本方案描述了一种可重复的工作流程,结合网络药理学、非靶向代谢组学和体内验证,以阐明凉血地黄汤在葡聚糖硫酸钠诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型中的多组分作用机制。
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本方案描述了一种可重复的工作流程,结合网络药理学、非靶向代谢组学和体内验证,以阐明凉血地黄汤在葡聚糖硫酸钠诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型中的多组分作用机制。
溃疡性结肠炎(UC)是一种慢性炎症性肠病,其特征为持续性肠道炎症和代谢紊乱。中药方剂在临床上广泛用于治疗炎症性疾病;然而,系统性实验方法在阐明其多组分、多靶点作用机制方面仍较为有限。本文介绍了一种可重复的实验方案,结合网络药理学、非靶向代谢组学和体内验证,研究凉血地黄汤(LXDHD)在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠UC模型中的抗炎作用。该实验流程包括中药煎剂的制备、DSS诱导结肠炎建模、疾病活动度评估、组织病理学与血液学评价、血清细胞因子检测、基于液相色谱-质谱(LC–MS)的代谢组学分析以及计算网络分析。通过该整合性方法,成功建立了DSS诱导的结肠炎模型,且经LXDHD治疗后,疾病活动指数、结肠长度、组织病理学损伤、炎症细胞因子水平及代谢谱均出现可测量的改善。网络药理学与代谢组学分析进一步表明,该方案能够识别与治疗干预相关的关键靶点、通路及代谢物。这一可视化且标准化的工作流程为研究多组分中药方剂在炎症性肠病中的药理机制提供了实用的方法学框架,并可推广至其他中药方剂及疾病模型的研究。
溃疡性结肠炎(UC)是一种慢性炎症性肠病,其特征是结肠黏膜发生持续性炎症1,导致腹痛、腹泻、直肠出血和体重减轻等症状2。UC 的发病率在全球范围内呈上升趋势,给医疗系统带来沉重负担,并显著影响患者的生活质量3。尽管 UC 的病因尚未完全明确,但越来越多的证据表明,免疫反应失调、炎症性细胞因子过度产生、氧化应激以及代谢紊乱在疾病发生发展中起着核心作用4,5。
目前,溃疡性结肠炎(UC)的治疗策略主要包括氨基水杨酸盐、糖皮质激素、免疫抑制剂以及靶向炎症性细胞因子的生物制剂6。尽管这些治疗方法可缓解症状并诱导病情缓解,但长期使用常伴随不良反应、高昂的治疗费用以及疗效反应的个体差异7,8,9。此外,相当一部分患者无法实现持续缓解,凸显了对具有更好安全性及多靶点疗效的替代性或辅助性治疗策略的需求。
数百年来,传统中医药(TCM)被广泛用于治疗胃肠道疾病,并因其在溃疡性结肠炎(UC)等复杂炎症性疾病中潜在的治疗益处而日益受到关注10。与单靶点治疗不同,中医药方剂通常通过多种成分作用于多个靶点和通路发挥治疗作用,可能更有效地应对UC的多因素特性11。临床与实验研究提示,某些中药处方可调节免疫反应、抑制炎症、保护肠道屏障完整性,并调节代谢稳态12,13,14,15。
凉血地黄汤(LXDHD)是一个经典的中药方剂,传统上用于“凉血清热”,在临床上已应用于炎症性和出血性疾病16。该方剂由多种草药组成,包括Scutellaria baicalensis、Phellodendron chinense、Rehmannia glutinosa、Paeonia suffruticosa、Paeonia lactiflora、Sanguisorba officinalis、Platycladus orientalis、Saposhnikovia divaricata、Citrus aurantium、Angelica sinensis和Glycyrrhiza uralensis。现代药理学研究表明,其中多种组成草药及其活性成分具有抗炎、抗氧化和免疫调节作用17,18,19。然而,LXDHD在溃疡性结肠炎(UC)中的整体治疗作用及其潜在机制尚未得到系统阐明。
网络药理学已成为探索多组分中药方剂与疾病相关分子靶点之间复杂相互作用的有效方法20通过整合多个数据库的信息,网络药理学能够预测潜在的活性化合物、治疗靶点和信号通路,从而在系统层面揭示中药的作用机制21然而,网络药理学主要依赖数据库预测,无法直接反映 体内 代谢变化
代谢组学作为一种强大的工具,可用于全面分析代谢的整体变化,为疾病病理生理学及治疗反应提供补充性见解22。在溃疡性结肠炎(UC)中,代谢组学分析已揭示脂质和氨基酸代谢以及与氧化应激相关通路的显著紊乱23,24,25。将代谢组学与网络药理学相结合,有助于弥合预测的分子靶点与实际代谢表型之间的差距,从而提高机制解释的可靠性。
