急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)是一种常见的临床综合征,表现为肾功能的急剧下降,可能导致严重的健康后果
[1]。顺铂(cisplatin,CP)是一种广谱抗肿瘤药物,被广泛用于多种实体瘤的治疗,如膀胱癌、肺癌、卵巢癌和睾丸癌等
[2]。然而,CP在临床应用中常伴随严重的肾毒性。研究发现,约30%的癌症患者接受CP治疗时会出现AKI,这种反应不仅影响患者的生活质量,还对治疗效果产生负面影响
[3]。目前,CP引起的AKI还缺乏有效的治疗药物。
在中医学上,CP所致的肾毒性损伤被归类于“药毒”范畴。临床上,治疗的基本原则是扶正祛邪,同时采用活血化瘀、补益脾肾、利水解毒等方法
[4]。其中,活血化瘀的中药不仅通过调节血液流变学和改善微循环障碍,来减轻肾脏损伤;它们所含的活性成分还可以减少氧化应激和炎症反应,从而降低肾小管细胞的损伤和凋亡
[5-7]。脉络宁(mailuoning,MLN)是一种改良自传统中药方“四妙勇安汤”的中药复方注射剂。该注射液由金银花、玄参、石斛和牛膝4味中药组成,具有清热养阴和活血化瘀的功效,主要用于治疗各种血瘀证,包括血栓闭塞性脉管炎、静脉血栓形成、动脉硬化闭塞症和脑血栓形成。此外,MLN已被证实有助于慢性肾小球肾炎患者的肾功能恢复
[8-11]。研究发现,MLN具有抑制凋亡和氧化应激的作用,能激活蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信号通路,从而明显降低内皮细胞凋亡。此外,MLN通过其有效成分咖啡酸发挥抗血小板作用,减少血管内的血栓形成
[12-13]。然而,尚不清楚MLN是否能改善CP引起的AKI。本研究采用网络药理学方法,筛选MLN治疗AKI作用的相关靶点和通路,并构建CP诱导的小鼠AKI模型进行初步验证,为MLN临床治疗AKI提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 药品与试剂
MLN注射液(批号:20240409,国药准字:Z32021102)购自金陵药业股份有限公司南京金陵制药厂;CP购自上海毕得医药科技股份有限公司,肌酐(creatinine,Cre)和尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)试剂盒购自南京建成生物工程研究所;中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)抗体购自泰州佰嘉生物科技有限公司,Bcl-2抗体购自碧云天公司,裂解形式caspase-3(cleaved caspase-3)和p-P53(ser 15)抗体购自Cell Signaling Technology公司,Bax抗体购自合肥善本生物科技有限公司,p-AKT(Thr 308)抗体购自巴傲得生物科技有限公司,AKT抗体购自华安生物科技有限公司。
1.1.2 仪器
LUKYM-Ⅱ组织研磨器购自广州露卡测序仪器有限公司,HistoCore Arcadia包埋机和CM1850UV切片机购自徕卡仪器公司,PALM MicroBeam组织病理图像拍摄购自ZEISS公司,Hesper化学发光成像系统购自莫纳生物科技有限公司。
1.1.3 动物
SPF级C57BL/6小鼠40只(雄性,6~8周,18~21 g),购自江苏华创信诺医药科技有限公司,生产许可证号:SCXK(苏)2020-0009,实验动物饲养于广东医科大学附属医院实验动物中心的屏障系统内。饲养条件为温度20 ℃~25 ℃,相对湿度(70±10)%,12 h光/暗周期循环,自由进食及饮水,适应7 d后进行实验。本研究得到广东医科大学实验动物伦理委员会的审查批准(批准号:GDY2102346)。
1.2 实验方法
1.2.1 MLN化学成分与潜在靶点的筛选
利用TCMSP数据库(
https://www.tcmsp-e.com/tcmsp.php)和ETCM 2.0数据库(
http://www.tcmip.cn/ETCM2/front/#/),以“金银花、玄参、石斛及牛膝”为关键词检索获得活性成分,在TCMSP数据库中按照口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%和类药性(drug likeness,DL)≥0.18为标准进行筛选。在ETCM数据库中筛选出QED得分>0.67的化合物。通过Pubchem数据库检索所含成分对应的SMILES号,借助 Swiss Target Prediction(
