最新 | 代謝組學(xué)結(jié)合質(zhì)譜成像分析揭示黃葵膠囊治療2型糖尿病腎病的療效和機(jī)制

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2025.3.27

糖尿病腎病（Diabetic nephropathy，DN）是微血管病變引起的疾病，是2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM）最早且最常見的并發(fā)癥。糖尿病腎病是終末期腎病的主要病因，也是2型糖尿病相關(guān)死亡率的關(guān)鍵決定因素。目前，2型糖尿病腎?。═ype 2 Diabetic Nephropathy, T2DN）的診斷主要依賴于腎臟的組織病理學(xué)變化，迫切需要疾病特異性生物標(biāo)志物以及更安全、有效的治療方法，以實(shí)現(xiàn)2型糖尿病腎病的早期診斷和治療。

傳統(tǒng)中藥在治療T2DN方面具有顯著優(yōu)勢，黃葵膠囊（Huangkui capsule, HKC）作為一種中藥制劑，源自黃蜀葵花提取物，已被廣泛應(yīng)用于2型糖尿病腎病的治療。然而，黃葵膠囊在2型糖尿病腎病中的關(guān)鍵代謝途徑和治療靶點(diǎn)仍不清楚，這限制了精準(zhǔn)治療策略的發(fā)展。因此，采用系統(tǒng)的科學(xué)方法來闡明黃葵膠囊的治療機(jī)制至關(guān)重要。

2025年1月，黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)王喜軍教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國人民解放軍總醫(yī)院陳香美院士團(tuán)隊(duì)在Phytomedicine發(fā)表了題目為“Integrated metabolomics and mass spectrometry imaging analysis reveal the efficacy and mechanism of Huangkui capsule on type 2 diabetic nephropathy”的文章。本研究采用db/db小鼠模型評(píng)估黃葵膠囊對T2DN的療效，并研究其調(diào)節(jié)的核心通路以確定腎臟保護(hù)機(jī)制。

本研究重點(diǎn)采用高通量超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）和多元分析方法，分析了db/db小鼠的血清和腎臟代謝譜，識(shí)別了T2DN的潛在核心生物標(biāo)志物。利用大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜成像（AP-SMALDI-MSI）技術(shù)定位核心生物標(biāo)志物和藥物活性成分在腎臟組織中的原位空間分布。并結(jié)合生化指標(biāo)、組織病理學(xué)、免疫組化、免疫熒光、分子對接和蛋白質(zhì)免疫印跡實(shí)驗(yàn)等技術(shù)逐步揭示了黃葵膠囊的治療效果、作用通路和靶點(diǎn)。

01?

T2DN相關(guān)核心生物標(biāo)志物鑒定和篩選?

在第12周對血清樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析，以鑒定對照組?1（Con1）和模型組1（Mod1）之間的差異代謝物。共鑒定出26種差異代謝物，與Con1組相比，Mod1組中有12種代謝物上調(diào)，14種代謝物下調(diào)（圖1J）。

圖1. T2DN小鼠模型中26種血清代謝物標(biāo)志物的鑒定

進(jìn)一步對26種代謝物與12種臨床腎損傷指標(biāo)進(jìn)行了Spearman等級(jí)相關(guān)分析，其中12種代謝物與4種以上腎損傷指標(biāo)密切相關(guān)，被確定為潛在的腎損傷核心生物標(biāo)志物。其中，3-脫氫鞘氨醇、9-順式視黃酸（9cRA）和視黃醇酯是T2DN的新型潛在生物標(biāo)志物。此外，對12種潛在核心生物標(biāo)志物進(jìn)行ROC曲線分析（圖2C）表明所有核心生物標(biāo)志物的敏感性和特異性均大于0.9，這對早期臨床診斷具有重要意義。

圖2. T2DN小鼠模型中鑒定出12種潛在的腎損傷核心生物標(biāo)志物

02?

黃葵膠囊調(diào)節(jié)視黃醇代謝和鞘脂代謝途徑?

