Phytochem Anal I 从“单指标”到“多维表型”：芪桂降脂方破解脂肪肝活性成分筛选难题 (李萍/王广基/杨华-中国药科大学)

2026年4月6日，中国药科大学李萍、王广基、杨华团队在Phytochemical Analysis（中科院3区，IF=2.6）在线发表题为“Discovery of Active Compounds in Qigui Jiangzhi Formula for Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease by a Multidimensional Phenotypic Analysis”的研究论文。

该研究聚焦代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）复杂病理进程下中药复方活性成分难以精准识别的关键问题，围绕芪桂降脂方如何通过多成分、多靶点、多通路协同调控糖代谢紊乱、脂质代谢异常、能量代谢失衡及氧化应激损伤展开系统研究。研究团队构建了基于高内涵成像的多维表型分析策略，突破传统单指标筛选方法的局限，成功从芪桂降脂方中鉴定出多种改善MASLD的潜在活性成分，并进一步揭示其可能通过AGE-RAGE、AMPK、HIF-1等关键信号通路发挥综合干预作用，为中药复方药效物质基础解析及抗脂肪肝创新药物发现提供了新的研究范式。

▶获取原文PDF文件，请关注本公众号，并在后台私信留言“20260508”，可自助获取！！！

☛或请关注本公众号“代谢与整合生物学”，点击下方链接，自动跳转下载页面：

代谢与整合生物学微信公众号_20260508.pdf

【摘要】

背景：代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的发病率正持续上升。临床研究表明，芪桂降脂方（QGJZF）可通过调节糖脂代谢通路，有效改善高脂血症及代谢相关脂肪性肝病患者的病情。

目的：本研究旨在建立一种基于多维表型特征的筛选策略，用于筛选芪桂降脂方中能够改善糖脂代谢异常的活性成分。

方法：本研究构建了一种基于高内涵成像技术的肝细胞多维表型分析方法。该方法能够将MASLD中的葡萄糖代谢、脂质代谢、能量代谢和氧化应激等生物学过程与细胞形态学数据进行关联。通过将芪桂降脂方各馏分的质谱离子数据与多维表型数据相结合，并基于活性评分和聚类评分开展化学-表型相关性分析，筛选芪桂降脂方中的活性成分。进一步结合网络药理学分析，阐明芪桂降脂方改善MASLD的潜在作用机制。

结果：在多维表型分析获得的199个细胞表型参数中，分别有99、51、131和76个参数与MASLD中的葡萄糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、能量代谢紊乱和氧化应激相关。随后，本研究在芪桂降脂方中鉴定出23种活性成分，这些成分能够改善葡萄糖代谢稳态、缓解脂质代谢紊乱、恢复能量代谢平衡并减轻氧化损伤。活性成分与网络药理学的联合分析结果表明，其作用机制可能涉及AGE-RAGE、MASLD相关通路、AMPK和HIF-1等信号通路。

结论：本研究提出了一种多维表型分析方法，克服了MASLD传统单指标筛选方法的局限性。利用该方法，本研究鉴定了芪桂降脂方中改善MASLD的活性成分及其关键作用通路。

01

研究背景及科学问题

预计到2040年，成人代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的患病率将高达55.7%。MASLD的发病机制具有多因素特征，而代谢紊乱所形成的恶性循环是其发生和进展的主要驱动因素。通常认为，MASLD的早期阶段以葡萄糖代谢紊乱为主要特征。例如，过量摄入葡萄糖和果糖可诱导肝脏胰岛素抵抗，进而损害肝脏对葡萄糖的摄取。同时，当脂肪组织中的胰岛素抵抗增强脂解作用时，循环游离脂肪酸水平升高，并促进脂质在肝脏中堆积，从而导致脂质代谢紊乱。此外，蓄积的游离脂肪酸会通过加重线粒体β-氧化负担并损害三磷酸腺苷（ATP）的生成，引发能量代谢失衡。这些事件共同导致过量活性氧（ROS）的产生和细胞损伤。因此，亟需阐明MASLD发生与进展的机制，为有效治疗策略的开发提供依据。

中药复方被认为是治疗MASLD的一种有效策略。芪桂降脂方由八味中药组成，包括黄芪、陈皮、苍术、肉桂、决明子、泽泻、生山楂和绞股蓝。该方在MASLD治疗中显示出潜在疗效。已有研究表明，其作用机制可能与激活AMPK/SIRT1信号轴有关，该信号轴可上调TFEB介导的自噬-溶酶体通路，促进肝细胞中脂滴的清除，并减少肝脏脂质蓄积。近期研究已阐明芪桂降脂方对脂质代谢紊乱的调节作用。然而，芪桂降脂方中改善葡萄糖代谢紊乱、能量代谢失衡和氧化应激的活性成分仍不明确。因此，有必要建立一种适用于MASLD多维病理过程的表征方法。

