CN115876855B - 一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选trpm8受体拮抗剂中的应用 - Google Patents
一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选trpm8受体拮抗剂中的应用Info
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Abstract
本发明提供一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选TRPM8拮抗剂中的应用,所述小鼠味蕾组织生物传感器是以丝网印刷电极为检测器件,小鼠味蕾组织膜为辨识原件,构建小鼠味蕾组织生物传感器,该组织生物传感器方法灵敏度高,特异性强,所需样品体积小,检测浓度低至10‑ 22mol·L‑1;且通过类比酶促反应动力学方法,实现了中药天然候选化合物中TRPM8受体拮抗剂的筛选。该发明形成一套基于小鼠味蕾组织传感器的TRPM8受体的拮抗剂筛选方法。
Description
技术领域
本发明属于中药领域,具体涉及一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选TRPM8受体拮抗剂中的应用。
背景技术
TRP通道是电压门控阳离子通道,能感知光线、温度、触觉、疼痛、味觉等刺激,其中热激活通道包括TRPV1-4,冷激活通道包括TRPM8和TRPA1。TRP离子通道与中药的药性—辛温、辛凉有一定的关联,许多来源于辛味中药的天然化合物可以调节TRP通道,因此针对TRP通道的研究可在一定程度上解释中药药性的科学内涵。TRPM8是研究较多的TRP通道之一,是一种冷激活的温觉TRP通道,分布于背根神经节和三叉神经的感觉神经元。TRPM8通道可被多种刺激激活,其中包括一定的低温(8-26℃)以及冷却剂,比如WS-3、薄荷醇、等激活剂。TRPM8的激动剂和拮抗剂都已被研究用于各种治疗,TRPM8拮抗剂作为治疗神经性疼痛、炎症、偏头痛和癌症的潜在药物。但大多数TRPM8拮抗剂缺乏对TRPM8的选择性,可与TRPV1和TRPA1相互作用。因此,对于TRPM8受体拮抗剂需进行特异性筛选。此外,关于对TRPM8受体激动剂和拮抗剂的研究可以进一步扩大对TRPM8受体功能的探索。
生物传感器是快速筛选具有高灵敏度和特异性的生物靶标的宝贵工具,对于拮抗剂的识别与筛选,组织生物传感器为激动剂与拮抗剂的相互作用的识别提供了技术支持。小鼠味蕾组织生物传感器是以修饰在丝网印刷电极上的由小鼠味蕾组织构成的生物膜为辨识原件,味蕾组织来源于舌头,舌头是收集物质味道信息的关键器官,感受味觉的基本单元是味蕾,味蕾由味觉受体细胞、基底细胞和支持细胞组成,味觉受体主要与甘、鲜、苦、辛等感受相关,当味蕾上的味觉受体与配体结合后,产生味觉信号,传递到大脑味觉中心,因此味蕾细胞和大脑味觉中心之间的信号传递具有较高特异性。舌头上的化学刺激、热刺激和触觉刺激等会引起感觉神经纤维的反应,与味觉乳头中味觉细胞上的味觉受体相互作用,进而激活与味觉细胞形成突出的神经纤维,其中TRPM8存在于支配舌头的感觉神经纤维中。而且味觉黏膜上皮组织在被剥离后的一段时间内仍保持正常功能,味觉受体细胞仍能保持对味觉物质的有效活性。此外,丝网印刷电极(SPE)是基于丝网印刷技术的一次性传感器,可以将组织、酶、抗原、抗体、核酸修饰在电极上,制成酶、抗体和基因传感器等,因其具有高灵敏度和选择性,以及较低的检测限,且允许进行大量实验,所需样品体积小,无需电极预处理和维护,被广泛用于制药、临床试验和食品工业中。本发明构建的小鼠味蕾组织生物传感器信号是由TRPM8受体激动剂与拮抗剂结合而产生,因此基于丝网印刷电极的生物传感器可提供可靠的结果。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足,扩大组织生物传感器的检测范围,提高对受体的特异性选择,灵敏筛选TRPM8受体拮抗剂,本发明的首要目的在于提供一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选TRPM8受体拮抗剂中的应用方法。
一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选TRPM8受体拮抗剂中的应用,具体包括以下步骤:
(1)小鼠味蕾组织传感器的构建:
