非酒精性脂肪肝(non⁃alcoholic fatty liver disease,NAFLD)作为一种的代谢综合征,其特征在于肝细胞中脂质的异常沉积,这种沉积并非由酒精或其他已知的肝损伤因素引起,而是与肥胖、高脂血症和2型糖尿病等多种代谢性疾病密切相关
[1,2]。NAFLD是全球范围内最常见的慢性肝脏疾病之一,其发病率近年来呈现出明显的上升趋势。根据世界卫生组织(WHO)的报告,NAFLD的全球患病率已超过30%,且这一数字在肥胖和糖尿病患者中更为突出
[3]。随着全球肥胖症和2型糖尿病的流行,NAFLD已成为最常见的肝脏疾病,甚至逐渐取代了病毒性肝炎成为慢性肝病的主要原因之一
[4]。特别是在一些发展中国家,随着城市化进程的加速及不健康生活方式的普及,NAFLD的患病率呈现逐年上升的趋势,已成为公共健康领域的严重挑战
[5,6]。数据表明,NAFLD与心血管疾病、糖尿病、代谢综合征等多种代谢性疾病密切相关
[7,8],形成了严重的多重健康负担。
NAFLD的发生主要与肝脏的脂肪代谢异常、胰岛素抵抗、氧化应激、慢性炎症等因素密切相关
[9]。随着疾病的发展,肝脏可能出现炎症反应(非酒精性脂肪性肝炎,NASH)、纤维化,甚至最终进展为肝硬化或肝癌
[10]。目前,非酒精性脂肪肝的治疗尚无特效药物,治疗方案主要包括生活方式干预(如减重、合理饮食、增加运动)
[11]。然而,现有的药物治疗选项有限
[12],因此,开发针对NAFLD的特效药物仍是当前研究的热点之一。而中医药在慢性代谢性疾病的治疗中展现出了明显优势。现代药理学的研究也进一步证实了众多天然药物对NAFLD具有良好的治疗效果
[13]。芪茵颗粒(Qiyin Keli,QYKL)为曾斌芳教授的经验方,临床疗效确切有效,又是新疆自治区中医院的院内制剂。全方体现了“虚湿瘀滞并治,肝脾肾同调,从虚论治”的特点
[14]。运用脏腑虚损理论,着重调节肾之气化、脾之运化、肝之疏化,形成虚实兼治,是适合非酒精性脂肪肝主要证型的有效方剂。鉴于此,本研究依托中医理论,运用网络药理学技术,旨在深入筛选QYKL对NAFLD的作用机制及其潜在靶点。同时,还将对QYKL干预NAFLD的效果进行详细分析,以期为NAFLD的治疗提供新的思路和策略。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 数据库及分析平台
1.1.2 药物
芪茵颗粒(生黄芪30 g,茵陈10 g,生山楂15 g,补骨脂6 g,泽泻10 g,决明子10 g,生大黄3 g,三七粉3 g,苦丁茶10 g)组成,购于新疆维吾尔自治区中医医院(江阴天江药业有限公司生产);盐酸二甲双胍片(默克制药有限公司,H20023370);硫普罗宁肠溶片(上海凯宝新谊药业有限公司,H41020799)。
1.1.3 动物
实验动物为6~8周龄健康雄性SPF级SD大鼠,均购买和饲养于新疆医科大学动物实验中心[动物许可证号:SYXK(新)2021⁃003]。在相对湿度45%~65%、温度(25±1)℃、通风良好和氧气充足条件下饲养。动物的喂养和实验均严格按照国家健康指南研究所的指导方针,且遵从《国家动物管理办法》,研究方案获得了新疆医科大学动物伦理委员会的批准(伦理审批号:IACUC⁃202400711⁃63)。
1.1.4 试剂
甘油三酯(TG)试剂盒(南京建成生物工程研究所,20241217);苏木素⁃伊红(H&E)染色试剂盒(北京兰杰柯科技有限公司,24214563);莱卡石蜡(莱卡,2301081CN);封闭用羊血清(中杉金桥,242260730);通用型试剂盒(小鼠/兔聚合物法检测系统)(中杉金桥,2414D0622);DAB显色试剂盒(中杉金桥,234030104);TNF⁃α和IL‑6一抗(万类生物,批号为:T10091896,T10122841);TNF‑α、IL‑6、IL‑1β ELISA试剂盒(上海优选公司,202412);环保透明脱蜡液(无锡市江原实业技贸有限公司,240115);无水乙醇(天津市鑫铂特化工有限公司,20240506);0.9%氯化钠(新疆华世丹药业股份有限公司,24040815);组织细胞固定液(北京雷根生物技术有限公司,0305A24);电镜固定液(Servicebio,G1102);柠檬酸三钠,丙酮(国药集团化学试剂有限公司,10019408,10000418);812包埋剂,醋酸铀(SPI,90529⁃77⁃4,02624⁃AB);锇酸(Ted Pella Inc,18456);硝酸铅(Sigma,203580)