http://swisstargetprediction.ch/index.php)数据库进行靶点预测,获得MLN活性成分合集及对应靶点合集。
1.2.2 构建药物与有效成分关系的网络图
本研究采用Cytoscape3.8.2版本,将1.2.1筛选得到的药物活性成分及靶点导入构建药物-有效成分网络图。
1.2.3 AKI疾病相关靶点及药物-疾病共同靶点获取
利用疾病数据库GeneCards(
https://www.genecards.org/),以“acute kidney injury”为关键词检索,对AKI的靶点进行收集,汇总后去除重复信息,获得AKI相关作用靶点。使用在线绘制韦恩图工具(
https://www.bioinformatics.com.cn/static/others/jvenn/)绘制MLN活性成分对应的靶点和疾病靶点韦恩图,得到MLN和AKI的共同靶点。
1.2.4 药物-活性成分-共有靶点网络图
为了可视化和阐明化合物、途径和靶标之间的复杂关联,利用Cytoscape3.8.2软件构建“药物-活性成分-共有靶点”网络,每个节点分别代表“药物、活性成分和共有靶点”。
1.2.5 核心靶点-非核心靶点网络图构建及枢纽基因筛选
将MLN和AKI共同靶点导入STRING数据库进行分析,蛋白种类设置为“Homo sapiens”,最低相互作用阈值设为“high confidence(0.900)”,获得蛋白质相互作用关系,保留所构建的蛋白-蛋白互作(protein-protein interaction,PPI)网络图,并以tsv文件格式导出后,利用Cytoscape3.8.2软件构建核心靶点-非核心靶点网络图。随后,用Cytoscape3.8.2中的CytoHubba插件识别枢纽基因。此外,使用Cytoscape3.8.2中的MCODE插件进一步细化PPI网络图,从中获得核心网络用于后续分析,以degree=2,k-core=2,node score=0.2,max depth=100为参数设置
[14]。利用Cytoscape3.8.2软件中的插件CytoNCA,以半数度中心性(degree centrality,DC),接近中心性(closeness centrality,CC)和中介中心性(betweenness centrality,BC)作为第1次筛选条件,以≥2倍的中值DC作为第2次筛选条件,通过2次筛选,最终获得核心靶点。
1.2.6 基因本体(gene ontology,GO)和KEGG分析
利用R软件Bioconductor包对交集靶点进行GO分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析。最后,将分析得到的靶点和信号通路相对应,运用Cytoscape3.8.2软件构建靶点-信号通路网络模型。
1.2.7 造模及给药方法
称量小鼠体质量,将40只SPF级雄性C57BL/6按照每组10只,随机分为4组:溶剂对照组(vehicle control)、MLN毒性对照组(MLN toxicity control)、CP模型组(CP model)和CP+MLN组。小鼠每日腹腔注射给予15 mL/kg的MLN
[15],溶剂对照组和CP模型组给予同等剂量的生理盐水,连续10 d,1次/d。给药第7天,禁食不禁水12 h后,CP模型组和CP+MLN组通过腹腔注射20 mg/kg CP来制备AKI模型。小鼠造模剂量及实验方案参考文献[
16-
18]的方法,略有修改。
1.2.8 血浆肾功能检测
造模第3天,禁食不禁水12 h,末次给药1 h后,各组小鼠经戊巴比妥麻醉后,进行眶后静脉丛取血,用肝素抗凝管收集血样,4 ℃,转速3 000 r/min,离心15 min,收集血浆,严格按照试剂盒说明书所述方法检测血浆中血尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)、血肌酐(creatinine,Cre)水平。
1.2.9 肾脏病理组织检测
取各组肾组织样本置于4%多聚甲醛溶液固定后,依次经梯度乙醇脱水处理,常规石蜡包埋,制备切片。采用HE染色法对切片进行染色,光镜下随机选取区域进行拍照,以客观评估肾脏组织的损伤程度。对肾脏病理损伤程度按照以下标准进行评分:0分,正常肾组织;1分,肾小管受损范围<25%;2分,肾小管受损范围25%~50%;3分,肾小管受损范围50%~75%;4分,肾小管受损范围>75%
