AbMole小课堂丨详解野百合碱在动物肺动脉高压、急性肺损伤、静脉闭塞肝病造模中的原理及应用
Monocrotaline（野百合碱）是一种吡咯烷类生物碱（PA），源自植物Crotalaria spectabilis的种子。Monocrotaline（MCT，Crotaline，AbMole，M4282）能够对实验动物产生一系列复杂且重要的影响，尤其是在构建动物实验模型方面表现突出，是目前构建动物肺动脉高压、急性肺损伤、静脉闭塞性肝病等多种动物疾病模型的重要工具化合物。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Monocrotaline（野百合碱）的作用机理
Monocrotaline（MCT）在实验动物体内的代谢过程较为复杂，涉及多个器官和多种酶系的参与。当 Monocrotaline 进入动物机体后，肝脏通常被认为是其代谢的主要场所。在肝脏中，细胞色素P450 酶（CPY450）对Monocrotaline的代谢起到关键作用。Monocrotaline（MCT，AbMole，M4282）在这些酶的催化下，可生成具有更高活性的代谢产物，如脱氢野百合碱（DHM），又名吡咯野百合碱 (Monocrotaline Pyrrole，MCTP）。研究发现Monocrotaline及其代谢产物能够诱导实验动物的肺组织内皮细胞损伤、血管中层肥大、肺泡间隔细胞增生、静脉闭塞、以及肺动脉内皮细胞（PAEC）发生巨红细胞增多症等多种变化[1]。Monocrotaline造成上述现象的作用机理尚未完全清楚，但可能涉及对肺组织中细胞膜蛋白及细胞内膜运输的破坏，因此造成一氧化氮信号传导的失调[2]；也有研究发现，Monocrotaline还能激活肺动脉内皮细胞（PAEC）内应激相关的信号通路[3]。
图 1.Monocrotaline及其对大鼠、小鼠肺部血管、肺内皮细胞和PAEC的影响[4]
二、Monocrotaline（Crotaline）构建动物肺动脉高血压模型
肺动脉高压（Pulmonary Arterial Hypertension, PAH） 的产生机制复杂，涉及多种细胞和分子层面的异常变化，包括血管收缩、肺血管重塑以及原位血栓形成等。Monocrotaline（野百合碱，MCT，AbMole，M4282）为PAH的研究提供了理想的平台，Monocrotaline在动物体内的一些代谢产物如吡咯野百合碱 (Monocrotaline Pyrrole，MCTP）可以通过血液循环转运至全身，而肺组织因高血流灌注特性及局部代谢酶（如肺内 CYP450 亚型）的存在，成为 MCTP的主要富集区域。MCTP可诱导实验动物的肺血管内皮细胞损伤，并致使血管内膜脱落，暴露出内皮下基质，从而为后续肺动脉平滑肌细胞的异常激活创造条件。综上，Monocrotaline在动物形成肺动脉高血压的起始阶段发挥关键作用。Monocrotaline诱导的PAH模型具有诸多优点。操作上，该模型构建技术简单，易于重复，不需要复杂的设备和技术手段。在时间成本方面，能够在相对较短的时间内诱导出肺动脉高压，且模型稳定性良好，成本较低。通过该模型，能够观察到PAH的病理变化，如内皮细胞损伤、平滑肌细胞增殖和血管重塑等。Monocrotaline适用于多种动物PAH模型的建立，以大鼠为例，通过腹腔注射60 mg/kg的Monocrotaline可以构建SD大鼠的PAH模型[5]。
图 2. Monocrotaline用于构建SD大鼠的肺动脉高血压模型[5]
三、Monocrotaline（野百合碱）构建动物急性肺损伤（ALI）模型
Monocrotaline（野百合碱，AbMole，M4282）在构建动物急性肺损伤（ALI）模型中也有着重要的应用[6]。Monocrotaline（Crotaline）在动物体内的代谢产物吡咯野百合碱 (Monocrotaline Pyrrole，MCTP）可以通过多种途径诱导肺组织氧化应激：一方面，MCTP可直接激活 NADPH 氧化酶（NOX）家族（如 NOX2），促进活性氧（ROS）大量生成；另一方面，MCTP可抑制抗氧化系统（如谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶）的活性，导致ROS清除失衡。除了造成氧化应激，MCTP还可以激活炎症反应：MCTP可激活肺组织中的巨噬细胞，使其释放肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎细胞因子，启动炎症级联反应。同时，这些细胞因子可诱导血管内皮细胞表达黏附分子（如 ICAM-1、VCAM-1），促进中性粒细胞向肺组织浸润。浸润的中性粒细胞通过释放髓过氧化物酶（MPO）、弹性蛋白酶等炎症介质，加剧肺损伤。最终MCTP通过上述过程，导致实验动物的肺泡-毛细血管屏障受损，以及肺水肿的产生，这是急性肺损伤（ALI）的经典标志。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
