秀丽隐杆线虫在中药活性评价及作用机制中的应用与展望

邵会涵 段琼璐 温馨 杨俣倩 孔楚楚 雷海民 刘永刚

摘 要 中药活性评价是中药研究中的一个重要环节，但由于评价药效的模型相对单一，严重限制了其现代化发展。秀丽隐杆线虫作为生命科学领域重要的模式生物，因其个体小、繁殖快、易培养、基因序列清楚等特点，近年来常被应用于各种人类疾病的研究中，建立了众多适用于不同疾病类型的秀丽隐杆线虫模型，并用于药物的活性评价与筛选及作用机制研究，而且已报道利用秀丽隐杆线虫作为模式生物评价具有抗衰老、抗肿瘤、治疗神经退行性疾病、抗菌等作用的中药成分的活性。

关键词 秀丽隐杆线虫 活性评价 模式生物 作用机制 中药

中图分类号：R285.5； Q939.99 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2021）15-0086-04

Application and prospect of Caenorhabditis elegans in activity evaluation and mechanism of traditional Chinese medicine

SHAO Huihan， DUAN Qionglu， WEN Xin， YANG Yuqian， KONG Chuchu， LEI Haimin， LIU Yonggang

（School of Chinese Medicine， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 102488， China）

ABSTRACT The activity evaluation of traditional Chinese medicine （TCM） is an important link in the research of TCM， but its modern development is severely restricted due to the relatively single technical method of the evaluation model of drug efficacy. Caenorhabditis elegans as an important model organism has been often applied in the study of various human diseases in recent years because of its small size， fast reproduction， easy cultivation， clear gene sequence and so on. Many models of Caenorhabditis elegans suitable for different types of diseases are established and used for the evaluation and screening of the activity of drugs and the study on their mechanism. In addition， it has been reported to use Caenorhabditis elegans as a model organism to evaluate the activity of anti-aging， anti-tumor， neurodegenerative diseases， antibacteria of Chinese herbal medicinal ingredients.

KEY WORDS Caenorhabditis elegans； activity evaluation； model organism； mechanism； traditional Chinese medicine

中药活性成分评价在中药研究中至关重要，但目前中药活性成分评价的技术方法较单一，是中药活性成分研究中的瓶颈问题[1]。近年来，秀丽隐杆线虫因其易于培养、虫体透明、基因序列清楚等特点逐步成为生命科学领域重要的模式生物，被广泛应用于各种人类疾病的研究及药物活性的筛选中。目前已有研究表明，其可以应用于抗衰老、抗肿瘤、神经退行性疾病、抗菌及药物作用机制的研究中。

1 秀丽隐杆线虫概述

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是一种个体小、无毒无害且可以独立生存的线虫。因其具有易于培养、维护成本低、繁殖快、虫体透明易于观察等特点，目前被广泛应用于分子遗传学、发育生物学、神经科学和细胞生物学等领域[2]，是良好的模式生物。

秀丽隐杆线虫是第一个完成测序的多细胞真核生物，其基因组与人类基因组有较高同源性，且与多种人类疾病相关，因此，其在药物活性筛选和作用机制研究中具有独特优势。

2 秀丽隐杆线虫在中药活性评价及其治疗功效表征中的应用

2.1 秀丽隐杆线虫在抗衰老药物研究中的应用

秀丽隐杆线虫因其生命周期短的特点常被应用于抗衰老的研究中。通过观察线虫寿命、身体摆动频率、咽泵频率、抗氧化损伤能力等生理指标可以筛选抗衰老药物并评价其活性，目前的实验研究中常采用野生型N2線虫进行此类研究。

杨龙旺等[3]利用秀丽隐杆线虫评价黄芪、何首乌、熟地黄复方汤剂的抗衰老作用。利用线虫寿命作为指标，探究原始复方汤剂的抗衰老作用是否与浓度有关，以及不同萃取部位对于线虫寿命的影响。

2.2 秀丽隐杆线虫在抗肿瘤药物研究中的应用

秀丽隐杆线虫与人类基因具有高度同源性，如秀丽隐杆线虫中的let-60基因与人类癌症相关基因ras基因是同源基因，因此，可以通过观察中药活性成分对于线虫let-60基因表达的抑制作用，筛选其抗肿瘤活性。

