慢性閉塞性肺疾患モデルラットに防風通聖散を投与した際のメタボロミクス研究

Metabolomics study on model rats of chronic obstructive pulmonary disease treated with Bu‑Fei Jian‑Pi.

抄録

慢性閉塞性肺疾患（COPD）に対する漢方薬の治療効果は古くから知られているが、その作用機序はいまだ解明されていない。本研究では、メタボローム解析によりCOPDの分子メカニズムを解明するとともに、一般的な中薬である防風通聖散を用いた中医治療のターゲットおよび介入メカニズムを探索することを目的とした。COPDラットモデルは、煙の吸入と再発性細菌感染を用いて確立された。その後、ラットは以下の3群に分けられた。A1：健常ラット、B1：COPDモデル、D1：防風通聖散を投与したCOPDラットの3群に分けた。薬物投与後、各群のラットの肺組織のメタボロームプロフィールを高速液体クロマトグラフィー/四重極飛行時間型質量分析計を用いて評価した。その結果、モデル群の肺組織には、対照群および防風通聖散投与群の肺組織と比較して、有意に異なる代謝物のスペクトルが認められ、さらに防風通聖散投与後のCOPDラットの代謝物は対照群と同程度であることが示されました。武媚薬投与群とモデル群では31の代謝物で顕著な変化が認められたが、武媚薬投与群と対照群、モデル群と対照群では13の代謝物が同等であった。また、Bu-Fei Jian-Pi投与群では、11種類の代謝物がモデル群の濃度と比較して負のfold変化を示したが、フェニルピルビン酸およびα-D-フコースの発現には最小限の変化しか観察されなかった。結論として、本研究の結果は、防風通聖散顆粒が安定型COPDモデルラットの測定結果に対して有益な効果を持ち、代謝物のスペクトルが有意に異なることを示している。このことから、モデル群では対照群および武夷肉桂投与群と比較して有意に発現が変化した代謝物がCOPDのバイオマーカーとなる可能性が示唆された。

The therapeutic effect of Traditional Chinese Medicine (TCM) on chronic obstructive pulmonary disease (COPD) has been know for numerous years; however, the mechanism of action of the beneficial effects of TCM remains to be elucidated. The present study aimed to investigate the molecular mechanisms of COPD through metabolomic analysis as well as explore the targets and intervention mechanisms of TCM therapy using the common TCM granules Bu‑Fei Jian‑Pi. COPD rat models were established using smoke inhalations and recurrent bacterial infections. Rats were then divided into three groups as follows: A1, control healthy rats; B1, COPD model; and D1, Bu‑Fei Jian‑Pi‑treated COPD rats. Following administration of the medicine, the metabolomic profile of the lung tissue of rats in each group was assessed using high‑performance liquid chromatography/quadrupole‑time‑of‑flight mass spectrometry. The results demonstrated that there was a significanlty different spectrum of metabolites in the lung tissue of the model group compared to that of the control group as well as the Bu‑Fei Jian‑Pi‑treated COPD group; in addition, following treatment with Bu‑Fei Jian‑Pi, the metabolites of COPD rats were comparable with those of the control. Notable changes were observed in 31 metabolites between the Bu‑Fei Jian‑Pi‑treated group and the model group; however, there were 13 comparable metabolites between the Bu‑Fei Jian‑Pi and control groups as well as the model and control groups. Eleven metabolites showed a negative fold change in the Bu‑Fei Jian‑Pi‑treated groups compared to concentrations in the model group; however, minimal changes were observed in phenylpyruvic acid and α‑D‑fucose expression. In conclusion, the results of the present study demonstrated that Bu‑Fei Jian‑Pi granules had beneficial effects on measured outcomes in a rat model of stable COPD, indicated by a significantly different spectrum of metabolites. This therefore indicated that the metabolites which had significantly altered expression in the model group compared with that of the control and Bu‑Fei Jian‑Pi‑treated groups may be potential biomarkers of COPD.