非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指在无饮酒和其他因素的情况下,出现以肝脏脂肪变性和堆积为特征的代谢性肝损伤
[1-4]。NAFLD疾病谱包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝硬化,部分患者可能进一步发展为肝细胞癌。NAFLD已发展成为全球最常见的慢性肝病之一,且发病人群逐渐呈现年轻化趋势
[5, 6]。NAFLD致病机制复杂,涉及多器官、多通路交互作用,主要包括脂质代谢紊乱、线粒体功能障碍与氧化应激、炎症和免疫激活、肝纤维化进展及遗传与表观遗传因素等
[7]。2024年,美国食品药品监督管理局批准了瑞美替罗作为全球首个治疗NASH的药物。瑞美替罗是一种针对甲状腺激素受体β(THR-β)的选择性激动剂,能够被肝细胞特异性摄取,并通过激活THR-β调控肝脏的多个代谢通路,从而实现减少肝脏脂肪堆积、促进脂肪酸代谢、减轻肝脏炎症以及调节胆固醇代谢等多重功效。除了瑞美替罗,NAFLD的治疗方式主要包括生活方式干预(如饮食控制和运动)、胰岛素增敏剂(如吡格列酮)以及缓解肝脏炎症与纤维化的对症治疗等
[8, 9],但疗效有限且存在副作用。因此,寻找安全有效的NAFLD治疗药物已成为当前研究的热点。
中医药在防治代谢性疾病领域展现出独特防治优势。清心牛黄丸是一种传统名方,以黄芩、黄连等清热药祛除湿热,牛黄清心开窍,姜半夏、天花粉化痰散结,防风、琥珀活血化瘀,并辅以麝香、冰片安神定惊,具有“清心泻火、化痰散瘀”的功效。研究证实,NAFLD的病理生理特征与中医“湿热蕴结、痰瘀阻滞、气机失畅”的核心病机高度契合
[10],清心牛黄丸通过清热利湿、化痰通络、调畅气机的多靶点作用,与NAFLD的关键病理环节形成机制性对应,提示其可能成为针对该病“病机网络”的潜在干预策略。然而,现阶段尚无清心牛黄丸防治NAFLD的研究报道,其作用及机制有待进一步探究。
本研究通过高脂饮食诱导的NAFLD小鼠模型,首次系统揭示清心牛黄丸改善肝脏脂质代谢紊乱与炎症反应的双重治疗作用。进一步通过网络药理学、分子对接和实验验证系统解析清心牛黄丸干预NAFLD的“代谢-炎症”交叉靶点群,为中医“清心泻火、化痰散瘀”治则在NAFLD脂毒性-炎症机制中的理论构建提供依据。
1 材料和方法
1.1 实验材料
1.1.1 药物与主要试剂
高脂饲料(Research Diets);正常饲料(长生生物);清心牛黄丸(CSP,香港马百良药厂);血糖试纸(三诺生物);甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)试剂盒、谷丙转氨酶(ALT)试剂盒、谷草转氨酶(AST)试剂盒(南京建成生物工程研究所);油红O染料(Phygene);苏木素-伊红(索莱宝)。
1.1.2 实验动物
40只SPF级雄性C57BL/6小鼠(3~4周龄),购自南方医科大学实验动物管理中心,生产许可证号为SCXK(粤)2021-0041。小鼠饲养于南方医科大学SPF级动物房,饲养环境温度为23~25 ℃,相对湿度在50%~65%,3 d/次更换垫料,给予充足饲料。动物实验方案由南方医科大学实验动物伦理委员会批准(伦理批号:SMUL202408025)。
1.1.3 主要仪器
全自动组织脱水机(华海科教),组织包埋机(益迪医疗),石蜡切片机(科迪仪器),冰冻切片机(徕卡),血糖仪(三诺生物),荧光倒置显微镜(蔡司)。
1.2 实验方法
1.2.1 动物造模、分组及给药