与基于靶点的筛选相比，表型筛选是新药研发中的重要策略。表型药物发现是指在不预先了解药物靶点的情况下，基于可量化的表型终点筛选候选化合物。表型筛选非常适合用于中药复方多成分体系中活性成分的发现。高内涵成像技术能够在单次实验甚至单个细胞水平提取数百至数千个形态学参数。高内涵成像技术所获得的多维参数已广泛应用于中药活性成分的鉴定。例如，AnnoTCM平台通过结合高内涵成像技术和代谢组学，从保元汤中鉴定出16种抗炎成分。此外，高内涵成像技术也已在斑马鱼模型中的表型药物发现研究中得到验证，并成功用于从仲景方中筛选抗炎化合物。因此，借助高内涵成像获得的多维表型数据，有望全面揭示中药复方通过多成分调控疾病多个生物学过程的作用方式。

本研究设计了一种多维表型筛选策略，用于筛选芪桂降脂方中的活性成分。该策略针对MASLD的四个关键病理过程，即葡萄糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、能量代谢紊乱和细胞氧化应激，构建了定量化的多维表型模块。随后，这些表型定量模块被用于分析芪桂降脂方对多步骤病理生理过程的改善作用。通过化学-表型相关性分析，本研究鉴定出芪桂降脂方中18种可改善葡萄糖代谢平衡的化合物。同时，有19种化合物可通过调节脂质代谢紊乱缓解疾病。在能量代谢方面，有17种化合物可恢复能量代谢平衡。此外，有16种化合物可减轻MASLD中的氧化应激损伤。网络药理学被用于预测活性成分的潜在作用机制。结果显示，这些化合物可通过调节AGE-RAGE、胰岛素信号和胰高血糖素信号等信号级联反应增强葡萄糖稳态；通过调控MASLD相关通路改善脂质代谢紊乱；通过协调AMPK和mTOR信号实现能量平衡；并通过激活FoxO和HIF-1通路减轻细胞氧化应激损伤。综上，本研究通过一种高效的多维表型方法，证明了芪桂降脂方及其活性成分在MASLD治疗中的调节作用。本研究认为，多维表型分析方法可应用于中药复方活性物质的发现。

02

重要发现及亮点

3.1 高糖诱导的肝细胞代谢紊乱模型

为系统评估代谢变化，本研究采用45、50、55、60或65 mM葡萄糖处理HepG2细胞24 h。结果表明，55 mM葡萄糖能够稳定诱导HepG2细胞发生一系列代谢紊乱，包括葡萄糖摄取受损、脂滴堆积增加、ATP含量下降以及ROS水平升高。因此，本研究选择55 mM葡萄糖作为后续实验的最佳诱导浓度。随后，研究进一步考察代谢功能障碍的时间变化过程，采用55 mM葡萄糖处理HepG2细胞，并在多个时间点（0、3、6、9、12、15和24 h）评估其变化。随着高糖暴露时间延长，代谢异常呈时间依赖性加重，提示代谢紊乱和氧化应激可能形成自我维持的恶性循环。因此，本研究选择55 mM葡萄糖处理24 h作为后续实验的最佳条件（图1）。

55 mM葡萄糖诱导显著降低了HepG2细胞的葡萄糖消耗。同时，55 mM葡萄糖可导致总胆固醇（TC）和总甘油三酯（TG）水平升高。Nile Red和油红O染色均证实细胞内存在明显脂滴堆积。此外，55 mM葡萄糖还触发显著的线粒体功能障碍，表现为线粒体膜电位（MMP）下降和ROS水平升高。综上，这些结果证实了所建立代谢紊乱模型的有效性。

图1 高糖（55 mM）诱导的肝细胞代谢紊乱模型。
（A）不同时间点HepG2细胞葡萄糖摄取水平的代表性荧光图像。（B）不同时间点HepG2细胞相对葡萄糖摄取水平的定量分析（n=3）。（C）不同时间点HepG2细胞脂滴堆积的代表性荧光图像。（D）不同时间点HepG2细胞相对脂滴堆积水平的定量分析（n=3）。（E）不同时间点HepG2细胞ATP含量的代表性荧光图像。（F）不同时间点HepG2细胞相对ATP含量的定量分析（n=3）。（G）不同时间点HepG2细胞ROS水平的代表性荧光图像。（H）不同时间点HepG2细胞相对ROS水平的定量分析（n=3）。统计分析中，所有数值均以均值±标准差表示。*表示模型组与对照组之间存在统计学差异。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。