1.1.5 仪器
石蜡包埋机,石蜡切片机(徕卡显微系统有限公司);全波长酶标仪(美国Thermo Fisher公司,型号:Multiskan GO);超薄切片机(Leica,LeicaUC7);透射电子显微镜(HITACHI,HT7800)。正置荧光生物显微镜(型号Eclipse Ni⁃U,日本Nikon公司)。
1.2 实验方法
1.2.1 网络药理学
1.2.1.1 芪茵颗粒活性成分和成分靶点的筛选
在TCMSP数据库获得QYKL基本药物(黄芪、茵陈、生山楂、补骨脂、泽泻、决明子、生大黄、三七)的成分,并根据口服生物利用度(oral bioavailability, OB)≥30%、类药性(drug⁃likeness,DL)≥0.18为筛选条件进行筛选
[15]。因苦丁茶在TCMSP数据库未检索到,故用本草组鉴数据库检索苦丁茶活性成分和成分靶点
[16]。借助Swiss ADM平台以胃肠道吸收(GI absorption)得分为“high”,类药性(druglike⁃ness)至少通过2个“Yes”为标准作为TCMSP平台未找到的化学成分的补充
[17],通过Uniprot数据库获取靶点的标准名称。
1.2.1.2 NAFLD疾病靶点的获取
以“Nonalcoholic fatty liver disease”和“Metabolic associated fatty liver disease”为检索词
[18],在OMIM、GeneCards、NCBI和国家基因科学数据库中寻找疾病靶点。
1.2.1.3 韦恩图和蛋白质⁃蛋白质相互作用网络(PPI)构建
在Venny图网址中输入药物靶点和疾病靶点,制作韦恩图,并获得靶点的交集,导入STRING 数据库进行蛋白质相互作用网络的构建,得到蛋白质相互作用网络图。应用Cytoscape软件选择“Degree值”、“介度中心性Betweenness”、“接近中心性Closeness”
[19],筛选3值大于中间值的靶点,取度值前10的靶点作为待选核心靶点。
1.2.1.4 GO和KEGG分析
使用DAVID在线平台和metascape在线平台对上述获得的相关核心靶点进行GO及KEGG 富集分析,将结果按
P值由小到大排序,每项分析选取前15条作为核心通路
[20]。运用在线绘图平台微生信绘制GO及KEGG富集分析的气泡图。
1.2.1.5 分子对接
根据生信分析结果,在待选核心靶点中选择炎症、免疫相关通路靶点作为核心靶点与核心成分进行分子对接。从TCMSP数据库获得核心成分的mol2文件,从RCSB⁃PDB数据库中获得靶点的pdb文件,利用AutoDock Tool软件进行对接模拟,验证对应关系。最后通过PyMOL软件分析观察对接结果。
1.2.2 动物实验
1.2.2.1 造模与分组
选取36只6~8周龄雄性SD大鼠,体重(180±20) g,适应性饲养1周后,随机选取6只作为正常对照组(Control组),其余30只,通过喂养高脂饲料建立NAFLD模型。成功建立NAFLD大鼠模型后,将模型进一步分为5组,每组6只,模型组(HF组)、低剂量QYKL治疗组(HF+L组)、中剂量QYKL治疗组(HF+M组)、高剂量QYKL治疗组(HF+H组)、二甲双胍和硫普罗宁治疗组(HF+MT组);QYKL灌胃HF+L组2.5 g/kg、HF+M组5 g/kg、HF+H组10 g/kg,HF+MT组二甲双胍20 mg/kg和硫普罗宁100 mg/kg。Control组和HF组每日等量生理盐水灌胃1次,每组大鼠连续灌胃30 d。
1.2.2.2 石蜡切片的制备
