本研究由南充市中心医院肾内科的Wang Zhixin和Liu Shuqin作为共同第一作者,在Xie Xisheng的指导下完成。研究得到了四川省中医药管理局专项研究基金(2024-228)和四川省科技厅专项研究基金(2021YFS025)的资助。该论文发表于《Current Pharmaceutical Biotechnology》期刊,于2025年1月13日被接收,文章DOI号为10.2174/0113892010369197250321083806,属于原创性研究论文。
糖尿病肾病(Diabetic Kidney Disease, DKD)是导致终末期肾病(End-Stage Renal Disease, ESRD)的主要原因之一,患者心血管疾病风险显著升高,死亡率较普通人群高出三倍。尽管新型降糖药物不断出现,DKD的患病率仍在快速上升。在传统中医理论中,DKD被归为“消渴病肾病”范畴,其病机涉及气虚阴亏、热湿瘀血等多个方面。中医药多靶点干预的特点为DKD这一病理机制复杂的疾病提供了新的治疗思路。糖脉康颗粒(Tangmaikang Granules, TMK)是由11味中药组成的复方制剂,包括黄芪、生地黄、黄精、麦冬、牛膝、丹参、赤芍、葛根、桑叶、淫羊藿和黄连,具有益气养阴、活血化瘀、健脾益肾的功效。前期临床研究显示TMK能够降低血糖、血压和血脂,改善胰岛素抵抗,减少尿白蛋白水平,但其确切的活性成分和分子机制尚不清楚。本研究旨在通过整合多种先进技术和方法,系统阐明TMK治疗DKD的活性成分、作用靶点和分子机制。
研究采用了多层次的系统工作流程。第一步通过超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)技术对TMK颗粒进行化学成分分析。样品经70%甲醇提取后进行色谱分离,采用正负离子模式进行检测,利用MetWare数据库对化合物进行定性鉴定,共鉴定出30种活性化合物,包括8种黄酮类、8种生物碱类、7种酚酸类、4种三萜及其皂苷类、2种木脂素类和1种醌类化合物。随后利用SwissADME平台对这些化合物进行ADME(吸收、分布、代谢、排泄)评估,筛选具有良好药物代谢动力学特性的候选化合物。第二步进行了网络药理学分析。通过SwissTargetPrediction和SuperPred平台预测化合物靶点,获得1410个TMK潜在靶点;从GeneCards、DisGeNET、OMIM和TTD数据库中筛选出3016个DKD相关疾病靶点,两者取交集得到384个共同靶点。构建“化合物-成分-共同靶点”网络并进行拓扑分析,度值排序前10的化合物被确定为核心活性成分。利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction, PPI)网络,通过CentiScape 2.2插件的拓扑分析和CytoHubba插件的MCC算法,识别出63个核心靶点和15个关键枢纽靶点,包括TP53、AKT1、BCL2、CASP3、CTNNB1、EGFR、HIF1A、IL1B、IL6、TNF、JUN、MMP9、NFKB1、PTGS2和STAT3。通过Metascape平台进行GO和KEGG通路富集分析,发现TMK主要参与AGE-RAGE信号通路、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药、内分泌耐药等194条信号通路,涉及细胞迁移调控、细胞因子信号响应、氧化应激管理等生物学过程。第三步进行分子对接和分子动力学模拟验证。将排名前10的活性化合物与15个关键靶点进行分子对接,所有结合能均低于-5 kcal/mol,显示强结合能力。其中dihydroberberine与MMP9的结合能最低,为-10.2 kcal/mol。选取结合能最低的8对蛋白-配体复合物进行100纳秒的分子动力学模拟,通过RMSD、RMSF、回转半径(Radius of Gyration, Rg)、溶剂可及表面积(Solvent Accessible Surface Area, SASA)、氢键数量和自由能分析等指标评估结合稳定性。除MMP9-dihydroberberine复合物在60纳秒后配体迁移至另一结合位点外,其余7对复合物在整个模拟过程中均保持稳定结合。MM/GBSA算法计算的总结合能均低于-20 kcal/mol,进一步证实了结合的稳定性。
第四步进行了体外实验验证。选用MPC-5小鼠足细胞作为研究对象,分为对照组、高糖组和TMK处理组。首先通过CCK-8实验评估TMK的细胞毒性和有效治疗浓度,结果显示TMK在50-450 µg/ml浓度范围内均无明显细胞毒性,细胞存活率在80%以上。在高糖环境下,100-300 µg/ml的TMK表现出较好的治疗效果,最终确定150 µg/ml为最佳实验浓度。氧化应激检测方面,流式细胞术和DCFH-DA荧光染色结果均显示高糖组足细胞内活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)水平显著升高,TMK处理后ROS水平明显降低。同时,TMK处理显著降低了高糖诱导的丙二醛(Malondialdehyde, MDA)水平升高,并恢复了超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)的活性。在炎症和信号通路方面,RT-qPCR和Western blot结果显示高糖刺激激活了p38和NF-κB通路,p38、p-p38、p65和p-p65的蛋白表达均显著增加。TMK处理有效抑制了MAPK/NF-κB通路相关基因和蛋白的表达。ELISA和RT-qPCR检测进一步证实高糖环境下足细胞分泌的IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著升高,TMK处理显著降低了这些炎症因子的表达。在凋亡方面,流式细胞术检测显示高糖组足细胞凋亡率明显升高,TMK处理后凋亡率显著下降。Western blot分析显示高糖组促凋亡蛋白Bax和Caspase-3水平升高,抗凋亡蛋白Bcl-2水平降低,TMK有效逆转了这些凋亡相关蛋白的变化。
本研究得出的主要结论是:TMK颗粒通过多成分、多靶点的策略发挥对DKD的治疗作用。其核心活性成分包括columbamine、dihydroberberine、jatrorrhizine、p-coumaroyltyramine、n-cis-feruloyltyramine和astragaloside IV等,这些成分通过作用于AKT1、BCL2、CASP3、CTNNB1、EGFR、PTGS2和TNF等关键靶点,调控AGE-RAGE、EGFR、HIF-1和凋亡等多条信号通路。体外实验证实TMK能够显著抑制高糖诱导的足细胞氧化应激、炎症反应和凋亡,其机制与抑制MAPK/NF-κB信号通路密切相关。本研究的科学价值在于首次系统阐明了TMK治疗DKD的活性物质基础和多靶点作用网络,揭示了其抗氧化、抗炎和抗凋亡的协同作用机制。从应用价值来看,该研究为TMK在DKD临床治疗中的应用提供了坚实的理论基础和科学依据,同时也为中药复方治疗复杂疾病的研究提供了方法学范式。研究的突出亮点在于整合了UPLC-MS/MS、网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和实验验证等多层次研究手段,形成了从成分鉴定到靶点预测再到功能验证的完整研究链条。特别是分子动力学模拟的应用,不仅验证了分子对接结果的可靠性,还发现了MMP9-dihydroberberine复合物结合位点迁移的特殊现象,为深入理解药物-靶点相互作用的动态行为提供了重要见解。此外,研究选取足细胞作为核心研究对象,紧扣DKD中蛋白尿形成的关键病理环节,使得研究结论具有较强的病理生理学针对性。