实验小鼠适应性饲养3 d后,随机分为4组:普通饲料对照组、高脂饲料对照组(HFD)、低剂量清心牛黄丸组(HFD+CSP low)、高剂量清心牛黄丸组(HFD+CSP high),10只/组。马百良清心牛黄丸使用说明书建议人用剂量为0.125 g/kg,按照《药理实验方法学》换算给药剂量,低剂量组的给药剂量为1.5 g/kg,高剂量组为6 g/kg。普通饲料对照组喂以普通维持饲料,其余3组喂以高脂饲料,持续6周,每周更换2次饲料。在后6周,普通饲料对照组和高脂饲料对照组每天灌胃200 μL双蒸水,低剂量清心牛黄丸组和高剂量清心牛黄丸组分别每天灌胃1.5 g/kg和6 g/kg清心牛黄丸混悬液。期间定期记录小鼠体质量及摄食量。
1.2.2 组织取材及称重
实验结束后,禁食12 h称小鼠体质量。麻醉后摘取眼球采血,收集血清样本。随后摘取肝脏及附睾脂肪组织称重,并保存部分肝组织于-80 ℃冷冻,用于后续分析。
1.2.3 血糖、血脂检测
通过尾部取血检测小鼠的餐后及空腹血糖(禁食但不禁水12 h),使用血糖仪检测血糖水平。1.2.2中采得的全血4 ℃静置过夜后离心15 min收集上清,置于-80 ℃保存。使用试剂盒检测血脂4项指标,包括总TC、LDL-C、LDL-C和TG。
1.2.4 小鼠肝功能检测
使用谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)试剂盒检测小鼠血清AST和ALT水平。按照试剂盒说明书操作,在37 ℃条件下加入基质液、待测样本和2,4-二硝基苯肼液,分别反应30 min、20 min后以0.4 mol/L氢氧化钠溶液终止反应,最终通过酶标仪读取吸光度值A。
1.2.5 HE染色
取4%多聚甲醛固定肝脏组织24 h,修整后进行脱水、透明、浸蜡和包埋,切片厚度为5 μm。切片经42 ℃水浴展片后,黏附于载玻片,风干并于65 ℃烘箱烘干30 min,随后转入4 ℃保存。切片脱蜡后通过梯度乙醇复水,分别经苏木精和伊红染色,中性树胶封片,晾干后用光学显微镜观察并采集图像。
1.2.6 油红O染色
取冰冻切片室温平衡,用纯水清除包埋剂后,置于60%异丙醇中浸洗2 min。切片经油红O工作液染色15 min后,用60%异丙醇调整染色情况,自来水清洗。经苏木素复染30 s,盐酸乙醇分化3 s,自来水反蓝后轻微风干,甘油明胶封片,光学显微镜下观察脂肪分布。
1.2.7 清心牛黄丸预防NAFLD的网络药理学分析
以马百良清心牛黄丸中11味中药(胆南星、黄芩、姜半夏、沉香、琥珀、牛黄、黄连、防风、天花粉、冰片、麝香)为关键词,从TCMSP和HERB数据库收集中药已知化学成分。其中,黄芩、沉香、牛黄、黄连、防风、天花粉和冰片的化学成分通过TCMSP数据库筛选,筛选标准为口服利用度(OB)≥30%及类药性(DL)≥0.18;胆南星、琥珀和麝香的化学成分通过HERB数据库收集;姜半夏的化学成分来自文献。黄芩、沉香、牛黄、黄连、防风、天花粉和冰片7种中药成分的作用靶点收集的活性成分作用靶点通过Uniprot数据库标准化,筛选条件为“Human”和“Reviewed”,去重后获得对应靶点。对胆南星、琥珀、麝香和姜半夏的靶点,补充使用SwissTargetPrediction数据库筛选(Probability>0),并通过Uniprot KB功能统一靶点名称。从GeneCards、OMIM和DisGeNET数据库收集与NAFLD相关的疾病靶点,去重后获得相应靶点。通过Venny网站分析,将清心牛黄丸活性成分靶点与NAFLD疾病靶点取交集,重合靶点导入STRING平台构建蛋白-蛋白互作(PPI)网络(物种设置为“Homo sapiens”,阈值为“highest confidence”)。结果文件以CSV格式导出后,使用Cytoscape 3.8.0软件进行PPI网络可视化,并构建“中药-化学成分-关键靶点-疾病”网络。对关键靶点进行GO和KEGG富集分析,通过DAVID数据库(