麻醉处死大鼠后,快速取出肝组织,一部分用4%多聚甲醛固定,一部分液氮冻存。多聚甲醛中4 ℃固定3 d。固定后的肝组织经梯度乙醇脱水,二甲苯透明,石蜡浸泡,包埋。石蜡切片机切成3 μm厚的切片,贴附在载玻片上,60 ℃烘箱烘干2 h。
1.2.2.3 H&E染色
切片60 ℃烘箱烘1 h后经二甲苯脱蜡,梯度乙醇复水后,切片先用苏木精染液染色3 min,自来水冲洗返蓝5 min,1%盐酸乙醇分化3 s,自来水冲洗5 min,再用0.5%伊红染液染色3 min。染色完成后的切片经梯度酒精快速脱水,二甲苯透明,中性树胶封片,显微镜下观察拍照。
1.2.2.4 透射电镜
将肝组织切成1 mm3大小,迅速投入电镜固定液4 ℃固定,弃去固定液。0.1 mol/L磷酸缓冲液漂洗。1%的锇酸室温固定,组织梯度酒精脱水。丙酮∶812包埋剂=1∶1混合液渗透过夜,纯812包埋剂渗透过夜,60 ℃聚合。切片80 nm超薄。铀铅双染色(2%醋酸铀饱和水溶液,枸橼酸铅,各染色15 min)。透射电子显微镜下观察,采集图像分析。
1.2.2.5 TG
血清TG水平按照TG试剂盒说明书检测。
1.2.2.6 免疫组化
肝组织切片60 ℃烘箱烘1 h后经二甲苯脱蜡,梯度乙醇复水,枸橼酸钠抗原修复液,过氧化物酶阻断剂,封闭山羊血清避光孵育,一抗孵育4 ℃过夜。次日室温复温,37 ℃下二抗孵育后DAB染液显色,苏木精复染,1%盐酸乙醇分化,自来水反蓝,梯度乙醇脱水,二甲苯透明,中性树胶封闭晾干后,电子显微镜观察拍照,Image Pro Plus 软件分析各组炎症指标的阳性表达率。
1.2.2.7 ELISA检测
按照ELISA试剂盒说明书检测血清TNF⁃α、IL⁃1β和IL⁃6的表达。
1.3 统计学处理
使用IBM SPSS Statistics软件27.0.1版本进行数据统计。所有计量数据采用表示。多组间比较采用单因素方差分析(One⁃way ANOVA),两两比较采用LSD⁃t检验。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 网络药理学及分子对接
2.1.1 芪茵颗粒活性成分和成分靶点
QYKL通过TCMSP和HERB数据库检索,共得到主要活性成分107种(黄芪20种、茵陈13种、生山楂6种、补骨脂11种、泽泻10种、决明子14种、生大黄16种、三七8种、苦丁茶9种),去重后得到332个潜在作用靶点。
2.1.2 NAFLD疾病靶点和交集靶点获取
在OMIM、Gene Cards、NCBI和国家基因科学数据库中分别检索疾病靶点。因Gene Cards检索靶点过多,取得分大于平均值的靶点;去重后获得3 942种靶点。使用Venny 2.1输入QYKL的332个靶点与NAFLD的3 974个靶点取交集,韦恩图所示获得210个交集靶点,见
图1。
2.1.3 PPI网络图
将QYKL与NAFLD疾病交集的210个靶点导入到String数据库中,物种设置为Hoom SaPiens,获得蛋白互作网络图,靶点之间相互关联。用CytoscaPe 3.9.2软件进行可视化处理,将数据导入软件,对QYKL的有效成分构建“药物⁃有效成分⁃交集靶点”网络图得到
图2,其中圆形表示活性成分,三角形表示药物,矩形表示交集靶点。去除关联性差的靶点得到184个关联性强的有效靶点,并进行拓扑分析计算出各节点的度值(degree),再按照度值对关键靶点进行排序,构建PPI网络图,见
图3,颜色越深表示度值越大,取前10与治疗关系最密切的靶点,得到的
图3中心的核心靶点,其中颜色最深度值越大,依次为IL⁃6、AKTI、TNF⁃α、IL‑1β、TP53、CASP3、ESR1、EGFR、JUN和BCL2等核心靶点。
2.1.4 GO和KEGG富集分析
利用Metascape数据库对上述获得的184个靶点进行GO富集分析。以
P≤0.01的标准进行富集,共富集到2 066条生物学过程(biological Process,BP),246条分子功能(molecular function,MF)以及116条细胞组分(cellular comPonent,CC)。将排名前10的细胞组成、分子功能、生物过程利用在线绘图网站绘制柱状图
