中药多组学思路1区: 北中医揭示虎杖苷调节糖尿病大鼠肝脏糖脂代谢机制

【写在前面】：本期推荐的是由国家中医药管理局中医药学院-中医药重点实验室-北京中医药大学等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF6.7）的一篇文章，揭示虎杖中的虎杖苷调节糖尿病大鼠肝脏糖脂代谢机制：网络药理学和多组学的多尺度分析。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Polydatin from Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix regulates glucolipid metabolism in the liver of diabetic rats: Multiscale analysis of network pharmacology and multiomics

背景：虎杖是虎杖的根和根茎，临床上常用于预防和治疗糖尿病及其并发症，但其活性成分和调控机制尚未得到深入分析。

目的：采用网络药理学与多组学分析相结合的方法，剖析互助发挥抗糖尿病作用的物质基础和作用机制。

方法：本研究采用表型指标进行基线评估，然后利用网络药理学、代谢组学、转录组学和gPCR技术进行综合分析，以阐明互助的活性成分和药理机制。

结果：网络药理学分析表明，虎杖苷是虎杖抗2型糖尿病药理作用的潜在活性成分。体内实验结果表明，虎杖苷显著调节糖尿病大鼠的血糖、血脂水平、肝功能和肝脏病理损伤。转录组学、代谢组学和gPCR验证的分析结果表明，虎杖苷通过调节胆汁酸代谢、脂肪酸氧化和脂肪生成，全面调节'T2DM'中的葡萄糖和脂质代谢。

结论：虎杖苷是虎杖治疗2型糖尿病的关键成分，其调节机制多种多样，具有巨大的发展潜力。

图文摘要

【前言】

尽管西医已被证明对治疗2型糖尿病有效，但大多数药物都会带有不良的副作用。传统中药（TCM），如中药配方及其提取物，以其独特的理论和治疗各种人类疾病已经应用了数千年。鉴于T2DM的发病机制，中药越来越多地应用于T2DM的治疗，并已成为开发抗T2DM药物的生物活性化合物的重要来源。随着更多具有抗T2DM特性的天然成分的发现，人们已经广泛地努力阐明其潜在的机制。因此，迫切需要开发适用于2型糖尿病临床治疗的中医。虎杖，是指虎杖的根和根茎。它含有精油、醌类、二苯乙烯类、香豆素类和木酚素类等成分。此外，它还具有促进祛湿、祛黄疸、清热解毒、散血瘀、止咳、祛痰等传统作用。现代药理研究表明，呼张具有降脂、抗氧化、抗炎、促进伤口愈合、保护肝脏、刺激血管形成等多种活性。虎杖提取物可缓解高脂肪饮食（HFD）引起的大鼠肥胖、脂肪肝和胰岛素抵抗。此外，我们还观察到这些提取物可以改善链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠因高血糖而引起的视网膜功能障碍。在另一项研究中，发现虎杖提取物可以保护线粒体超微结构，减轻氧化应激损伤，促进能量代谢，从而减轻大鼠HFD诱导的脂质代谢紊乱。总而言，虎杖在调节糖脂代谢方面具有重要的应用潜力。然而，其化学基础和作用机制尚不清楚。因此，阐明虎杖与T2DM的相互作用具有很大的研究价值。

系统生物学驱动的组学方法在中医研究中发挥着不可或缺的作用，为中医对各种疾病的系统作用提供了前所未有的覆盖。系统生物学作为一种新兴的研究方法，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学，分别揭示了中医中基因、蛋白质和代谢物的功能和相互作用。这对解释中医的各个方面做出了重要贡献，如识别生物活性成分、药理活性、毒理学作用和治疗机制。此外，网络药理学已成为中医药研究中的一种方法。它结合了中医的基因、蛋白质和成分，通过先进的计算算法和网络模型将疾病和中医兼容性联系起来。该分析确定了有效成分，并将独立的靶点和药物转化为草药成分靶点疾病网络。因此，网络药理学和多组学都源于系统生物学，构成了阐明虎杖治疗2型糖尿病作用及其疗效机制的核心策略和有力工具。

【结果部分】

1.虎杖治疗糖尿病的网络药理学分析。

2.监测糖尿病大鼠的血糖、OGTT、肝功能和血脂水平。

3.糖尿病大鼠的肝脏系数、脂肪系数、肝脏HE染色、油红O染色。

4.正离子模式下的代谢组学分析。

5.负离子模式下的代谢组学分析。

6.所选关键差异代谢物的相对丰度。

7.转录组分析。

8.转录组WGCNA分析。

9.基于模型组、对照组和虎杖苷组转录组学的GSEA。

10.转录组学和代谢组学的相关性分析。

11.代谢物和基因的富集分析。

12.iPath路径图分析。

13.通过qPCR分析关键差异基因的相对mRNA水平。

【结论与讨论】

综上所述，为了解决虎杖治疗T2DM的物质基础和作用机制的差距，我们结合网络药理学和转录组数据分析，初步预测其潜在的活性成分和调控机制。在众多的成分中，虎杖苷成为发挥抗糖尿病活性的关键作用。因此，我们在糖尿病大鼠中进行了实验，证实了虎杖苷显著改善了与糖尿病相关的各种生理指标。通过整合代谢组学、转录组学和多组学联合分析，我们的研究阐明了虎杖苷抗糖尿病作用的分子机制，这可能通过协同调控胆汁酸代谢、AMPK和PPAR信号通路发挥作用。

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