https://david-d.ncifcrf.gov)筛选“Homo sapiens”基因信息,显著性标准为
P<0.05。核心成分与靶点的分子对接通过AutoDock Vina软件完成。核心成分的sdf文件和核心靶蛋白的pdb文件分别从PubChem和PDB数据库获取,进行预处理后完成全原子对接,最终通过Pymol软件可视化分子对接结果。
1.2.8 肝脏组织qRT-PCR检测
称取小鼠肝脏组织100 mg,采用Trizol法提取总RNA,并逆转录为cDNA。RT-qPCR反应体系包括:cDNA模板2 μL,正向引物0.4 μL,反向引物0.4 μL,2× SYBR Green Pro Tag HS Premix 10 μL,RNase-free水7.2 μL,总体积为20 μL。扩增程序为:95 ℃预变性30 s,随后进行40个循环(95 ℃ 5 s,60 ℃ 30 s)。采用2
-ΔΔCT法计算目标基因的相对表达量,以β-actin为内参基因,并将各组表达水平相对于HFD组均值进行归一化。所用引物由生工生物工程股份有限公司设计并合成,具体序列见
表1。
1.3 统计学分析
使用GraphPad软件进行统计分析。所有实验数据以均数±标准差表示,采用单因素方差分析比较各组间的差异,P< 0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 清心牛黄丸缓解NAFLD小鼠的体质量上升
通过高脂饲养成功构建NAFLD小鼠模型(
图1A)。与普通饲料对照组相比,HFD组小鼠体质量升高(
P<0.001,
图1B)。与HFD组相比,低、高剂量清心牛黄丸降低小鼠体质量(
P<0.05,
图1B),高剂量清心牛黄丸一定程度上降低了小鼠附睾脂肪组织占体质量的比值(
P=0.08,
图1C)。清心牛黄丸不影响小鼠进食情况,对小鼠肝脏重量、血糖水平未产生显著影响(
图1D~G)。
2.2 清心牛黄丸改善NAFLD小鼠的血脂异常及肝功能损伤
HFD组小鼠血清TG水平高于普通饲料对照组,低、高剂量清心牛黄丸均降低TG水平(
P<0.01,
图2A)。HFD组小鼠总TC、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平较普通饲料组均升高,清心牛黄丸组此3项指标影响不明显(
图2B~D)。HFD组小鼠血清谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)水平均升高,低、高剂量清心牛黄丸组小鼠ALT和AST水平均下降,仅高剂量组ALT水平的降低有统计学意义(
P<0.05,
图2E、F)。
2.3 清心牛黄丸改善NAFLD小鼠肝脏脂肪堆积
HE染色显示,与普通饲料对照组相比,高脂饲料组小鼠肝细胞表现出明显的气球样空泡变性(脂肪滴形成)、细胞肿胀、体积增大等,但未表现出明显的炎性病灶(
图3A)。高剂量清心牛黄丸组肝细胞的气球样空泡变性降低(
P<0.001,
图3B)。油红O染色分析显示,与对照组相比,高脂饲料组小鼠肝脏脂肪滴面积增加(
P<0.05),高剂量清心牛黄丸组则呈剂量依赖性抑制脂肪滴面积的增加(
P<0.05,