[21]。根据
图4中气泡图可知生物学过程可能与细胞对氮化合物脂质的反应、对脂质多糖的反应、细胞对氮化合物的反应、细胞对有机环化合物的反应、细胞程序性死亡的正向调节等有关;细胞组分分析可能与囊泡腔、细胞质囊腔、转录调节复合物、分泌颗粒腔、受体复合体和质膜蛋白复合物等途径有关;分子功能可能与激酶结合、蛋白激酶结合、转录因子结合、丝氨酸水解酶活性、丝氨酸型内肽酶活性相关。
对以
P≤0.01的标准进行富集进行KEGG富集分析,结果显示,共富集到212条信号通路。根据
P值选取排名前15的通路,利用微生信在线平台绘制柱状图
[22]得到
图5,根据
图5 KEGG富集结果表明QYKL治疗NAFLD的机制可能与癌症的发病途径、乙型肝炎、人类巨细胞病毒感染、丙型肝炎、癌症中的蛋白聚糖、PI3K⁃AKT通路和炎症等途径密切相关。
2.1.5 分子对接
选取degree值排名前10并且与疾病相关性最大的3个关键靶点(AKT1、TNF⁃α、IL⁃6),分别与QYKL中度值最高的4个成分进行分子对接,对接结合能见
表2。QYKL 3个活性成分与3个关键靶点的分子结合能全部小于-5 kcal/mol,说明分子间结合活性良好。可视化结果结合稳定,见
图6。通过PyMOL进行分析。受体蛋白AKT与QYKL活性成分配体小分子相互结合,氨基酸残基LYS⁃268、SER⁃205、ILE⁃290、THR⁃211、SER⁃05、ASN⁃204、GLN⁃203与QYKL活性成分配体小分子形成氢键相互作用,维持和AKT之间的稳定构像。
2.2 动物实验
2.2.1 各组大鼠肝组织病理损伤及炎症浸润观察
Control组细胞结构正常无脂肪变性等情况;HF组呈现细胞大泡性脂肪变性,细胞胞浆内出现单个脂滴或少数圆形脂滴或孤立的大脂滴,这些脂滴将细胞核挤向细胞边缘使细胞结构改变,细胞内微泡性脂肪变性,细胞胞浆内挤满了微小脂泡,脂泡大小较均一,细胞核仍位于细胞中央,并且有大量的中性粒细胞浸润并且中性粒细胞聚集;HF+M组和HF+MT组炎性浸润较少,大泡性脂肪变性很少,有少量微泡性脂肪变性;HF+L组和HF+H组组织结构改变,呈现大量微泡性脂肪病变和大泡性脂肪病变,炎性浸润严重,见
图7。
2.2.2 透射电镜
Control组结构正常有很少的小脂滴沉积,线粒体,内质网结构正常;HF组细胞核固缩细胞内充满大小脂滴,内质网结构异化,线粒体肿大;HF+M组和HF+MT组脂滴沉积较少,细胞结构正常,出现了脂滴自噬和线粒体自噬的现象;HF+L组和HF+H组同样脂滴沉积严重,细胞核固缩,细胞器结构变化。见
图8。
2.2.3 甘油三酯和免疫组化
在Control组中,血清甘油三酯水平最低,而HF组则呈现明显升高,2组间差异具有统计学意义(
P<0.01)。相较于HF组,HF+M组和HF+MT组的甘油三酯水平均有大幅度下降,且这种差异具有统计学意义(
P<0.01)。免疫组化分析结果进一步揭示,HF组的IL⁃6阳性表达水平相较于Control组有明显提升(
P<0.01);HF+M组和HF+MT组的IL⁃6阳性表达水平相较于HF组则明显降低(
P<0.01)。HF组的TNF⁃α阳性表达水平明显高于Control组(
P<0.01)。HF+M组的TNF⁃α阳性表达水平相较于HF组明显降低(
P<0.01),并且其表达水平低于HF+MT组,差异具有统计学意义(
P<0.05)。见
表3、
图9。
2.2.4 ELISA
与Control组相比,HF组的TNF⁃α表达水平明显上升(
P<0.01)。HF+M组和HF+MT组与HF组对比,TNF⁃α的表达水平明显降低(
P<0.01),这2个组与Control组的TNF⁃α表达水平则无明显差异(
P>0.05)。HF组的IL⁃6表达水平明显高于Control组(
P<0.01),而HF+M组和HF+MT组的IL⁃6表达水平相较于HF组有明显下降(
P<0.01)。此外,Control组的IL⁃1β表达水平明显低于HF组(