将可溶性淀粉溶解于1%-5%的海藻酸钠的戊二醛溶液中,制得海藻酸钠淀粉胶溶液,用海藻酸钠淀粉胶溶液把小鼠味蕾组织固定于两张微孔滤膜之间,形成三明治结构的生物组织膜;将制备好的组织膜浸入CaCl2溶液后,并固定于丝网印刷工作电极上,小鼠味蕾组织传感器构建完成。
(2)小鼠味蕾组织传感器的构建的参数优化:
以CV法为小鼠味蕾组织传感器参数优化检测方法,检测电压范围为-0.4-0.7V,以辣椒素溶液为测试样品,分别以水、PBS、K3[Fe(CN)6]水溶液、K3[Fe(CN)6]PBS溶液、KCl-5mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液、KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液进行测试,由图1(A)可知KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液时响应电流最大;当以KCl-10mmol·L- 1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液时,分别在扫描速率为25、50、75、100、125、150、175mV进行检测,由图1(B)可知,选择50mV作为扫描速率;以KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液,扫描速率50mV,分别在扫描间隔为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.10V/s进行测试,由图1(C)可知,选择0.01V/s作为扫描间隔。
(3)TRPM8激动剂溶液浓度细化的确定:
精密称取TRPM8激动剂WS-3标准品(分子量211.344)1.1mg于5mL的容量瓶中,用KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]混合溶液定容,混匀,即得浓度约为1×10-3mol·L-1的WS-3溶液;按10倍浓度梯度稀释,得到1×10-22-1×10-4mol·L-1的WS-3溶液;以制备好的小鼠味蕾组织生物传感器为反应器件加入空白溶液以及浓度由低到高的WS-3溶液,采用电化学工作站记录电流强度,如图2(A)所示;以WS-3溶液浓度(C)为横坐标,以电流变化率(ΔI)为纵坐标,进行拟合,结果如图2(B)所示。由图可知,当浓度范围为1×10-21-1×10-19mol/L时,有良好线性关系,由此根据此浓度细分浓度为1×10-21、2×10-21、4×10-21、6×10-21、8×10-21、1×10-20、2×10-20、4×10-20、6×10-20、8×10-20、1×10-19mol·L-1;
(4)TRPM8激动剂与TRPM8受体相互作用:
按步骤(3)中的细分浓度由低到高(1×10-21-1×10-19mol·L-1)依次向小鼠味蕾组织生物传感器上加入WS-3溶液,采用电化学工作站记录电流强度;结果如图3(A)所示,响应电流变化率与TRPM8激动剂WS-3溶液呈现良好的双曲线关系,表明WS-3溶液与其受体的相互作用与酶促反应动力学相似,当受体与配体结合到一定程度时,具有配体饱和效应;以TRPM8激动剂WS-3溶液浓度的倒数为横坐标,以响应电流变化率的倒数为纵坐标,绘制双倒数曲线,线性关系较好,结果如图3(B)所示,拟合方程为y=8.811×10-21x+7.940(R2=0.040);根据公式
Slope为双倒数曲线的斜率,Intercept为截距,由此可以计算出TRPM8激动剂与TRPM8的Kd值,Kd=1.11×10-21M
(5)TRPM8受体激动剂与拮抗剂的混合溶液与TRPM8受体相互作用:
在步骤(3)确定的WS-3细分浓度范围内加入1×10-20mol·L-1的TRPM8备选拮抗剂—木兰脂素制成混合溶液,按浓度由低到高依次向小鼠味蕾组织生物传感器上加入混合溶液,采用电化学工作站记录电流强度;以混合溶液浓度(C)为横坐标,以电流变化率(ΔI)为纵坐标,类比酶促反应动力学进行双曲线拟合,结果如图4(A)所示,当受体与配体结合到一定程度时,具有配体饱和效应,当达到一定程度时响应电流不再变化;以混合溶液浓度的倒数为横坐标,以电流变化率的倒数为纵坐标,绘制双倒数曲线,拟合线性方程,结果如图4(B)所示,由图可知,线性关系良好,方程为y=2.776×10-20x+9.625,R2=0.983计算解离常数Kd值,Kd=2.88×10-21M;