在本研究中,采用整合网络药理学、非靶向代谢组学及实验验证的策略,探究了LXDHD在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的溃疡性结肠炎(UC)小鼠模型中的抗炎作用及其潜在机制。图1A)。这种整体方法学设计,将计算机预测与 体内 代谢组学与表型验证符合既定的严格研究框架26采用网络药理学分析鉴定LXDHD治疗所涉及的活性成分、潜在治疗靶点及富集的信号通路。通过非靶向代谢组学分析,表征由UC引起的代谢变化及其经LXDHD干预后的调节效应。此外,关键结果通过以下实验进一步验证 体内 实验,包括疾病活动度评估、组织病理学变化、血液学参数和炎症性细胞因子水平检测。
通过整合计算预测、代谢谱分析和生物学验证,本研究旨在全面解析六味地黄汤(LXDHD)治疗溃疡性结肠炎(UC)所涉及的多成分、多靶点、多通路作用机制。该工作不仅为LXDHD作为UC潜在辅助疗法的应用提供了实验依据,同时也为研究其他复杂中药复方的作用机制提供了方法学框架。
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所有动物实验操作均遵循《实验室动物护理与使用指南》的规定,并经南京中医药大学附属医院动物伦理委员会批准(批准号:#2025DW-034-01;批准日期:2025年3月24日)。凉血地黄汤的制备按照《中华人民共和国药典》27 中描述的步骤进行。本实验方案所用的试剂、化学品和软件列于材料表中。
1. 凉血地黄汤(LXDHD)的制备
2. 动物实验设计
3. 疾病活动度评估
4. 苏木精-伊红(H&E)染色
5. 外周血分析
6. 酶联免疫吸附测定(ELISA)
注意:IL-6、IL-17、IL-1β 和 TNF-α 是关键的促炎性细胞因子,而 IL-10 是关键的抗炎性细胞因子。这些细胞因子反映了炎症反应的存在及其严重程度34。
检测这些细胞因子对于理解炎症过程以及评估抗炎治疗的效果至关重要。
7. 凉血地黄汤的液相色谱-质谱分析
8. 血清非靶向代谢组学分析
9. 网络药理学分析
注意:采用网络药理学方法预测LXDHD在UC中的活性成分和关键靶点35,36。该方法包括数据库挖掘、化学信息处理、生物活性数据获取、蛋白靶点检索、基因表达谱分析、相互作用网络构建以及通路富集分析37,38。
10. 统计分析
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溃疡性结肠炎中LXDHD的网络药理学分析
采用网络药理学方法预测了LXDHD在UC中的潜在治疗靶点和分子作用机制。从TCMSP数据库中共筛选出211种具有优良药代动力学特性的化合物,其中包括来自黄芩(Scutellaria baicalensis)的36种、来自黄柏(Phellodendron chinense)的37种、来自地黄(Rehmannia glutinosa)的10种、来自牡丹(Paeonia suffruticosa)的11种、来自川赤芍(Paeonia veitchii)的29种、来自炒地榆(carbonized Sanguisorba officinalis)的5种、来自炒侧柏叶(carbonized Platycladus orientalis)的22种、来自防风(Saposhnikovia divaricata)的18种、来自枳实(Citrus aurantium)的...
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本方法展示了一种可视化的、可重复的实验流程,通过整合网络药理学、非靶向代谢组学和体内验证,研究中药复方在DSS诱导的溃疡性结肠炎(UC)小鼠模型中的抗炎作用。与传统药理学研究主要关注孤立的机制性结论不同,本方案更强调方法学框架本身的严谨性,同时揭示关键的生物学见解。该整合式工作流程的主要优势在于能够克服单一分析方法固有的局限性。传统的网络药理学高度依赖静态的纯计算机模拟数据库,常导致假阳性率较高,且无法考虑体内生物转化过程。通过系统性地将计算预测与外源性代谢组学及体内表型验证相结合,本方案将预测的分子靶点直接与确证的药物来源循环代谢物相联系,过滤掉生物不可及的化合物,为多组分药物评价提供了可靠的框架42。
从生物学角度来看,该工作流程的应用成功证明了LXDHD通过调控炎症和代谢靶点的复杂网络,缓解了DSS诱导的结肠炎。整合分析鉴定出STAT3、IL-1β和TNF为核心枢纽。从机制上讲,STAT3在肠道黏膜免疫中发挥关键作用,其过度激活会驱动下游促炎细胞因子的转录。STAT3与循环代...
