大黄潜在致癌风险机制及规避策略的研究

Rhubarb is one of the most frequently used Chinese herbs in the clinical practice of Traditional Chinese Medicine. However, reports from both National Institutes of Health (NIH) and SFDA have indicated that long-term use of rhubarb has a potential to cause cancer, which restricts its application in clinic context severely. Based on extensive literature research, Arrowsmith correlation analysis and computer virtual technology as well as preliminary experimental data, we found that the components isolated from rhubarb may not have oncogenic potential directly, instead, long-term use of rhubarb may result in gut microbiota dysbiosis, which may accelerate the disease progress in colon cancer patients with K-Ras mutation and APC deficiency. The current project will use K-Ras mutant and APC deficient mice as well as germ-free mice and employ high throughput sequencing analysis and CRISPR/Cas9 genetic technology, to investigate whether long-term use of rhubarb could cause gut microbiota dysbiosis leading to colon cancer or aggravating the progression of colon cancer with K-Ras mutation and APC deficiency. These studies will clarify the carcinogenic potential of rhubarb and the underlying mechanisms, providing strategy for avoidance of carcinogenic potential of rhubarb and rationale for its clinical application.

大黄是中医临床及减肥保健品中使用频率极高的中药，但是美国国立卫生院及我国国家药监部门均提出大黄具有致癌隐患，这严重制约了大黄在临床中的运用。课题组通过海量文献调研，Arrowsmith相关性分析、计算机虚拟技术及初步实验研究发现大黄中的多种活性成分本身没有致癌性，而是可能由于长期使用大黄导致肠道菌群紊乱所致，并加速K-Ras突变和APC缺失结肠癌高危人群的发展。本项目拟利用K-Ras突变、APC缺失小鼠模型及无菌鼠，结合利用高通量测序分析，CRISPR/Cas9基因工程等技术方法，研究长期使用大黄是否导致肠道菌群稳态失衡而诱发结肠癌，或者加重或加速K-Ras突变和APC缺失小鼠结肠癌的发生发展，明确是否存在致癌隐患并阐明其致癌机制，制定适当的规避策略以指导临床科学合理用药。

大黄及含大黄的中药复方及保健品使用广泛，但其安全性长期备受争议。蒽醌类化合物作为大黄最主要的药效物质，其潜在的促炎致癌风险受到学术界的高度重视。现有碎片化的信息不能正面回答大黄蒽醌类化合物是否促癌。本项目直面这一科学困惑，以生物信息学分析手段，计算机虚拟技术以及初步实验研究确定了大黄中没有直接致突变成分，故而大黄致癌最大可能是通过引起慢性炎症以发生炎癌转化。.基于可能的促炎致癌过程，利用化学诱导的结肠癌（AOM/DSS）及结肠炎（DSS）模型评价了三个代表性蒽醌成分可能促炎及促癌作用。利用16srDNA测序结合非靶代谢组等组学手段，研究了大黄蒽醌类代表性成分对于肠道菌群，菌群及宿主代谢产物的影响。并通过ABX伪无菌鼠模型进行了反向验证。结果显示番泻苷A（100mg/kg，84天)给药没有直接致癌作用。番泻苷A可破坏粘液降解菌群与产丁酸菌群平衡，损失肠道黏膜屏障，诱发肠道的长期低水平炎症及嘧啶代谢，丁酸代谢及多种氨基酸代谢的紊乱，促进化学诱导结肠癌模型的肿瘤发展进程。大黄素(100mg/kg，28天）给药早期造成促进肠道黏膜损伤并促进肠道炎症细胞的早期浸润，这一促早期炎症的作用与其引起的肠道菌群的紊乱密切相关，但是大黄素长期使用可抑制结肠癌的发展进程，且不依赖于肠道菌群的影响，而是直接抑制肠上皮细胞的过度增殖；大黄酸（25-100mg/kg，84天）给药无促炎致癌促癌作用，且可通过促进乳酸杆菌的优势生长导致肠道尿酸水平下降，保护了尿酸过度所致的肠道屏障的损伤，并改变了宿主嘌呤代谢，抑制dss诱导的结肠慢性炎症。.本研究基于结肠上皮黏膜屏障功能完整性确证番泻苷A是大黄蒽醌类化合物的毒性物质基础，明确了其促炎促癌风险的潜在机制。从肠道菌群角度发现了大黄酸抑制结肠炎症的新机制，发现了大黄素可以诱发早期炎症，但是其具有抑制结肠腺瘤的发生发展的双向调控作用。本研究为制定有效的规避策略提供坚实的实验依据，优化并指导大黄的临床合理用药。