《Chemico-Biological Interactions》：Veratramine induces cardiac developmental defects in zebrafish embryos via regulating the Wnt signaling pathway
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沈秦媛|冯唐辉|姜子木|郭玉洁|狄增彦|肖忠豪|胡伟涛|王翔|郭莉|徐洪|廖兰|曹子刚江西医学学院第一附属医院基础医学科学学院口腔科，南昌，江西330006，中国摘要癌症和心血管疾病是人类健康的主要慢性威胁，药物治疗是这两种疾病的主要干预手段。植物来源的生物活性化合物已成为抗癌剂
沈秦媛|冯唐辉|姜子木|郭玉洁|狄增彦|肖忠豪|胡伟涛|王翔|郭莉|徐洪|廖兰|曹子刚
江西医学学院第一附属医院基础医学科学学院口腔科，南昌，江西330006，中国
摘要
癌症和心血管疾病是人类健康的主要慢性威胁，药物治疗是这两种疾病的主要干预手段。植物来源的生物活性化合物已成为抗癌剂的重要来源。藜芦胺（VEM）是一种天然存在的植物甾体生物碱，在医学和农业中广泛应用。鉴于心血管系统在维持生理稳态中的关键作用，评估天然化合物对生物体的毒性至关重要。然而，天然化合物对这一重要系统的潜在毒性仍知之甚少。在此，我们使用斑马鱼作为模型系统来评估VEM对心脏发育的影响。我们的结果表明，VEM会损害斑马鱼幼体的发育，其心血管毒性表现为卵黄囊水肿、心包水肿、心脏增大、心房-心室重叠减少、窦静脉与动脉球之间的距离增加、心脏循环异常以及心率下降。具体来说，VEM会干扰参与心脏发育的基因表达，在斑马鱼心脏区域诱导氧化应激，并触发心肌细胞凋亡和异常增殖，最终导致心脏损伤。此外，我们的研究首次表明，VEM暴露会激活Wnt/β-连环蛋白通路，而用Wnt信号抑制剂处理可以恢复VEM引起的心脏发育缺陷和氧化应激。综上所述，我们的发现表明，VEM通过诱导氧化应激和激活Wnt/β-连环蛋白通路来导致斑马鱼幼体的心脏发育缺陷。
引言
作为两种主要的慢性非传染性疾病，癌症和心血管疾病对人类健康造成了严重影响。这两种疾病导致的死亡占全球死亡人数的很大比例，对全球公共卫生系统构成了核心挑战（Ahmadi等人，2022年；D. Li等人，2024年）。药物治疗仍然是这些疾病的主要干预手段，但由于传统药物的作用机制有限，它们不可避免地具有副作用。因此，开发新的低毒性药物并评估其安全性成为关键的研究重点（Ahmad等人，2023年；Keen等人，2025年）。从植物中提取的天然活性化合物由于其低毒性和多样的生物活性，已成为开发新化合物的重要来源。然而，由于缺乏对其潜在毒性的系统研究，这些化合物的进一步应用受到了阻碍（Ferraz、Pastorinho、Palmeira-de-Oliveira和Sousa，2022年）。
藜芦胺（VEM）是一种从藜芦属植物中提取的天然甾体生物碱，在农业和药物化学中具有重要的应用价值（W. Hou等人，2024年）。它是藜芦属植物的核心生物活性成分，与其他生物碱共存，占总生物碱的24.60%（S. Wang、Cui、Zhao、Liu和Wang，2022年）。VEM表现出多种生物活性，包括抗癌和降压作用（Xie等人，2026年；Zhou等人，2023年）。最新研究表明，VEM可在30分钟内迅速降低血压，减轻肾脏和心血管损伤，并改善自发性高血压大鼠的相关生化指标（Zhou等人，2023年）。在激素非依赖性前列腺癌细胞中，VEM通过ATM/ATR和PI3K/AKT通路诱导G0/G1细胞周期停滞，下调CDK4/6和cyclin D1，从而抑制增殖并促进凋亡（Yin等人，2020年）。
在过去二十年里，人们对植物化合物在昆虫控制中的应用越来越感兴趣（Isman，2020年）。植物来源的藜芦提取物具有杀虫活性，主要针对节肢动物和哺乳动物的电压门控钠通道。作为藜芦属中的主要生物碱之一，VEM及其相关化合物可以降低钠通道的激活阈值并延缓其失活（Catterall等人，2007年），导致神经系统过度兴奋和最终神经元阻塞。它们激活钠通道的能力使其具有作为新型天然杀虫剂的潜力，可以作为合成杀虫剂的替代品或补充品。VEM与拟除虫菊酯类杀虫剂联合使用时，对拟除虫菊酯敏感的菌株具有大约10倍的协同效应（E. J. Norris和J. R. Bloomquist，2022年）。