3.2 55 mM葡萄糖可显著影响HepG2细胞的多维表型变化

细胞器结构和功能的完整性对于维持代谢稳态至关重要。代谢功能障碍通常与线粒体损伤、内质网应激以及线粒体-内质网接触异常有关。根据上述方法，本研究对HepG2细胞的细胞膜、线粒体和内质网进行了多重染色。随后，对正常组和55 mM葡萄糖组的HepG2细胞进行高内涵成像。利用Harmony 4.9软件从三个细胞器中共提取199个表型参数，包括荧光强度、形态学特征和纹理特征。其中，细胞膜参数39个，线粒体参数80个，内质网参数80个。基于多维表型分析结果，在55 mM葡萄糖作用下，HepG2细胞中有94个表型参数发生显著变化。为更直观地展示多维表型差异信息，本研究采用了非线性降维技术。t-SNE是一种将高维数据转换至低维空间的方法。结果显示，对照组与55 mM葡萄糖组呈现明显聚类。此外，本研究还分别分析了细胞膜、线粒体和内质网的多维表型参数，结果同样显示出显著聚类。

图2 HepG2细胞的多维表型分析。
（A）正常条件和高糖条件下HepG2细胞的表型图像。（B）HepG2细胞表型图像的分析流程。（C）MASLD的多维表型分析策略。（D）MASLD相关表型参数的聚类分析。（E）MASLD的多维表型图谱。

3.3 HepG2细胞的多维表型分析

本研究将Pearson相关系数引入多维表型分析方法，用于将HepG2细胞的代谢功能变化与多维表型分析结果进行关联。Pearson相关系数可用于衡量两个连续变量之间线性关系的强度和方向。本研究采集了不同浓度葡萄糖刺激下HepG2细胞的高内涵成像数据。如图2C所示，选取R²≥0.3的表型参数作为与MASLD四个关键病理过程密切相关的参数。随后，分别分析多维表型参数与葡萄糖代谢紊乱（2-NBDG荧光强度）、脂质代谢紊乱（Bodipy荧光强度）、能量代谢紊乱（ATP Red-1荧光强度）和氧化应激（DCFH-DA荧光强度）之间的相关性。之后，采用t-SNE对这些高度相关的参数进行分析。

结果显示，199个表型参数分别与葡萄糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、能量代谢紊乱和氧化应激存在相关性。此外，进一步对这些MASLD相关参数集进行t-SNE降维分析后，观察到55 mM葡萄糖组与对照组之间出现明显聚类。说明这些多维表型参数能够有效区分HepG2细胞的不同状态。

结果显示，99个参数与葡萄糖代谢紊乱高度相关，51个参数与脂质代谢紊乱高度相关，131个参数与能量代谢紊乱高度相关，76个参数与氧化应激高度相关。通过整合四个病理过程中的参数，该图谱为表征肝细胞代谢功能障碍提供了一个综合框架。

3.4 芪桂降脂方提取物改善MASLD异常细胞模型

芪桂降脂方提取物（10–100 μg/mL）处理后未观察到明显细胞毒性，各测试浓度下细胞活力均保持在90%以上。随后，本研究在10、30和100 μg/mL浓度下评估芪桂降脂方对MASLD的改善作用。结果显示，芪桂降脂方可改善HepG2细胞的代谢功能，例如提高葡萄糖消耗和葡萄糖摄取水平。同时，芪桂降脂方减少了脂滴堆积，并降低了细胞内TC和TG水平。此外，芪桂降脂方能够增加55 mM葡萄糖刺激下HepG2细胞中的ATP含量，并防止氧化应激损伤。

3.5 芪桂降脂方的化学成分表征

芪桂降脂方中的化学成分是其发挥药理作用的物质基础。为表征其非挥发性成分，本研究采用UPLC-Q-TOF MS进行分析。经优化色谱和质谱条件后，在正、负离子模式下采集MS1和MS2数据。利用MassHunter Qualitative Analysis B.10.0软件，本研究共鉴定出117种化合物，包括57种黄酮类、11种酚类、10种蒽醌类、10种萜类、7种苯丙素类、5种氨基酸、5种有机酸、3种生物碱、2种核苷、2种糖类以及5种其他类型化合物。