任伟钰等[4]利用线虫MT2124作为模式生物，探究中药鸦胆子不同极性部位提取物抑制ras基因突变的抗肿瘤活性。秀丽隐杆线虫在中药抗肿瘤活性成分筛选中的应用仍在不断发展，秀丽隐杆线虫作为抗肿瘤药物筛选模型，为评价中药活性成分的抗肿瘤作用以及探究其机制提供了新的途径。

2.3 秀丽隐杆线虫在神经退行性疾病治疗药物研究中的应用

近年来，有研究表明，多种中药成分可以有效改善神经退行性疾病的症状。秀丽隐杆线虫具有完整的神经系统，且具有与哺乳动物类似的神经递质，通体透明便于观察荧光标记蛋白的位置，所以是研究神经退行性疾病良好的模式生物。利用转基因线虫BZ555研究黄芪多糖对于6-羟基多巴胺诱导的神经毒性的抑制作用，通过对多巴胺能神经退行性试验、食物敏感行为分析、生存分析、活性氧（reactive oxygen species， ROS）水平测定、乙酰胆碱酯酶活性试验、抗氧化酶活性及丙二醛含量测定等试验结果的统计分析，得出黄芪多糖可通过减少氧化应激，调节细胞凋亡途径和恢复胆碱能系统功能来抑制6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）神经毒性的结论。秀丽隐杆线虫在抗帕金森病（Parkinson disease， PD）药物的研究中表现出巨大的优势，在未来进一步研究抗神经退行性疾病药物及其作用机制中可发挥重要作用[5]。

2.4 秀丽隐杆线虫在抗菌药物研究中的应用

秀丽隐杆线虫高通量、能够全面反应药物活性的特点使其近年来广泛地被应用于药物的筛选中。利用其建立感染模型可以有效地进行中药抗菌活性评价以及机制方面的研究。

杨相梅[6]利用广泛耐药鲍曼不动杆菌-线虫感染模型对28味清热解毒中药提取物进行筛选，发现黄芩、大青叶、牡丹皮、鸡骨草、何首乌、山豆根等6种中药水提取物对感染了广泛耐药鲍曼不动杆菌的线虫具有较好的治疗作用。

2.5 秀丽隐杆线虫在中药毒性评价中的应用

安全有效是中药生存、发展的前提，中药的毒性现代化研究越来越受到重视。近年来，秀丽隐杆线虫在中药毒性的评价中得到了应用。

苗祥贞[7]利用秀丽隐杆线虫对不同炮制方法炮制后的骆驼蓬子进行毒性评价，并以线虫的死亡率、产卵数、半数致死天数、Omega/U摆动次数等为指标进行评级，结果显示，炮制对骆驼蓬子确实有减毒作用。

利用秀丽隐杆线虫在中药毒性评价方面的应用目前仍在不断发展中，其为认识与评价中药的毒性成分及其机制提供了可能的研究方式。

2.6 秀丽隐杆线虫在降脂药物研究中的应用

在筛选中药降脂有效成分时，整体的模式生物往往可以解决一些物质体外有效而体内效果不理想的问题。秀丽隐杆线虫与哺乳动物脂代谢的机制以及通路高度保守，因此适用于筛选降脂药物。由于秀丽隐杆线虫是透明的，因此可以利用亲油染料染色观察线虫体内的油滴，这一特性也使线虫逐渐应用于肥胖症药物的研究[8]。

程瑞蕾[9]利用秀丽隐杆线虫作为模式生物筛选雪菊中的5种黄酮类化合物对线虫肠道内脂肪含量的影响，发现马里苷能通过减少脂质合成酶基因的表达而减少线虫肠道内的脂肪含量。