[19]。
1.2.10 免疫印迹法检测小鼠肾组织相关蛋白表达情况
取各组小鼠肾组织,提取肾组织总蛋白,BCA蛋白定量后进行电泳、转膜,5%脱脂奶粉室温封闭1 h,在4 ℃孵育一抗(稀释比例:1∶1 000)过夜,室温孵育二抗(稀释比例:1∶10 000)1 h,膜洗涤后使用凝胶成像仪显影、拍照,采用Image J软件分析蛋白条带灰度值。
1.3 统计学方法
所有数据采用Origin version 8.0进行统计学分析。数据正态性检验通过Shapiro-Wilk检验进行评估,符合正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示;非正态性分布的计量资料则采用中位数(四分位间距)[Md (P25,P75)]表示。对于正态分布数据,采用单因素方差分析,当组间差异有统计学意义(P<0.05)时,则使用Tukey多重比较检验进行事后分析;非正态分布数据采用Kruskal-Wallis检验,若检验结果显示差异有统计学意义(P<0.05),则通过Dunn多重比较检验进行组间两两比较。检验水准α=0.05。
2 结 果
2.1 网络药理学分析
2.1.1 MLN活性成分的筛选
通过TCMSP和ETCM 2.0平台数据挖掘,分别以OB≥30%,DL≥0.18和QED得分>0.67作为筛选条件,筛选出与4味中药相关的104个活性成分,共获得活性成分对应的靶点940个,删除重复靶点后最终获得224个活性成分对应靶点。
2.1.2 MLN与AKI的共同靶点及网络构建分析
通过GeneCards数据库共检索到2 465个与AKI相关的靶点基因,将AKI相关及MLN活性成分对应的靶点输入在线绘制韦恩图工具,绘制韦恩图,取其交集后,共发现117个潜在治疗靶点与MLN靶点和AKI相关基因相交(
图1A)。将2.1.1和2.1.2收集到的数据导入Cytoscape3.8.2构建中药-活性成分-共有靶点网络图(
图1B)。网络包含183个节点和764条边,其中4个三角形节点表示MLN的4个中药材,62个圆形和箭头节点表示MLN活性成分,117个菱形节点表示MLN和AKI共有的靶点基因,该网络结果表明,每个靶点都受到多种活性成分的影响,每个活性成分都能作用于多个蛋白质靶点。因此,推测MLN可能通过多组分和多靶点在AKI中发挥肾保护作用。
2.1.3 PPI网络的构建与核心成分的筛选
将前面得到的117个交集靶点输入STRING数据库,将最低互作阈值设定为0.9,得到1个107个节点、397条连线的PPI网络图,将其导入Cytoscape3.8.2中构建核心和非核心靶标网络(
图2A)。随后,通过Cytoscape中CytoHubba插件中MCC算法,对PPI数据进行分析,计算出排名前10位的基因作为枢纽基因(
图2B)。此外,使用Cytoscape中MCODE插件进行聚类分析,构建高度连接的子网络,并将靶点分配成4组(
图2C)。利用Cytoscape3.8.2软件中CytoNCA插件,进行DC、BC、CC数据分析,并分别计算其中位数,并以此为筛选条件进行第一次核心靶点筛选,然后以第1次筛选结果中2倍DC作为筛选条件再次筛选,得到17个核心靶点,结果提示MLN缓解AKI作用与肿瘤蛋白53(tumor protein 53,TP53)、白细胞介素6(interleukin 6,IL-6)、AKT1、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、雌激素受体1(estrogen receptor 1,ESR1)、半胱天冬酶3(caspase-3)、B细胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma 2,Bcl-2)等靶点密切相关(
图2D)。
2.1.4 GO、KEGG通路富集分析和靶点-信号通路网络图的构建
使用R软件对核心靶点进行GO富集分析,共获得2 993条生物信息,MLN治疗AKI与2 097个生物过程(biological process,BP)、55个细胞组成(cellular component,CC)和141个分子功能(molecular function,MF)相关(