图3 芪桂降脂方的化学成分表征及药理作用验证。
（A）芪桂降脂方干预后HepG2细胞中2-NBDG、Bodipy、ATP Red-1和DCFH-DA的代表性荧光图像。（B）芪桂降脂方干预后HepG2细胞的相对葡萄糖摄取水平（n=6）。（C）芪桂降脂方干预后HepG2细胞的相对脂滴堆积水平（n=6）。（D）芪桂降脂方干预后HepG2细胞中TC的相对含量（n=6）。（E）芪桂降脂方干预后HepG2细胞中TG的相对含量（n=6）。（F）芪桂降脂方干预后HepG2细胞的相对ATP含量（n=6）。（G）芪桂降脂方干预后HepG2细胞的相对ROS水平（n=6）。（H）芪桂降脂方在正、负离子模式下的总离子流图。（I）芪桂降脂方化学成分的分类注释。统计分析中，所有数值均以均值±标准差表示。*表示模型组与对照组之间存在统计学差异；。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001；<0.05，#<0.01，##<0.001。

3.6 芪桂降脂方活性成分筛选

本研究采用自动制备液相色谱系统，以时间触发模式对芪桂降脂方提取物进行分离。共收集到128个具有梯度极性的馏分（QGJZF 1–128），并建立了芪桂降脂方馏分库。随后，采用UPLC-Q-TOF MS采集各馏分的MS1数据。结果显示，不同馏分之间分子离子峰存在明显差异，说明该方法能够有效分离芪桂降脂方中具有不同极性的化合物。研究从各馏分的总离子流图中提取特征峰，并整合其峰数、保留时间（RT）、质荷比（m/z）及对应馏分信息。随后进行峰对齐以筛选高质量特征，其中m/z匹配容差≤10 ppm，RT匹配容差≤0.3 min。仅保留至少在两个馏分中检测到的特征，最终生成包含22,583个特征离子的化学数据集。基于10 μg/mL的安全浓度，本研究使用128个芪桂降脂方馏分处理高糖暴露的HepG2细胞，从而构建了包含17,280张图像及其MASLD相关参数矩阵的表型图像数据集。

化学-表型相关性分析通过活性评分和聚类评分鉴定芪桂降脂方中的活性成分。这些评分通过将芪桂降脂方各馏分的质谱离子数据与多维表型数据相结合获得。离子水平活性通过两步评分流程进行评估。首先，利用遍历算法查找所有含有该离子的馏分，并根据MASLD相关归一化表型参数绝对值的均值为每个馏分赋予“活性评分”。随后，通过汇总所有对应馏分的活性评分计算离子活性评分。Z分数分布超过第80百分位的离子被初步定义为活性离子。为进一步优化筛选结果，本研究利用共享同一离子的馏分之间的Pearson相关性计算“聚类评分”，以反映表型调控的一致性。聚类评分高于0.8的离子被定义为高置信度活性特征。详细筛选流程见图4A。

筛选结果显示，芪桂降脂方处理组的AS Z分数分布与模型组存在明显差异。这一现象在四个关键病理过程中均一致出现，包括葡萄糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、能量代谢紊乱和氧化应激。这些结果提示，芪桂降脂方可能有效改善上述病理表型。随后，本研究采用CS评估候选特征离子的表型相关性。最终，分别在四个关键病理过程中鉴定出717、695、700和751个活性特征离子。所有筛选结果均通过稳健性评估，SSMD值均大于1。

本研究从芪桂降脂方中鉴定出作用于MASLD四个关键病理过程的活性成分。18种化合物，包括毛蕊异黄酮-7-O-β-D-葡萄糖苷、芒柄花素等，可改善葡萄糖代谢稳态；19种化合物，包括川陈皮素、芦丁等，可缓解脂质代谢紊乱；17种化合物，包括决明素、山柰酚-3-O-芸香糖苷等，可恢复能量代谢平衡；16种化合物，包括柠檬酸、异美橙皮内酯等，可减轻氧化应激损伤。

图4 芪桂降脂方活性成分筛选。
（A）基于AS和CS的两步评分策略。（B）特征离子AS Z分数的累积分布图（葡萄糖代谢紊乱-细胞膜）。（C）特征离子AS Z分数的累积分布图（葡萄糖代谢紊乱-线粒体）。（D）特征离子AS Z分数的累积分布图（葡萄糖代谢紊乱-内质网）。（E）特征离子AS Z分数的散点图（葡萄糖代谢紊乱-细胞膜）。（F）特征离子AS Z分数的散点图（葡萄糖代谢紊乱-线粒体）。（G）特征离子AS Z分数的散点图（葡萄糖代谢紊乱-内质网）。（H）葡萄糖代谢紊乱相关活性特征离子的韦恩图。（I）脂质代谢紊乱相关活性特征离子的韦恩图。（J）能量代谢紊乱相关活性特征离子的韦恩图。（K）氧化应激相关活性特征离子的韦恩图。