黃葵膠囊治療后，所有12種紊亂的核心生物標(biāo)志物均得到回調(diào)，包括DHA、9cRA、3-脫氫鞘氨醇和視黃酯等。使用MetaboAnalyst 5.0對這12種核心生物標(biāo)志物進(jìn)行進(jìn)一步分析表明，黃葵膠囊主要調(diào)節(jié)鞘脂代謝、視黃醇代謝、甘油磷脂代謝、不飽和脂肪酸生物合成、甘油酯代謝以及?；撬岷蛠喤；撬岽x。相較于其他四條途徑，視黃醇代謝和鞘脂代謝被確定為最關(guān)鍵的途徑（圖3B、C）。

圖3. 視黃醇代謝和鞘脂代謝是兩個(gè)核心代謝途徑

為了探索血清核心生物標(biāo)志物與腎臟代謝之間的關(guān)系，對db/db小鼠的腎組織進(jìn)行了廣泛靶向代謝組學(xué)分析（圖4A-H）。在腎臟中發(fā)現(xiàn)了血清核心生物標(biāo)志物PI(18:0/18:2(9Z,12Z))、硫酸吲哚酚、DHA、視黃酯、EPA和3-脫氫鞘氨醇，且其水平在黃葵膠囊治療后發(fā)生逆轉(zhuǎn)（圖4I）。

作者進(jìn)一步對對照組（Con）、模型組（Mod）、黃葵膠囊高劑量組（HKH）、達(dá)格列凈陽性對照組（Dap）小鼠的腎臟切片進(jìn)行AP SMALDI MSI分析，呈現(xiàn)了核心標(biāo)志物在腎臟組織內(nèi)的原位空間分布差異，同時(shí)有效驗(yàn)證了黃葵膠囊治療后代謝物水平發(fā)生逆轉(zhuǎn)（圖4J）。

圖4.?MALDI-MSI空間成像顯示HKC治療逆轉(zhuǎn)了腎臟中核心生物標(biāo)志物的含量

03?

黃葵膠囊治療機(jī)制探索?

3-脫氫鞘氨醇、9cRA和視黃酯參與鞘脂和視黃醇代謝，它們的表達(dá)主要受上游代謝酶SPT、AOX、ALDH1A、DAGT1和LRAT的調(diào)節(jié)。從機(jī)制上講，作者推測黃葵膠囊通過改變SPT、AOX、ALDH1A、DAGT1和LRAT的活性，調(diào)節(jié)視黃醇代謝和鞘脂代謝，增加TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制Th17細(xì)胞發(fā)育和神經(jīng)酰胺合成，從而發(fā)揮其治療作用。

為了進(jìn)一步探索黃葵膠囊的治療機(jī)制，在中藥血清藥物化學(xué)理論的指導(dǎo)下，作者篩選和鑒定了黃葵膠囊的14種化學(xué)成分。利用AP SMALDI MSI技術(shù)展示了楊梅素、槲皮素和異鼠李素在靶器官腎臟組織中的原位空間分布（圖5A）。進(jìn)一步通過分子對接和蛋白質(zhì)印跡實(shí)驗(yàn)表明，楊梅素、槲皮素和異鼠李素與上述關(guān)鍵酶具有良好的結(jié)合活性，且黃葵膠囊治療顯著增加了ALDH1A1、AOX、LRAT和DGAT1的表達(dá)，同時(shí)抑制了SPT的表達(dá)，其中HKH組效果最佳（圖5、圖6）。此外，高劑量黃葵膠囊對ALDH1A1、ALDH1A2、AOX、LRAT和 DGAT1蛋白的調(diào)節(jié)作用優(yōu)于Dap組。

圖5.?HKC對T2DN db/db小鼠視黃醇代謝和鞘脂代謝途徑中關(guān)鍵蛋白表達(dá)的影響

總結(jié)

本研究基于2型糖尿病腎病的經(jīng)典藥效學(xué)參數(shù)驗(yàn)證了黃葵膠囊的保護(hù)作用，并將其與陽性藥物達(dá)格列凈的治療效果進(jìn)行了比較。鑒定出12種對聚類有顯著影響的核心潛在生物標(biāo)志物，揭示了它們獨(dú)特的空間分布模式。首次從代謝組學(xué)和質(zhì)譜成像的角度闡明了黃葵膠囊治療2型糖尿病腎病的療效和作用機(jī)制。

圖6.?HKC治療T2DN的分子機(jī)制

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0944711325000364?via%3Dihub

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