P<0.05),对前20项进行可视化。BP主要包括对脂多糖的应答、凋亡信号通路的调控和对外源性刺激的反应等方面;CC主要表现在脂筏、Bcl-2家族蛋白复合体和膜微域等位置;MF主要包括DNA结合转录因子结合、RNA聚合酶Ⅱ特异性DNA结合转录因子结合和转录共调节因子结合等方面(
图3A)。采用KEGG通路富集分析来确定AKI处理中MLN明显改变的通路,结果显示有175条信号通路明显富集,并对前20项进行可视化。结果表明,MLN在AKI治疗中的主要药理机制可能与脂质和动脉粥样硬化信号通路、凋亡信号通路、PI3K-AKT信号通路、TNF信号通路等有关(
图3B)。将排名前20的KEGG信号通路及相对应的靶点导入Cytoscape3.8.2软件中,构建了1个包含102个节点和498条边的靶点-信号通路网络(
图3C),提示MLN活性成分通过多靶点、多途径治疗AKI。
2.2 动物实验结果
2.2.1 MLN对小鼠肾组织病理变化的影响
HE染色结果显示,溶剂对照组和MLN毒性对照组小鼠肾组织结构完整,肾小管排列有序(
图4A);CP模型组小鼠肾组织可见明显肾小管上皮细胞肿胀和脱落,同时肾小管腔内伴有管型形成,而肾小球形态没有明显变化,肾损伤评分明显增加(
图4B)。与模型组相比,MLN处理后,肾脏损伤程度明显改善,肾损伤评分明显降低(
χ2 =14.358,
P<0.05)。
2.2.2 MLN对CP诱导的AKI模型小鼠肾功能的影响
BUN和Cre是传统的AKI检测指标,但它们在早期诊断中的敏感性和特异性较低;NGAL作为一种较新的生物标志物,在AKI的早期检测中显示出更高的敏感性和特异性
[20]。如
图4C~F显示,与溶剂对照组相比,单用MLN处理后,小鼠血浆中Cre和BUN及肾组织中NGAL表达水平无明显改变。与溶剂对照组相比,AKI模型组小鼠血浆中Cre和BUN水平明显增加(
χ2 =14.924、1.621,均
P<0.05),小鼠肾组织损伤标志物蛋白NGAL表达也明显升高(
F=51.918,
P<0.05);与模型组比较,MLN处理能明显降低AKI模型小鼠血浆中Cre和BUN水平,同时降低小鼠肾组织中NGAL蛋白表达水平(
F=29.834,
P<0.05),提示MLN可以有效保护CP损伤后小鼠的肾功能。
2.2.3 MLN通过抗凋亡途径减轻CP诱导的肾小管损伤
CP诱导的AKI核心机制涉及肾小管上皮细胞凋亡,CP可能通过激活P53信号,P53可以通过抑制AKT信号通路,上调Bax/Bcl-2比率,导致线粒体途径凋亡级联反应启动,活化的caspase-3进一步切割关键细胞结构蛋白,最终引发肾小管上皮细胞不可逆性凋亡和肾功能损伤
[21-23]。因此,本研究通过Western blot法,对调控凋亡的相关蛋白Bcl-2、Bax、cleaved caspase-3、p-P53(ser 15)、p-AKT(Thr 308)和AKT蛋白表达水平进行检测(
图4E,G~J)。结果发现,溶剂对照组和MLN毒性对照组仅表达少量p-P53(ser 15)、Bax和cleaved caspase-3,同时有较高的Bcl-2和p-AKT(Thr 308)蛋白表达;与溶剂对照组相比,CP模型组p-P53(ser 15)、Bax和cleaved caspase-3的表达水平明显升高(
F=263.312、178.517、60.621,
P<0.05),Bax/Bcl-2蛋白表达量相对比值也明显升高(
F=324.212,
P<0.05),AKT磷酸化水平明显降低(
F=56.714,
P<0.05);经MLN处理后,可明显降低CP模型组p-P53(ser 15)、cleaved caspase-3的表达水平,同时降低Bax/Bcl-2蛋白表达量的相对比值(
F=33.454,
P<0.05);此外,与CP模型组相比,MLN处理还可以上调CP诱导减少的AKT磷酸化水平(
F=45.337,
P<0.05)。上述结果提示,MLN通过抑制小鼠肾小管上皮细胞凋亡信号途径,发挥其改善CP诱导的AKI作用。
3 讨 论