虽然生物碱在绿色杀虫剂开发方面具有相当大的潜力和独特优势，但某些生物碱可能成为新兴的水生微污染物，对生态系统构成风险（Günthardt等人，2021年）。VEM的致畸性低于大多数其他生物碱，且没有明显的副作用，但藜芦属植物的潜在毒性不容忽视。最近的研究表明，藜芦生物碱具有降压和抗肿瘤作用，而其衍生物则表现出神经毒性（Zhou等人，2023年）。其他生物碱类别可导致肌酸激酶和乳酸脱氢酶水平显著升高，而这些水平是心脏毒性的关键标志物（Lin、Li、Fu、Xie和Ye，2025年）。VEM的这种固有毒性最终限制了其在临床和环境中的应用。
斑马鱼是具有高度保守的器官系统和代谢途径的复杂生物模型，已成为毒理学生物学中的重要工具（Kan、Wang和Tung，2025年；W. Wang等人，2025年）。它们体型小、经济实惠且易于饲养。它们的胚胎在受精后约72小时（hpf）开始发育（Abbate等人，2021年）。斑马鱼心脏的早期发育大大缩短了药物毒性筛选周期，简化了研究过程（Angom、Singh、Muhammad、Varanasi和Mukhopadhyay，2025年）。与传统的鼠胚胎模型不同，斑马鱼胚胎不完全依赖功能性心血管系统。它们可以通过被动扩散获得氧气，即使存在严重的心脏缺陷也能存活（G. Chen、Wang、Zhu、Wang和Hu，2022年；X. Yang等人，2021年）。转基因斑马鱼品系也比其他动物模型更容易获得。特别是，荧光蛋白标记的转基因品系可以更直观地观察药物对斑马鱼发育的影响（Fu等人，2021年）。最重要的是，斑马鱼基因组与人类基因组高度同源，因此斑马鱼模型在越来越多的应用中更加高效和可行（Bowley等人，2022年；Y. Hou等人，2023年）。基于这些原因，我们使用斑马鱼模型来评估VEM在胚胎发育过程中的心脏毒性。我们的目标是为其临床应用和环境风险评估提供安全依据，因为它是一种新兴的水生微污染物
章节片段
转基因斑马鱼品系
本实验方案已获得井冈山大学实验动物福利和伦理委员会的批准，相关批准文件可应要求提供。实验中使用的斑马鱼包括成年野生型AB和三个转基因品系：Tg(myl7:GFP)，在心肌细胞中特异性表达绿色荧光蛋白；Tg(gata1:DsRed)，在红细胞中特异性表达红色荧光蛋白；以及Tg(TP1:GFP)，用于标记Notch信号通路相关细胞
藜芦胺对斑马鱼胚胎发育的急性毒性
首先，通过明场和绿色荧光成像观察胚胎的侧视图，以评估VEM对心脏形态的影响。总体而言，斑马鱼胚胎在6 hpf至72 hpf期间暴露于不同浓度的VEM后，出现了多种发育畸形。随着VEM浓度的增加，斑马鱼体长减少（图1A、C），伴有心包水肿（图1A、D）和卵黄囊扩大（图1A、B）。
藜芦胺对心脏发育的毒性作用
随后，使用Tg(myl7:GFP)
讨论
在过去的几十年里，抗癌药物的发展取得了显著进展。它们为治疗恶性肿瘤提供了巨大的治疗价值，但也带来了显著的安全隐患。因此，它们的生物安全性和环境安全性已成为全球关注的重点。抗癌疗法在降低癌症相关死亡率方面取得了巨大进展。然而，治疗引起的心脏毒性已成为这一群体长期死亡的主要原因。
结论
利用斑马鱼胚胎，我们首次系统地评估了藜芦胺在整个心脏发育过程中的心脏毒性。VEM处理导致了明显的心脏发育异常和心脏功能受损。它还引发了心肌细胞死亡和异常增殖，同时伴随着心脏组织中的氧化应激和Wnt/β-连环蛋白通路的过度激活。通过药物手段阻断这一信号通路大大减轻了VEM相关的心脏发育
CRediT作者贡献声明
冯唐辉：软件处理、数据分析。曹子刚：写作——审稿与编辑、资金获取。郭玉洁：实验研究。姜子木：监督、概念构思。肖忠豪：验证。狄增彦：资源准备。王翔：数据可视化。胡伟涛：项目管理。徐洪：数据可视化、验证。郭莉：数据分析。沈秦媛：写作——初稿撰写、方法学设计、数据管理。廖兰：项目管理、资金获取
未引用的参考文献
Li等人，2024年；Liu等人，2024年；Norris和Bloomquist，2022年；Norris和Bloomquist，2022年。
资金信息
本工作得到了国家自然科学基金（编号82160194、32370896、31900597和82560418，资助对象为廖兰）；江西省重点研发计划（编号20243BBI91023，资助对象为廖兰）；南昌大学第一附属医院的临床研究培养项目（编号YFYLCYJPY202401，资助对象为廖兰）；江西省杰出青年学者自然科学基金（编号20224ACB215001，资助对象为
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
