中药炮制增效！1区TOP: 湖北中医大揭示姜杜仲中的松柏醛通过调节ALDOA和H3K23la组蛋白乳酸化增强骨关节炎的治疗

【写在前面】：本期推荐的是由湖北中医药大学药学院-湖北省中药加工工程技术研究中心，湖北时珍实验室等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示姜杜仲中的松柏醛通过调节ALDOA和H3K23la组蛋白乳酸化增强骨关节炎的治疗。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Coniferyl Aldehyde in Ginger-Eucommiae Cortex Enhances Osteoarthritis Treatment by Modulating ALDOA and H3K23la Histone Lactylation

背景与目的

杜仲（EC）是一种传统的中草药，已被用于治疗骨关节炎（OA）。EC与姜联合可以增强疗效。OA通常与代谢紊乱有关，乳酸积聚有助于其进展。值得注意的是，在用姜加工EC的过程中，松柏醛（CFA）的浓度显著增加。本研究旨在调查CFA是否通过丙酰化改善OA，并开发一种非侵入性机器学习模型，利用乳酸和其他代谢标志物快速诊断OA。

方法

使用非靶向代谢组学策略和数据库集成研究了生姜加工前后EC化学成分的差异。使用网络药理学筛选活性成分，以检测CFA对肿瘤坏死因子-α（TNF-α）诱导的C28/I2和原代小鼠软骨细胞炎症的影响。使用代谢组学、可解释的机器学习和RNA测序鉴定了生物标志物和分子机制。细胞内蛋白质印迹和表达相关性分析证实了CFA处理的C28/I2细胞中炎症与H3组蛋白乳酸化改善之间的相关性。分子对接分析确定了靶点，ALDOA的过表达（oe）和沉默（si）验证了CFA对乳酰化的抑制作用。使用OA内侧半月板（DMM）模型的小鼠失稳来评估CFA的体内疗效。

结果

CFA是G-EC的主要成分，在体外和体内都表现出显著的抗炎作用。通过分析Metabolomics Workbench数据库中的44份OA尿液样本，开发了一种利用机器学习的非侵入性诊断模型。该模型结合SHapley Additive exPlanations和随机森林算法，将乳酸确定为OA的重要潜在诊断代谢产物。C28/I2细胞的代谢组学分析表明，CFA影响糖酵解途径。

结论

本研究确定了姜汁对EC协同作用的基础，并支持了G-EC加工的科学依据。在这项研究中，CFA通过影响糖酵解和调节H3组蛋白H3K23la位点的乳酸化来改善OA，突显了CFA在其抗OA作用中的关键作用。开发了一种非侵入性OA诊断模型，该模型有助于快速预测患者的OA风险，可解释的机器学习方法使关键代谢标志物的分析成为可能。

图文摘要

【前言】

杜仲（EC）是一种传统的中草药，以其多种药理活性和广泛用于治疗各种疾病而闻名。EC通过多种机制对骨关节炎（OA）表现出显著疗效，如抗炎、抗氧化、软骨保护、免疫调节和代谢改善作用。在中国，EC可以单独使用，加工成木炭，或与盐和生姜混合使用。据介绍，EC具有补肾作用。EC在与姜汁或盐水一起加工时会被烘烤，以增强其药用特性。严西亭等的《得配本本草》详细介绍了EC制剂的各种应用。去皮治疗腹泻和痢疾，烤去寒湿，酒烤滋补肝肾，蜂蜜烤补腰肾，盐水烤止痛，生姜加工补腰肾。姜汁具有温性和刺激性，有助于驱寒，调和胃部，缓解恶心。当与EC结合时，姜汁可以缓解下背痛和与寒湿相关的妇科疾病。因此，生姜加工的杜仲皮（G-EC）具有显著的药用价值和潜力，表明与炒制的（F-EC）相比，它在治疗相关疾病方面可能具有更大的临床应用效益。

炮制加工EC会显著改变其化学成分，从而提高其活性成分的稳定性和生物利用度。通过整合UPLC-HRMS（超高效液相色谱结合高分辨率质谱）分析和相关数据库中的信息，可以采用整体和动态的方法对中药进行非靶向代谢组学分析。该方法可用于选择药用植物品种、筛选优质中药标志物、中药制剂的二次开发、比较加工技术，以及研究干预前后中药的疗效和药理学基础。因此，利用代谢组学策略有助于深入探索姜汁加工增强EC的物质基础。通过对加工前后EC化学成分变化的综合分析，阐明了姜汁与EC化学成分之间的相互作用，表明用姜汁加工可以提高EC的功效，改善加工性能。研究结果表明，用姜汁加工可以提高EC对抗OA的疗效。

松柏醛（CFA）是EC中含有的一种天然小分子化合物，其化学成分在EC加工后会发生显著变化。CFA表现出一系列生物活性；然而，没有明确的科学证据将CFA与丙酰化修饰直接联系起来。CFA主要通过抗炎和抗氧化作用等机制发挥其生物学作用。CFA还抑制某些炎症介质的产生，并阻断特定的信号通路以缓解炎症反应。它可能通过调节细胞内代谢途径间接影响乳酸修饰水平，包括乳酸的产生调节和利用。然而，目前缺乏关于CFA是否以及如何影响这一过程的直接研究证据。

本研究主要探讨了G-EC对OA的治疗作用，重点研究了CFA成分。经过凝胶处理后，CFA的浓度显著增加。利用非靶向代谢组学分析、网络药理学、细胞实验和小鼠模型证明，CFA通过调节糖酵解途径、减少乳酸积累，从而抑制组蛋白的乳酰化，特别是在H3K23位点，来改善OA。可解释的机器学习用于分析与OA相关的生物标志物，并促进快速诊断。研究结果表明，姜加工增强了EC的疗效。CFA在体外和体内都显示出显著的抗炎作用，CFA被证明是增强EC疗效的关键成分。此外，基于机器学习的生物标志物分析有助于更深入地了解OA的发病机制，机器学习用于快速OA诊断显示出相当大的临床应用潜力。

【结果部分】

1.不同炮制方法F-EC与G-EC对骨关节炎改善效果及化学成分差异的影响。

2.F-EC与G-EC中差异化合物的分析及其与OA疾病相关蛋白的关联性研究。

3.CFA对C28/I2细胞及小鼠软骨细胞活力的影响及其对 TNF - α 诱导的体外骨关节炎模型的作用。

4.CFA调控C28/I2细胞中差异表达基因及通路富集分析。

5.体外实验中CFA治疗 TNF-α 诱导性骨关节炎所涉及的糖酵解代谢途径。

6.骨关节炎患者尿液样本的代谢谱分析与诊断模型构建。

7.CFA调控关键因素：糖酵解途径中的 ALDOA 及H3K23la组蛋白乳酸修饰的调控可改善骨关节炎。

8.CFA在体内骨关节炎模型中减轻组蛋白乳酸化修饰及关节炎症。

9.实验的整体机制示意图。

【结论与讨论】

本研究揭示了姜与杜仲G-EC协同作用的基础，并支持了G-EC加工的科学依据。该研究表明，CFA通过影响糖酵解和调节H3组蛋白H3K23la位点的乳酸化来改善OA，这突显了CFA在抗OA作用中的关键作用。开发了一种非侵入性OA诊断模型，该模型有助于快速预测患者的OA风险，并能够分析关键代谢标志物。

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