四、Monocrotaline（野百合碱）构建动物静脉闭塞性肝病（VOD）模型
Monocrotaline（MCT，Crotaline）可高效构建静脉闭塞性肝病（VOD）动物模型，其造模机制主要是通过对肝窦内皮细胞（LSECs）造成损伤。MCTP可与LSECs表面的巯基蛋白共价结合，导致细胞间紧密连接断裂，内皮细胞脱落，暴露肝窦基底膜。MCTP 还能通过激活Caspase-3/9通路，促进 LSECs 凋亡，进一步加剧内皮层缺损。肝窦内皮细胞损伤后，局部微环境发生改变，进而激活肝星状细胞（HSCs），这是 VOD 中纤维化的关键效应细胞。激活后的HSCs可大量合成 Ⅰ 型、Ⅲ 型胶原蛋白等细胞外基质（ECM），同时抑制基质金属蛋白酶（MMPs）的活性（如MMP-1减少），导致 ECM 降解失衡，并在小叶下静脉及肝小静脉壁沉积，引发血管壁纤维化。随着纤维化进程持续进展，可导致肝内静脉闭塞与血流动力学紊乱，并最终在实验动物体内形成静脉闭塞性肝病。例如有文献报导通过单次腹腔注射Monocrotaline（160 mg/kg）可建立大鼠的VOD模型[7]。
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参考文献及鸣谢
[1] J. M. Kay, P. Harris, D. Heath, Pulmonary hypertension produced in rats by ingestion of Crotalaria spectabilis seeds, Thorax 22(2) (1967) 176-9.
[2] P. B. Sehgal, S. Mukhopadhyay, Dysfunctional intracellular trafficking in the pathobiology of pulmonary arterial hypertension, American journal of respiratory cell and molecular biology 37(1) (2007) 31-7.
[3] L. S. Nakayama Wong, M. W. Lamé, A. D. Jones, et al., Differential cellular responses to protein adducts of naphthoquinone and monocrotaline pyrrole, Chemical research in toxicology 23(9) (2010) 1504-13.
[4] J. G. Gomez-Arroyo, L. Farkas, A. A. Alhussaini, et al., The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective, American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology 302(4) (2012) L363-9.
[5] L. Guo, Y. Li, Y. Tian, et al., eIF2α promotes vascular remodeling via autophagy in monocrotaline-induced pulmonary arterial hypertension rats, Drug design, development and therapy 13 (2019) 2799-2809.
[6] W. C. Miller, D. L. Rice, R. G. Kreusel, et al., Monocrotaline model of noncardiogenic pulmonary edema in dogs, Journal of applied physiology: respiratory, environmental and exercise physiology 45(6) (1978) 962-5.
[7] L. D. Deleve, X. Wang, J. Tsai, et al., Sinusoidal obstruction syndrome (veno-occlusive disease) in the rat is prevented by matrix metalloproteinase inhibition, Gastroenterology 125(3) (2003) 882-90.