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Study on the potential nephrotoxicity and mutagenicity of aristolochic acid IVa and its mechanism - 18/09/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112081 
Zhong Xian 1, Jingzhuo Tian 1, Yushi Zhang 1, Jing Meng 1, Yong Zhao, Chunying Li, Yan Yi, Jiayin Han, Suyan Liu, Lianmei Wang, Chen Pan, Dunfang Wang, Fang Wang, Aihua Liang
 Key Laboratory of Beijing for Identification and Safety Evaluation of Chinese Medicine, Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China 

Corresponding author.

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Abstract

Previous reports demonstrated that aristolochic acids (AAs) exposure-induced nephrotoxicity, mutations, and tumorigenesis are mainly due to aristolochic acid I (AAI). Notably, the chemical structure of aristolochic acid IVa (AAIVa), which exists at higher levels in many Aristolochiaceae herbs, is extremely similar to AAI. In lack of toxicological data, it is unknown whether AAIVa exposure leads to aristolochic acid nephropathy (AAN), mutations, and tumorigenesis as of AAI. To answer these questions, mice were administered AAIVa by single or repeated long-term gavage, while AAI was used as a positive control. We found that single gavage of 40 mg/kg of AAIVa exhibited no obvious toxicity. Also, there were no tumors or death in mice administrated with 1 and 10 mg/kg of AAIVa for 6 months followed by a 12-month recovery time. There were no noteworthy alterations in gene mutation frequency in the kidney, liver, and stomach between the AAIVa and control mice. Fascinatingly, AA-associated mutational signatures, adenine-to-thymine (A>T) transversions, were absent in AAIVa-treated mice. Nonetheless, 10 mg/kg of AAIVa triggered lymphocytic infiltration and slight fibrous hyperplasia in the kidney at the 6th month; however, these were alleviated at the 12th and 18th months. On the contrary, AAI (positive control) caused severe diffuse fibrosis, tubular atrophy, necrosis, tumors in the forestomach and kidney, and death after the 6th month. It seems that long-term AAIVa exposure induced mild renal lesions could be due to the activation of the canonical or noncanonical transforming growth factor-β (TGFβ) pathway. Overall, these findings suggest that the mutagenicity and carcinogenic risk of AAIVa are very low.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

AAIVa is not causing acute toxicity.
AAIVa exposure exhibited non-carcinogenicity and lower mutagenicity compared with AAI.
AAIVa may induce reversible renal interstitial fibrous hyperplasia (RIFH).
AAIVa may induce RIFH by regulating canonical or noncanonical TGFβ signaling pathway.

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Abbreviations : AAs, AAI, AAII, AAIVa, AAN, A:T>T:A, TGFβ, Smad3, PI3K, AKT, MMP9, UTUC, BEN, SPF, ALT, AST, ALP, BUN, Cre, ROW, H&E, SNP, Indel, RIFH, PPI, C>T, G>A, WB, TP53, PTEN, Hras, Kras, FGFR3, p, ETM, ECM

Keywords : Aristolochic acid IVa, Nephrotoxicity, Low mutagenicity, Low carcinogenicity


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Vol 142

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