图5 芪桂降脂方潜在活性成分的功能注释。

3.7 芪桂降脂方活性成分药理作用验证

本研究在10 μM浓度下检测活性成分的体外药理作用。结果显示，这些化合物可增强高糖暴露HepG2细胞的葡萄糖消耗，减少细胞内脂滴堆积，恢复ATP水平，并清除过量ROS。

据此，本研究进一步选择毛蕊异黄酮、决明素、4-甲基肉桂酸和6-去甲氧基橘皮素，在原代小鼠肝细胞中进行验证。在1–20 μM浓度范围内，这四种化合物均以剂量依赖性方式发挥上述药理作用。

3.8 芪桂降脂方活性成分的网络药理学分析

基于筛选得到的全部活性成分，本研究将其潜在靶点与MASLD相关疾病靶点取交集，以探索其潜在机制。韦恩分析鉴定出与四个病理过程相关的交集靶点：葡萄糖代谢紊乱相关靶点344个，脂质代谢紊乱相关靶点338个，能量代谢紊乱相关靶点331个，氧化应激相关靶点334个。随后，利用STRING数据库构建各病理过程的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并通过拓扑学分析分别鉴定出48、62、52和56个核心靶点。这些结果表明，活性成分通过协同调控这些关键靶点发挥作用，并在多个病理过程中产生综合干预效应。

通路富集分析揭示了活性成分调控多个病理过程的潜在机制。在葡萄糖代谢方面，分析结果提示其涉及AGE-RAGE、胰岛素和胰高血糖素信号通路。对于脂质代谢调节，这些化合物可能通过促进脂解并调控脂质代谢相关信号通路发挥治疗作用。在能量稳态方面，mTOR、AMPK和FoxO信号通路被鉴定为调控细胞能量合成、利用和平衡的关键通路。决明素等化合物可调节活性氧代谢和HIF-1信号，从而改善氧化应激损伤。综上，本研究鉴定了芪桂降脂方中能够改善MASLD不同病理过程的活性成分。为更直观地展示芪桂降脂方抗MASLD的多成分调控网络，本研究基于活性成分信息构建了网络。基于该调控网络，可以高效识别活性成分调控疾病改善的作用形式。

图6 活性成分的药效学验证及网络药理学研究。
（A）活性成分促进葡萄糖消耗的药效学验证（n=3）。（B）芪桂降脂方药物靶点与葡萄糖代谢紊乱相关靶点的韦恩图。（C，D）葡萄糖代谢紊乱核心靶点的KEGG通路富集分析。（E）芪桂降脂方抗MASLD的多成分调控网络。统计分析中，所有数值均以均值±标准差表示。*表示模型组与对照组之间存在统计学差异；。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001；<0.05，#<0.01，##<0.001。

【Citation】:Xu X, Zhou F, Wu Z, et al. Discovery of Active Compounds in Qigui Jiangzhi Formula for Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease by a Multidimensional Phenotypic Analysis.Phytochem Anal. Published online April 22,2026.

【贡献】★★★★★

本研究通过建立一种多维表型筛选策略，解决了传统单指标筛选方法在代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）研究中的固有局限。该方法能够捕捉MASLD病理过程复杂且多因素的特征，从而实现对药物疗效更全面的评估。将该策略应用于中药复方芪桂降脂方后，本研究成功鉴定出多种生物活性成分。进一步结合网络药理学分析发现，这些成分可能通过同时靶向葡萄糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、能量代谢紊乱和氧化应激等多个病理过程来缓解MASLD。其协同作用可能通过AGE-RAGE、NAFLD、AMPK和HIF-1等关键信号通路介导。通过实现对多个疾病相关表型的同步评价，该多维方法克服了单指标检测的还原论局限，并为解析中药复方药效物质基础提供了一种新的系统性研究范式。

免责声明：本公众号尊重并倡导保护知识产权，本文所引述观点、言论、图片及其他信息仅供参考和资讯传播之目的，希望能给读者带来科研的灵感。文章素材来源于Phytochem Anal官网原文编译，部分来源在线网站，如涉及版权，联系删除！

【中科院1区｜肝脏与胃肠病学TOP期刊】

【中科院1区｜Cell子刊】

【中科院1区｜材料学TOP期刊】