图3C)。
2.4 清心牛黄丸与NAFLD的交集靶点与PPI网络构建分析
通过筛选清心牛黄丸中11味中药(胆南星、黄芩、姜半夏、沉香、琥珀、牛黄、黄连、防风、天花粉、冰片、麝香)的化学成分,共获得806个去重后的活性成分靶点。结合GeneCards、OMIM和DisGeNET数据库,收集到2415个与NAFLD相关的靶点,进一步取交集,获得286个关键靶基因,并绘制韦恩图(
图4A)。将286个交集靶基因导入String数据库进行PPI网络分析,并通过Cytoscape软件可视化,共286个靶点蛋白显示互作关系,其中TNF、AKT1、IL6、TP53和ALB排名靠前。通过Cytohubba插件筛选出排名前30的核心靶点(
图4B)。
构建“中药-化学成分-关键靶点-疾病”网络,共包含425个节点和1824条边(
图5)。网络解析显示,排名前3的关键化合物分别为槲皮素(C38)、睾酮(C115)和亚麻酸单酰甘油(C129),其degree值分别为99、48和46。这些化合物可能是清心牛黄丸治疗NAFLD的核心成分,并作为后续分析的重点对象。
2.5 清心牛黄丸缓解NAFLD的GO功能和KEGG信号通路分析
通过DAVID数据库对286个关键靶点进行GO富集分析,结果表明清心牛黄丸通过调控HMGCR、HTR2A、P2RX7、PTGS1、PIK3CB、PIK3CA、AKT1、TNF和IL6等关键靶点,参与调节凋亡、MAP激酶活性、细胞增殖、炎症反应和脂多糖应答等10个生物过程(BP),同时涉及大分子复合物、RNA聚合酶Ⅱ转录因子复合物、细胞质等10个细胞组成(CC),以及酶结合、锌离子结合、血红素结合等10个分子功能(MF)(
图6A)。KEGG富集分析显示,清心牛黄丸治疗NAFLD的主要通路包括AGE-RAGE信号通路、脂质和动脉粥样硬化、非酒精性脂肪性肝病、胰岛素抵抗、HIF-1信号通路、TNF信号通路和IL-17信号通路等(
图6B)。其中,AGE-RAGE信号通路、脂质和动脉粥样硬化、非酒精性脂肪性肝病、胰岛素抵抗可能在清心牛黄丸治疗NAFLD的机制中发挥重要作用。
2.6 清心牛黄丸通过靶向p53调控脂肪酸代谢相关基因表达
分子对接验证结果显示,槲皮素和亚麻酸单酰甘油均能与核心靶蛋白稳定结合(
图7A~E)。其中,亚麻酸单酰甘油与AKT1的结合自由能为-6.24 kcal/mol;与ALB的结合自由能为-6.75 kcal/mol;与IL6的结合自由能为-6.27 kcal/mol;与TP53的结合自由能为-6.20 kcal/mol。此外,槲皮素与TP53的结合自由能为-6.20 kcal/mol。
qPCR实验结果显示:高脂饮食抑制小鼠肝脏中上述基因的表达,而清心牛黄丸干预后则可恢复其表达,尤其在高剂量组中恢复效果更为显著(
P<0.05,
图7F~G)。
3 讨论
NAFLD是全球范围内发病率日益上升的慢性肝病之一,其可能进展为肝硬化甚至肝癌,是隐源性肝硬化的重要原因
[13, 14]。中医药因其多成分、多靶点的特点,从中医理论角度看,NAFLD的病理特征表现为“肝癖”“肥气”“积聚”等,与“湿热蕴结、痰瘀阻滞、气机失畅”的中医病机高度契合。清心牛黄丸作为传统中药复方制剂,历来用于清心泻火、化痰散瘀、安神定惊。已有研究表明,黄连、黄芩、牛黄、半夏等组分具有调脂、抗炎、抗氧化、改善代谢等多重作用
[15-18],但其在NAFLD治疗中的整体机制仍不清晰。