(6)同理在步骤(3)确定的WS-3溶液细分浓度范围内加入1×10-20mol·L-1的TRPM8备选拮抗剂—连翘苷、藁本内酯、薄荷脑制成混合溶液,测定并计算连翘苷与TRPM8激动剂混合液与TRPM8受体的相互作用强度Kd=3.41×10-21M;藁本内酯与TRPM8激动剂混合液与TRPM8受体的相互作用强度Kd=1.54×10-21M;薄荷脑与TRPM8激动剂混合液类比酶促反应动力学无配体饱和效应,不能拟合双曲线,故不是TRPM8受体拮抗剂,而连翘苷与藁本内酯是TRPM8受体拮抗剂,结果分别见图5-图7。
(7)加入TRPM8拮抗剂之后,主要表现在解离常数Kd与最大反应速率Vmax的变化,根据公式
连翘苷混合液和藁本内酯混合液Vmax分别为0.132、0.124,是TRPM8激动剂溶液Vmax为0.126,连翘苷混合液和藁本内酯混合液较是TRPM8激动剂溶液没有显著变化,而解离常数Kd值显著增大,与酶的竞争性抑制相似,因此连翘苷和藁本内酯是TRPM8的竞争性拮抗剂;木兰脂素混合液Vmax为0.104,较TRPM8激动剂变小,而解离常数Kd值显著增大,属于混合型抑制,根据公式
C表示所用抑制剂浓度,Ki为抑制常数,Ki'为表观抑制常数。
Ki木兰脂素=4.65×10-21,Ki’木兰脂素=2.46×10-20,因Ki’木兰脂素>Ki木兰脂素,木兰脂素是TRPM8的竞争性与非竞争性混合的拮抗剂;Ki连翘苷=5.21×10-21,Ki藁本内酯=2.47×10-20,Ki藁本内酯>Ki连翘苷,故藁本内酯拮抗作用强于连翘苷。
本发明的有益效果是:
本发明的原理是当TRPM8拮抗剂与TRPM8结合之后,会引起Ca2+的释放从而产生动作电位进行传导,通过组织生物传感器模拟生物体进而将电信号传到电脑,由此研究TRPM8与拮抗剂的作用。用海藻酸钠淀粉胶把小鼠味蕾组织膜固定在微孔滤膜上,再将其固定在丝网印刷电极上,制得组织生物传感器,检测浓度低至1×10-22mol·L-1,具有高灵敏度与特异性,且所需样品体积小。此外小鼠味蕾组织生物传感器能够反应配体与受体的结合情况,且结合酶促反应动力学,通过绘制双倒数曲线图可以求得反应动力学参数,进而可判断拮抗类型,在拮抗剂的筛选中具有可靠结果。
附图说明
图1:小鼠味蕾组织传感器的构建的参数优化,(A)工作液类型优化图;(B)扫描速率优化图;(C)扫描间隔优化图;
图2:1×10-22-1×10-4mol·L-1TRPM8激动剂WS-3与TRPM8相互作用情况,(A)TRPM8激动剂WS-3的电流变化;(B)TRPM8激动剂WS-3溶液细分浓度确定;
图3:1×10-21-1×10-19mol·L-1TRPM8激动剂WS-3与TRPM8相互作用情况,(A)TRPM8激动剂WS-3的双曲线图;(B)TRPM8激动剂WS-3的线性拟合图;
图4:木兰脂素与TRPM8相互作用情况,(A)木兰脂素的双曲线图;(B)木兰脂素的线性拟合图;
图5:连翘苷与TRPM8相互作用情况,(A)连翘苷的双曲线图;(B)连翘苷的线性拟合图;
图6:藁本内酯与TRPM8相互作用情况,(A)藁本内酯的双曲线图;(B)藁本内酯的线性拟合图;
图7:薄荷脑与TRPM8相互作用情况
具体实施方式
实施例1一种小鼠味蕾组织生物传感器的构建,具体步骤如下:
(1)小鼠味蕾组织生物传感器的构建:
将可溶性淀粉溶解于1%-5%的海藻酸钠的戊二醛溶液中,制得1%-5%的海藻酸钠淀粉胶溶液;用海藻酸钠淀粉胶溶液把小鼠味蕾组织固定于两张微孔滤膜之间,形成三明治结构的生物组织膜;将制备好的组织膜浸入5%CaCl2溶液10s后,形成稳定的螯合物,并把生物组织膜固定在丝网印刷工作电极上,小鼠味蕾组织传感器构建完成。
(2)小鼠味蕾组织生物传感器的参数优化:
