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基于网络药理学、分子对接和实验验证的五味子果实复方通过AGEs/RAGE信号通路改善糖尿病肾病炎症反应的机制研究

期刊:Drug Design, Development and TherapyDOI:10.2147/DDDT.S395512

本研究由Hongdian Li与Ao Dong(共同第一作者)以及通讯作者Mianzhi Zhang等人完成,研究团队主要来自北京中医药大学东方医院肾内科和天津市中医药研究院附属医院肾内科。该论文发表于《Drug Design, Development and Therapy》期刊,2023年2月27日正式刊出,文献编号为2023:17 613–632。

从学术背景来看,本研究属于糖尿病肾病(diabetic kidney disease, DKD)治疗领域的传统中药药理机制研究。DKD是终末期肾病(end-stage renal disease, ESRD)的主要病因,炎症反应被认为是其核心发病机制。五味子果实混合方(Schisandra chinensis fruit mixture, SM)由五味子(“wuweizi”,WWZ)、川芎(“chuanxiong”,CX)和牡蛎(“muli”,ML)三味中药按3:2:1比例组成,长期以来用于DKD治疗,但其具体药理和分子机制尚不明确。该研究旨在通过网络药理学、分子对接和体内实验验证,系统揭示SM改善DKD炎症反应的潜在机制。

在研究流程方面,该研究包括四个主要环节。第一步是SM活性成分及靶点的收集与筛选。研究者通过液相色谱-串联质谱(LC-MS)并结合TCMSP、BATMAN-TCM、ETCM、TCMID四个数据库进行成分挖掘,同时参考SwissADME和Swiss Target Prediction数据库进行药物相似性和靶点预测。筛选条件包括口服生物利用度(oral bioavailability, OB)≥30%和类药性(drug-likeness, DL)≥0.18,但对虽不满足上述条件但具有明确药理活性或是SM主要成分的物质(如川芎嗪、视黄醇等)也予以纳入。最终获得53个活性成分,其中五味子20个、川芎22个、牡蛎6个,另有两个成分在五味子和川芎中均存在。去重后共获得1073个药物活性靶点。第二步是获取药物-疾病交集靶点。研究者以“diabetic kidney disease”和“diabetic nephropathy”为关键词检索GeneCards、OMIM和DisGeNET三个疾病基因数据库,分别获得253、437和566个靶点,合并去重后得到790个DKD相关靶点。将SM潜在靶点与DKD靶点映射后,共得到143个交集靶点。第三步是蛋白质-蛋白质相互作用(protein–protein interaction, PPI)网络分析与富集分析。将143个交集靶点上传至STRING平台构建PPI网络,再用Cytoscape 3.7.2软件的Centiscape插件根据度值(degree)、介数(betweenness)和紧密度(closeness)筛选核心网络,最终得到由25个节点和294条边构成的核心网络。随后利用DAVID 6.8平台进行GO和KEGG通路富集分析。GO分析显示,生物过程主要富集在基因表达正调控、基因表达负调控和凋亡过程负调控等;细胞组分主要涉及细胞外区域、细胞外空间和大分子复合物;分子功能主要涉及酶结合、蛋白结合和同源蛋白结合。KEGG分析筛选出174条信号通路,其中最显著的是糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路。第四步是实验验证与分子对接。动物实验使用30只雄性SD大鼠,随机分为对照组(6只)和DKD组(24只)。DKD组以高糖高脂饲料喂养6周后腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin, STZ)35 mg/kg建立2型糖尿病肾病模型,造模标准为随机血糖≥16.7 mmol/L且24小时尿蛋白定量(24hUTP)≥30 mg/24h。造模成功后,将DKD大鼠随机分为DKD组、SM低剂量组(1.5 g/kg/d)、中剂量组(3 g/kg/d)和高剂量组(6 g/kg/d),每组6只,灌胃给药12周。检测指标包括血糖、24hUTP、血清肌酐和尿素氮(blood urea nitrogen, BUN),肾组织进行HE、PASM、Masson染色及透射电镜观察,ELISA检测IL-1β、IL-6、IL-10和TNF-α,Western blot检测AGEs和RAGE蛋白表达。分子对接部分以核心成分(+)-aristolone为配体,以TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-10和AGEs为受体,使用AutoDockTools和PyMOL进行结合能计算,以−5.0 kcal/mol为稳定结合阈值。

在主要结果方面,LC-MS和数据库共鉴定出53个SM活性成分,其中经网络分析后有40个成分在DKD治疗中发挥作用。PPI网络筛选出的前20个核心靶点主要为炎症相关因子。KEGG富集显示AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症中排名第一。动物实验结果表明,与对照组相比,DKD大鼠的饮水量和摄食量显著增加(p<0.01),不同剂量SM均能不同程度改善这些症状。血糖、24hUTP、血肌酐和BUN在DKD大鼠中显著升高(p<0.01),SM各剂量组均能有效降低24hUTP、血肌酐和BUN(p<0.01),但对血糖的降低作用无统计学意义(p>0.05)。病理学观察显示DKD大鼠出现肾小球肥大、系膜细胞增生、系膜基质扩张、肾小球基底膜增厚、肾小管管腔扩张和间质炎症细胞浸润,透射电镜下可见肾小球基底膜均质增厚、系膜基质增多及足突广泛融合或消失。SM各剂量组均能不同程度改善上述病理损伤,且高剂量组效果最明显,因此后续机制研究选用SM-H组。Western blot结果显示DKD大鼠肾组织中AGEs和RAGE蛋白表达显著升高(p<0.01),SM-H组可显著下调二者表达(p<0.01)。ELISA结果显示DKD组肾组织中IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著升高,IL-10水平显著降低(p<0.01),SM治疗可有效上调IL-10并下调IL-1β、IL-6和TNF-α(p<0.01)。分子对接显示(+)-aristolone与AGE、TNF-α、IL-1β、IL-10和IL-6均有良好的结合能,表明该成分与核心靶点之间具有稳定的结合特性。

以上结果共同支持如下结论:SM可以通过调控AGE-RAGE信号通路改善DKD的炎症反应,从而发挥肾脏保护作用。AGEs与RAGE结合后可激活NF-κB和氧化应激,促进多种促炎细胞因子表达,形成恶性循环。SM通过下调AGEs/RAGE轴,抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的释放,并上调抗炎因子IL-10,进而减轻DKD肾脏炎症损伤。该研究为SM的临床应用提供了科学依据,也展示了网络药理学、分子对接与实验验证相结合的研究策略在中药复方机制研究中的可行性。

本研究的亮点在于:首次系统揭示了SM通过AGE-RAGE信号通路改善DKD炎症反应的机制;研究流程上整合了多数据库成分挖掘、LC-MS鉴定、PPI网络分析、GO/KEGG富集分析、分子对接和体内实验验证,具有方法学上的系统性和创新性;同时,(+)-aristolone被鉴定为SM的关键活性成分,为后续单体研究提供了方向。此外,该研究也为中药复方多成分、多靶点、多通路协同作用的阐释提供了新思路。需要指出的是,网络药理学仅能基于已知靶点进行分析,无法发现新靶点,且SM中多种单体成分仍需进一步的体内外实验验证。

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