中药复方作为传统医学的重要组成部分,其多成分和多靶点的特点使其在治疗复杂疾病中展现出独特优势。然而,作用机制和物质基础的复杂性增加了中药复方研究的难度。随着现代药理学和系统生物学的发展,越来越多的研究关注中药复方的网络药理学研究。通过构建药物-靶点-疾病的网络,研究者能够更深入地理解中药复方的作用机制。本研究基于网络药理学方法,系统解析了MLN缓解CP诱导AKI的多靶点防治机制。通过成分-靶点-通路多层次分析,筛选出MLN的多个核心药效成分:没食子酸乙酯(ethyl gallate)、β-谷甾醇(β-sitosterol)、异鼠李素(isorhamnetin)、原花青素B1(procyanidin B1)、槲皮素(quercetin)、木犀草素(luteolin)、山柰酚(kaempferol)、汉黄芩素(wogonin)、β-胡萝卜素(beta-carotene)、豆甾醇(stigmasterol)、黄芩素(baicalein)、金圣草黄素(Chryseriol)、小檗碱(berberine)和石斛碱(dendrobane A),其作用靶点群明显富集于P53、IL-6、AKT1、TNF、ESR1、caspase-3及Bcl-2等关键分子。机制上,MLN可能通过协同调控脂质代谢与动脉粥样硬化通路、凋亡通路、PI3K-AKT信号通路及TNF信号通路发挥肾脏保护作用。
为进一步考察网络药理学预测MLN靶点和通路的可靠性,本研究通过CP诱导的小鼠AKI模型开展实验。研究结果显示,MLN能够降低血浆Scr和BUN水平,明显改善CP诱导的肾脏病理变化和肾功能。Western blot分析结果表明,MLN干预组的P53 Ser15位点磷酸化水平降低,同时抗凋亡蛋白Bcl-2的表达上调,而促凋亡蛋白Bax的表达下调,cleaved caspase-3的表达也明显减少,这表明MLN通过靶向调控“P53-Bcl-2/Bax-caspase-3”凋亡信号轴,阻断线粒体依赖性凋亡通路,从而减轻CP诱导的肾小管损伤。
CP引发的AKI背后的核心病理机制可能涉及三重伤害级联反应:①氧化应激失衡,CP代谢产物诱导线粒体活性氧(reactive oxygen species,ROS)的骤增,直接损害肾小管上皮细胞的膜结构和DNA完整性;②炎症级联放大,ROS激活NF-κB信号通路,驱动促炎因子如TNF-α和IL-6的释放,促进中性粒细胞浸润及肾间质纤维化;③凋亡激活,CP上调促凋亡蛋白Bax/caspase-3,并抑制Bcl-2,从而启动线粒体依赖的凋亡途径
[24-25]。值得注意的是,MLN筛选识别的关键靶点和通路有效覆盖了上述病理过程。例如,P53/Bcl2/caspase-3轴调控细胞凋亡和细胞周期停滞;AKT1/IL-6/TNF网络介导炎症信号转导;PI3K-AKT通路则参与维持氧化还原稳态。这一发现与CP诱导的AKI的分子病理特征紧密相关,提示MLN可能整合抗氧化、抗炎和抗凋亡通路,以建立一个多维的肾脏保护网络。
值得注意的是,有研究通过系统药理学分析,揭示了MLN的药理作用可能通过Toll样受体4(toll-like receptor 4,TLR4)/核因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells,NF-κB)信号轴介导
[14]。实验验证进一步证实,MLN能够明显下调脂多糖诱导的TLR4及其衔接蛋白髓样分化因子88(myeloid differentiation primary response 88,MyD88)的表达水平,同时通过双重调控机制:①抑制核因子κB抑制因子α(inhibitor of nuclear factor kappa-B alpha,IκBα)磷酸化;②阻断NF-κB p65亚基的磷酸化及核转位过程,最终实现NF-κB信号通路的失活,进而减少炎症介质释放并缓解急性肺损伤病理进程。近期,有研究整合网络药理学与血栓闭塞性脉管炎大鼠模型(月桂酸钠联合双氢睾酮诱导),发现MLN通过双重通路抑制机制发挥血管保护作用:①抑制先天免疫应答的cGAS-STING-IRF3通路(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes-interferon regulatory factor 3);②调控TLR4-MAPK(mitogen-activated protein kinase)-NF-κB级联反应
[26]。通过上述通路的抑制作用,可进一步降低促炎细胞因子IL-1β和TNF-α的分泌水平,调节凝血-纤溶系统平衡(抑制纤溶酶原激活物抑制剂-1和组织因子表达),同时抑制内皮细胞活化标志物细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)的表达。在后续研究中,拟利用已建立的AKI小鼠模型,重点探究MLN是否通过协同调控cGAS-STING-IRF3与MAPK-NF-κB两条关键通路,实现多靶点、多通路的肾脏保护效应,这或将为MLN缓解AKI提供新的机制解释。