小鼠味蕾组织传感器参数优化检测方法为CV法,检测电压范围为-0.4-0.7V,以10-21mmol·L-1辣椒素为测试样品;首先对工作液种类进行优化,分别以水、PBS、K3[Fe(CN)6]水溶液、K3[Fe(CN)6]PBS溶液、KCl-5mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液、KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液进行测试,由图1(A)可知,KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液时响应电流最大,故在后续实验中确定KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液;其次,分别设置扫描速率为25、50、75、100、125、150、175mV进行检测,由图1(B)可知,兼顾扫描间隔和采样条件,选择50mV作为扫描速率;最后以KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液为工作液,扫描速率50mV,分别设置扫描间隔为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.10V进行测试,由图1(C)可知,兼顾扫描速率,选择0.01V/s作为扫描间隔。
(3)小鼠味蕾组织生物传感器的性能考察:
将同一浓度的辣椒素溶液在同一只小鼠味蕾组织传感器上连续六天测定电流,在前五天之内波动范围较小,趋于平稳状态,表明小鼠味蕾组织生物传感器稳定性能良好;取不同批次制备的小鼠味蕾组织生物传感器三只,对同一浓度的辣椒素溶液进行检测,响应电流变化率的相对标准偏差为6.47%,表明小鼠味蕾组织生物传感器重复性能良好。
实施例2一种小鼠味蕾组织传感器在筛选TRPM8拮抗剂中的应用
(1)TRPM8激动剂WS-3溶液浓度细化的确定:
精密称取TRPM8激动剂WS-3标准品(分子量211.344)1.1mg于5mL的容量瓶中,用0.1mol·L-1KCl和10mol·L-1K3[Fe(CN)6]的混合溶液定容,混匀,即得浓度约为1×10- 3mol·L-1的WS-3标准品溶液;按10倍浓度梯度稀释,得到1×10-22-1×10-4mol·L-1的WS-3溶液;以制备好的小鼠味蕾组织生物传感器为反应器件加入空白溶液以及浓度由低到高的WS-3溶液,采用CHI-660E电化学工作站记录电流强度,如图2(A)所示;以WS-3溶液浓度(C)为横坐标,以电流变化率(I0-I)/I0(ΔI)为纵坐标,进行拟合,结果如图2(B)所示,由图可知,当浓度范围为1×10-21-1×10-19mol·L-1时,有良好线性关系,由此细分浓度为1×10-21、2×10-21、4×10-21、6×10-21、8×10-21、1×10-20、2×10-20、4×10-20、6×10-20、8×10-20、1×10-19mol·L-1;
(2)TRPM8激动剂WS-3溶液与TRPM8受体相互作用:
按步骤(1)中的细分浓度由低到高(1×10-21-1×10-19mol·L-1)依次向小鼠味蕾组织生物传感器上加入WS-3溶液,采用CHI-660E电化学工作站记录电流强度;结果如图3(A)所示,响应电流变化率与WS-3浓度呈现良好的双曲线关系,表明WS-3与其受体的相互作用与酶促反应动力学相似,当受体与配体结合到一定程度时,具有配体饱和效应,类似于酶-底物相互作用,电流先呈上升趋势,后趋于平稳;以WS-3溶液浓度的倒数为横坐标,以响应电流变化率的倒数为纵坐标,绘制双倒数曲线,线性关系较好,结果如图3(B)所示,拟合方程为y=8.811×10-21x+7.940(R2=0.040);根据公式
Slope为双倒数曲线的斜率,Intercept为截距,由此可以计算出WS-3与TRPM8的解离常数Kd值,Kd=1.11×10-21M,Kd类比于酶促反应参数Km值,即为达到受体饱和最大生物学效应一半时的配体浓度,Kd值越小,受体与配体相互作用产生的生物效率越高。
(3)TRPM8受体激动剂与拮抗剂的混合溶液与TRPM8受体相互作用:
在步骤(1)确定的WS-3细分浓度范围内加入1×10-20mol·L-1的TRPM8备选拮抗剂—木兰脂素制成混合溶液,按浓度由低到高依次向小鼠味蕾组织生物传感器上加入混合溶液,采用电化学工作站记录电流强度;以混合溶液浓度(C)为横坐标,以电流变化率(ΔI)为纵坐标,类比酶促反应动力学进行双曲线拟合,结果如图4(A)所示,当受体与配体结合到一定程度时,具有配体饱和效应,当达到一定程度时响应电流不再变化,故电流先呈上升趋势,后趋于平稳,类似于酶-底物的相互作用;以混合溶液浓度的倒数为横坐标,以电流变化率的倒数为纵坐标,绘制双倒数曲线,拟合线性方程,结果如图4(B)所示,由图可知,线性关系良好,方程为y=2.776×10-20x+9.625,R2=0.983计算解离常数Kd值,Kd=2.88×10-21M;
