶刺入机体组织后，针晶及块茎中的凝集素蛋白可随针晶进入组织，与组织巨噬细胞膜上TNFR1、TLR4受体结合，诱导氧化应激并激活下游MAPK、NF-κB及NLRP3炎症相关信号通路，导致中性粒细胞迁移聚集，并促使炎症因子大量释放，进一步促发炎症级联反应导致强烈的炎症毒性。生姜解半夏等药物毒性的解毒机制为：生姜中姜辣素类成分可抑制凝集素蛋白所致氧化应激，抑制炎症信号通路活化从而抑制炎症。同时本项目研究发现，在炮制解毒工艺中，辅料白矾除可破坏毒针晶的结构外，白矾浸泡和加热过程可导致凝集素蛋白变性及降解，这是炮制降低毒性的另一重要原因。单独用生姜炮制不能破坏毒性成分，但生姜可降低中毒后机体毒性反应从而解毒。本项目研究揭示了天南星科4种有毒中药凝集素蛋白的促炎毒性机制及生姜解半夏天南星等药物毒性的机制，深入阐明了半夏等有毒中药炮制解毒的科学内涵。项目研究成果解决了学术界在半夏、天南星、白附子、掌叶半夏毒性成分上长期存在的争议和分歧；提出凝集素蛋白可作为天南星科4种有毒中药炮制的毒性评价指标；建立毒性蛋白检测技术，有望在将来应用于饮片炮制程度快速检测技术。项目研究为天南星科有毒中药的饮片质量控制、炮制工艺改革与创新及临床安全应用提供科学依据和理论支撑，也为其他同科属有毒中药炮制研究提供示范和借鉴。