以上研究表明，線虫作为模式生物筛选降脂药物并用于机制研究具有很好的前景。

2.7 秀丽隐杆线虫在中药复方活性评价中的应用

秀丽隐杆线虫是整体生物，在复方中药的活性评价中，其排除了细胞筛选对于样品的限制，且符合中药多靶点、多重调节的特点，更能体现中医基础理论中的整体观，提高了中药复方活性评价的效率。因此，其在中药复方的活性评价及功效表征中具有独特优势。目前已有研究利用秀丽隐杆线虫为模式生物评价生脉复方在抗PD中的作用[10]。

3 秀丽隐杆线虫在作用机制研究中的应用

3.1 抗肿瘤药物作用机制研究

丝裂原活化蛋白激酶信号通路的过度激活已被报道与人类癌症密切相关，这一途径已被认为是潜在的癌症治疗靶点。线虫let-60基因与动物Ras基因为同源基因，秀丽隐杆线虫中Ras基因参与调节线虫外阴发育，线虫let-60基因过度激活，导致出现类似肿瘤样的多产卵表型，常用于筛选抗肿瘤药物。

3.2 抗神经退行性疾病治疗药物作用机制研究

阿尔兹海默病（Alzheimer disease，AD）是目前最常见的神经退行性疾病之一，其具有典型的病理特征，即含有β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的斑块和神经原纤维缠结。Aβ在细胞基质聚积后会有较强的神经毒性。Aβ可通过靶向线粒体，促进线粒体裂变、破坏线粒体膜电位等方式诱导神经元凋亡[11]。线粒体受损的积累是某些与衰老、年龄有关的神经退行性病变的标志，其中包括AD。因此，未来靶向线粒体将会成为治疗AD的潜在新靶点。PD是一种与衰老相关的神经退行性疾病，其详细的发病机制目前尚不清楚，不过已知线粒体损伤、氧化应激在PD的发病过程中发挥重要作用[12]。

3.3 抗衰老药物作用机制研究

有研究表明，衰老的过程与蛋白质稳态的逐渐下降有关。胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路（insulin/ insulin-like growth factor 1 signaling，IIS）是一个与寿命调控相关的高度保守通路，daf-2是一种类似胰岛素生长因子（insulin-like growth factors-1，IGF-1）的激素受体，其突变可导致线虫寿命的延长。daf-16是IIS信号通路的主要靶点，其突变将会导致线虫寿命的缩短。

有研究利用秀丽隐杆线虫IIS途径突变的短寿命株系（daf-16突变体）和长寿命株系（daf-2突变体），对与年龄相关的蛋白质聚集进行了详细分析。结果表明，在衰老过程中，动物的蛋白质组经历了广泛的重塑，破坏了蛋白质稳态，最终呈现蛋白质组失衡状态。这些变化可能与衰老有关[13]。

IIS信号突变通过造成氧化自由基ROS积累导致线虫寿命相关的转录因子skn-1被激活，进而调控线虫寿命[14]。因此，清除ROS成为一条可能的抗衰老途径。

有研究利用秀丽隐杆线虫作为模式生物探究苦瓜皂苷提取物的抗衰老作用机制。通过测定处理组与对照组线虫ROS的积累，发现苦瓜皂苷提取物具有很好的抑制ROS积累的作用。并且进一步检测了超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）的抗氧化活性，发现苦瓜皂苷提取物对线虫的SOD、CAT等抗氧化酶活性具有显著的活化作用。证明苦瓜皂苷提取物可能通过激活抗氧化系统直接或间接地消除ROS，从而发挥抗衰老作用[15]。

4 结语

目前，秀丽隐杆线虫在药物活性筛选及功效表征中已有较好的应用，但利用秀丽隐杆线虫研究中药活性成分药理作用机制的相关报道较少，未来应理性考虑其优缺点，将其合理利用于中药活性评价中，充分发挥其生物学优势，进一步推动中药活性评价方法的发展，推动中药现代化事业的发展。

参考文献

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[6] 楊相海. 广泛耐药鲍曼不动杆菌-秀丽隐杆线虫感染模型的构建及其在抗菌中药筛选中的应用[D]. 广州： 广东药科大学， 2017.

[7] 苗祥贞. 基于秀丽隐杆线虫模型探讨骆驼蓬子不同炮制品毒效作用及机制研究[D]. 北京： 北京中医药大学， 2019.

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