本研究基于高脂饮食诱导的NAFLD小鼠模型,系统评估了清心牛黄丸的药效作用,并通过网络药理学、分子对接与实验验证相结合的方法,探索其治疗NAFLD的潜在机制。实验结果显示,清心牛黄丸可降低小鼠体质量、血清甘油三酯水平,改善肝脏脂肪堆积及ALT、AST升高等肝功能损伤,提示其具有良好的整体治疗效果。网络药理学分析筛选出槲皮素、亚麻酸单酰甘油、睾酮为潜在活性成分,并识别出TP53、AKT1、IL6、TNF、ALB等可能的关键靶点。
本研究通过构建“中药-化学成分-关键靶点-疾病”网络,进一步确认槲皮素、睾酮和亚麻酸单酰甘油是清心牛黄丸治疗NAFLD的重要活性成分。槲皮素作为一种广泛存在的天然黄酮类化合物,被证实可通过减少氧化应激、调节脂质代谢等机制缓解NAFLD
[19, 20]。相关研究指出,槲皮素能够减少肝脏中氧化型低密度脂蛋白的积累,并改善糖脂代谢紊乱,从而减轻肝损伤
[21-23]。一项动物实验研究结果显示,槲皮素促进了葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)的转位及蛋白激酶B(Akt)信号通路的激活,增强了脂肪组织对葡萄糖的摄取以及通过激活AMPK/SIRT通路改善氧化应激反应
[24]。睾酮作为主要的雄激素,其水平变化与肝脂代谢密切相关。研究表明,低睾酮状态可加剧NAFLD,而高睾酮水平在女性中亦可能导致代谢紊乱
[25, 26]。亚麻酸单酰甘油作为亚麻酸的衍生物,具有促进脂质代谢的作用,临床研究也表明富含亚麻酸的饮食可有效减轻肝脂肪变性
[27, 28]。一项研究通过检测NAFLD小鼠肝脏线粒体脂肪酸β氧化(PPARα, CPT1A)关键信号分子蛋白表达水平,结果显示亚麻酸甾醇酯干预后,小鼠肝脏PPARα、CPT1A蛋白表达水平均升高,表明可能亚麻酸甾醇酯通过保护线粒体功能改善NAFLD
[29]。
分子对接结果显示,槲皮素与p53蛋白、亚麻酸单酰甘油与多个代谢炎症相关靶点均具有较强结合能力,提示其可能通过多靶点协同作用调节代谢和炎症通路。p53作为经典抑癌蛋白,在NAFLD中同样发挥着重要的代谢调控功能,可通过直接或间接调控脂肪酸代谢关键基因
Cpt1和
Ppara的表达,增强肝细胞脂肪酸β-氧化,从而减轻脂质蓄积和氧化应激
[11, 12]。已有研究指出,p53可通过促进脂肪酸氧化、上调
Cpt1和
Ppara的表达,缓解肝脏脂质蓄积和代谢紊乱
[30-32];但在慢性激活状态下,亦可能参与炎症与组织损伤
[27, 28]。
本研究通过qPCR实验进一步验证了上述机制:高脂饮食可抑制小鼠肝脏中
Tp53、
Cpt1及
Ppara的mRNA表达,而清心牛黄丸干预后可恢复其表达水平,尤其在高剂量组中差异更为显著。此外,有研究已证实槲皮素能够上调p53表达并稳定其蛋白活性,激活其下游代谢调控通路
[19, 21]。本研究中槲皮素与p53的良好结合能力进一步支持了其可能通过p53通路介导治疗作用。
综上所述,清心牛黄丸可能通过其活性成分槲皮素等靶向p53信号通路,进一步激活Ppara及其下游脂肪酸氧化通路(如Cpt1),促进肝细胞脂肪酸代谢,改善NAFLD的脂质代谢紊乱。本研究从整体药效到分子机制层面对清心牛黄丸的治疗作用进行了探讨,为其在临床应用及现代中药开发提供了理论支持与实验依据。本研究的局限性主要在于仅基于网络药理学与qPCR结果推测相关通路,未来将在体外细胞模型或原代肝细胞中开展靶点结合验证与功能实验,以更深入地揭示具体作用机制。
国家自然科学基金与香港研究资助局合作研究项目(8231101099)
香港研究资助局研究配对补助金计划(RMGS2021-10-13)
香港研究资助局研究配对补助金计划(RMGS2023-5-012)