(4)同理在步骤(1)确定的WS-3细分浓度范围内加入1×10-20mol·L-1的TRPM8备选拮抗剂—连翘苷、藁本内酯、薄荷脑制成混合溶液,测定并计算连翘苷与WS-3混合液与TRPM8受体的相互作用强度Kd=3.41×10-21M;藁本内酯与WS-3混合液与TRPM8受体的相互作用强度Kd=1.54×10-21M;薄荷脑与WS-3混合液类比酶促反应动力学无配体饱和效应,电流呈现不规律变化,不能类比酶与底物相作用,故不是TRPM8受体拮抗剂,结果分别见图5-图7。
(5)加入TRPM8拮抗剂之后,主要表现在解离常数Kd与最大反应速率Vmax的变化,根据公式
连翘苷混合液和藁本内酯混合液Vmax分别为0.132、0.124,WS-3溶液Vmax为0.126,连翘苷混合液和藁本内酯混合液较WS-3溶液没有显著变化,而解离常数Kd值显著增大,与酶的竞争性抑制相似,当拮抗剂加入以后,可以竞争性的结合TRPM8受体的配体结合中心校,而配体由于被排斥在结合中心外,不能结合受体而使受体收到抑制,因此连翘苷和藁本内酯是TRPM8的竞争性拮抗剂;木兰脂素混合液Vmax为0.104,较WS-3溶液变小,而解离常数Kd值显著增大,属于混合型抑制,根据公式
C表示所用抑制剂浓度,Ki为抑制常数,Ki'为表观抑制常数。
Ki木兰脂素=4.65×10-21,Ki’木兰脂素=2.46×10-20,因Ki’木兰脂素>Ki木兰脂素,木兰脂素是TRPM8的竞争性与非竞争性混合的拮抗剂,可以同时与TRPM8受体和TRPM8受体与激动剂的复合物结合;Ki连翘苷=5.21×10-21,Ki藁本内酯=2.47×10-20,Ki藁本内酯>Ki连翘苷,故藁本内酯拮抗作用强于连翘苷。
Claims (5)
1.一种小鼠味蕾组织生物传感器在筛选TRPM8受体拮抗剂中的应用,其特征在于,具体步骤如下:
步骤1:将小鼠味蕾组织放置于两张微孔滤膜之间,用质量分数为1%-5%的海藻酸钠淀粉胶溶液进行固定,形成三明治结构的生物组织膜,所述海藻酸钠淀粉胶溶液通过可溶性淀粉与1%-5%的海藻酸钠的戊二醛溶液混合制成;
步骤2:将制备好的组织膜浸入CaCl2溶液后,固定在丝网印刷工作电极上,组织传感器构建完成,并进行检测参数优化,以辣椒素溶液为测试样品,CV法为检测方法,检测电压范围为-0.4-0.7V,优化的工作液类型为水、PBS、K3[Fe(CN)6]水溶液、K3[Fe(CN)6]PBS溶液、KCl-5mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液、KCl-10mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液;
步骤3:采用步骤2中的小鼠味蕾组织传感器,依次加入空白溶剂和浓度由低到高的TRPM8激动剂WS-3溶液,采用电化学工作站记录电极间的电流强度;
步骤4:以TRPM8激动剂WS-3溶液的浓度为横坐标,以电流变化率为纵坐标,进行拟合,确定WS-3溶液进一步细分的浓度范围;在细分的不同浓度的TRPM8激动剂溶液中加入固定浓度的备选拮抗剂木兰脂素、藁本内酯或薄荷脑,以混合液的浓度为横坐标,响应电流变化率为纵坐标,进行双曲线拟合,通过动力学方程的拟合确定TRPM8拮抗剂对TRPM8激动剂的动力学过程;
步骤5:以TRPM8激动剂与拮抗剂混合溶液浓度的倒数为横坐标,以响应电流变化率的倒数为纵坐标,绘制双倒数曲线,计算拮抗剂对TRPM8激动剂的抑制常数,并根据酶促动力学原理判断拮抗剂对TRPM8受体的拮抗类型。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤2扫描速率优化范围为25–175mV。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤2扫描间隔优化范围为0.001–0.10V。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤3中TRPM8激动剂WS-3溶液的浓度范围为10-22-10-4mol·L-1。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤4中WS-3溶液进一步细分的浓度范围为10-21-10-19mol·L-1。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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