P<0.01),HF+M组和HF+MT组的IL⁃1β表达水平相较于HF组则明显降低(
P<0.01)。见
表4。
3 讨论
本研究通过PPI网络分析,预测了QYKL作用于NAFLD的核心靶点如AKT1、TNF⁃α、IL⁃6等。通过GO和KEGG富集分析结果得出其可能与PI3K⁃AKT、脂质代谢、乙型肝炎、丙型肝炎、肝细胞癌等信号通路相关。这些通路在维护肝脏功能中起着不容忽视的作用。其中PI3K⁃AKT通路是胰岛素信号传导的核心,调控肝细胞的葡萄糖摄取、脂质合成与分解。PI3K⁃AKT信号通路被抑制会导致脂肪堆积和脂代谢异常
[23]。
分子对接研究表明,QYKL的主要成分与AKT1、TNF⁃α、IL⁃6结合力强,结合能均小于-5 kcal/mol。其中,槲皮素、山奈酚和β⁃谷甾醇与AKT1的结合能力尤为突出。AKT1作为一种丝氨酸/苏氨酸激酶,是PI3K通路的核心介质,在葡萄糖代谢、细胞凋亡、增殖、转录、迁移和炎症等众多细胞过程中发挥关键作用,且能响应胰岛素生长因子和表皮生长因子
[25,26]。当AKT1活性不足时,脂肪酸氧化受抑制,甘油三酯合成增加,加重肝细胞脂肪变性
[27]。IL⁃6是由免疫细胞(如巨噬细胞、T细胞)和脂肪细胞分泌的多效性细胞因子,可上调固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP⁃1c)表达,促使脂肪酸和甘油三酯合成增加
[28]。TNF⁃α则是主要由巨噬细胞和脂肪细胞分泌的促炎细胞因子,它通过抑制胰岛素受体底物(IRS)的酪氨酸磷酸化,干扰胰岛素信号(如PI3K⁃AKT通路)
[29],加重胰岛素抵抗和脂代谢紊乱。AKT1功能降低不仅导致胰岛素抵抗和脂质堆积,还会激活Kupffer细胞释放TNF⁃α和IL⁃6。而TNF⁃α和IL⁃6又会进一步抑制AKT1活性(通过IRS磷酸化阻断),形成“代谢失调→炎症→代谢恶化”的正反馈环路。此外,TNF⁃α和IL⁃6还能通过线粒体途径(如ROS生成)和内质网应激(如CHOP激活)诱导肝细胞凋亡
[30,31]。AKT1活性不足时抗凋亡信号减弱,加剧肝细胞死亡和纤维化。分子对接研究显示,AKT1、TNF⁃α、IL⁃6很可能是QYKL治疗NALD的主要靶点。
动物实验研究表明,QYKL能明显降低NAFLD大鼠的炎症水平。甘油三酯检测结果说明NAFLD甘油三酯水平明显升高,QYKL可以降低甘油三酯水平。观察动物病理切片发现,HF+M组QYKL明显改善了脂肪对肝细胞的破坏,减少了炎性浸润。透射电镜结果进一步表明,NAFLD致使肝细胞结构明显受损,细胞内被脂滴大量占据,线粒体和内质网结构遭破坏,细胞核固缩;而经QYKL干预后,肝细胞结构恢复正常,脂滴明显减少,细胞器结构也相对恢复正常。基于透射电镜研究发现,NAFLD对机体的影响是多方面的。脂肪堆积并非简单的初步现象,它会进一步破坏机体正常代谢功能,损害肝细胞的结构与功能,严重影响线粒体、内质网等细胞器的结构和功能。值得注意的是,QYKL不仅能够减少脂滴沉积,降低脂肪堆积,还可以恢复线粒体、内质网等细胞器的超微结构,逆转代谢功能障碍。这一结果提示QYKL在NAFLD治疗中具有“标本兼治”的潜力。免疫组化和ELISA结果也证明QYKL可以降低TNF、IL⁃6和IL⁃1β等炎症因子的表达水平,表明其具有明确的抗炎效应。
综上所述,QYKL通过多靶点、多通路协同,有效改善NAFLD大鼠的脂质代谢紊乱、炎症反应以及肝细胞超微结构损伤。其核心机制可能涉及PI3K⁃AKT介导的脂解增强、抑制炎症因子缓解炎症,还有线粒体⁃内质网功能恢复驱动的代谢稳态重建。这些发现为调控NAFLD提供了重要理论依据,为QYKL应用于NAFLD治疗奠定科学基础;基于这些研究与发现,课题组提出QYKL能否通过改善线粒体和内质网结构和功能降低脂肪堆积这一问题,也为后续深入探究其作用机制开辟道路。
作者贡献度说明:
胡锋杰、王彦顺:参与整个实验过程,对研究数据进行分析,并进行了文章初稿的撰写及文章修改;周英、曹峰铭、姚秋月:实验整体把控,指导文章撰写及文章修改等。
所有作者声明不存在利益冲突关系。