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所有作者声明,他们与本工作无任何利益冲突。
本研究由国家自然科学基金(81973769)和徐州医科大学(ZX202406)资助。资助机构未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 5-氨基水杨酸(5-ASA) | Sigma-Aldrich | A3537 | 溃疡性结肠炎的阳性对照药物;以100 mg/kg剂量经口灌胃给药。 |
| 乙腈(LC-MS级) | Merck | 100030 | 用于代谢组学样品制备及LC-MS流动相。 |
| AlphaFold蛋白质结构数据库 | EMBL–欧洲生物信息学研究所 | https://alphafold.ebi.ac.uk/ | 用于获取目标蛋白质预测的三维结构的数据库。 |
| 当归(Angelica sinensis) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:1.6 g)。 |
| CB-Dock2 | CADD实验室 | https://cadd.labshare.cn/cb-dock2/ | 用于分子对接及配体–蛋白质结合模式预测的网络平台。 |
| 枳壳(Citrus aurantium) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.5 g)。 |
| Compound Discoverer软件 | 赛默飞世尔科技 | 版本3.3 | 用于LC–MS数据处理和化合物鉴定。 |
| CTAn软件 | Bruker | 版本1.17 | 用于Micro-CT三维图像重建及骨侵蚀分析。 |
| Cytoscape | Cytoscape联盟 | 版本3.8.0 | 用于网络构建与可视化的软件。 |
| 葡聚糖硫酸钠(DSS) | MP Biomedicals | 160110 | 分子量36,000–50,000 Da;用于诱导小鼠溃疡性结肠炎。 |
| EDTA-K2抗凝管 | 国药集团化学试剂有限公司 | N/A | 用于外周血采集。 |
| 伊红染色液 | Biosharp | N/A | 用于H&E染色中的细胞质复染。 |
| 乙醇 | 成都科隆化工有限公司 | 64-17-5 | 用于组织脱水。 |
| 甲酸(LC-MS级) | Merck | 5.33002 | 用于LC-MS流动相配制。 |
| 甘草(Glycyrrhiza uralensis) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.5 g)。 |
| GraphPad Prism | GraphPad软件公司 | 版本9.0 | 用于统计分析与图形呈现。 |
| 血细胞分析仪 | 迈瑞 | BC-2600vet | 三分类兽用血细胞分析仪,用于血液常规分析。 |
| 苏木精染色液 | Biosharp | BL700B | 用于结肠组织切片的H&E染色。 |
| 高速离心机 | 日立 | CT15E/CT15RE | 用于血清及样品制备。 |
| IL-10 ELISA试剂盒(小鼠) | 美曼生物 | MM-0176M2 | 用于检测血清IL-10水平。 |
| IL-17 ELISA试剂盒(小鼠) | Abclonal | RK00039 | 用于测定血清IL-17水平。 |
| IL-1β ELISA试剂盒(小鼠) | Abclonal | RK00006 | 用于检测血清IL-1β水平。 |
| IL-6 ELISA试剂盒(小鼠) | Abclonal | RK00008 | 用于定量血清IL-6水平。 |
| ImageJ(Fiji)软件 | 美国国立卫生研究院(NIH) | 版本1.53c | 开源软件,用于图像处理与定量分析。 |
| Leica Application Suite X(LAS X) | Leica显微系统 | 版本3.7 | 用于采集组织病理切片图像的成像软件。 |
| 甲醇(LC-MS级) | Merck | 106035 | 用于代谢组学样品制备及LC-MS流动相。 |
| 小鼠(雄性C57BL/6) | 奥康生物技术有限公司 | N/A | 实验动物(6–8周龄,20–25 g),用于DSS诱导的UC模型。 |
| mzCloud数据库 | 赛默飞世尔科技 | https://www.mzcloud.org/ | 用于MS/MS谱图匹配的数据库。 |
| 光学显微镜 | Leica | DM500 | 用于组织病理学观察。 |
| 赤芍(Paeonia lactiflora) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.6 g)。 |
| 牡丹皮(Paeonia suffruticosa cortex) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.5 g)。 |
| 多聚甲醛(4%) | 国药集团化学试剂有限公司 | N/A | 用于结肠组织的固定。 |
| 病理切片机 | Leica | RM2016 | 用于制备石蜡组织切片。 |
| 黄柏(Phellodendron chinense) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.5 g)。 |
| 侧柏叶炭(Platycladus orientalis) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.7 g)。 |
| Q Exactive高分辨质谱仪 | 赛默飞世尔科技 | Q Exactive | 基于Orbitrap的质谱仪,用于LC–MS分析。 |
| R软件 | 统计计算R基金会 | 版本4.2.1(https://www.r-project.org/) | 用于GO和KEGG富集分析的软件。 |
| 生地黄(Rehmannia glutinosa) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:2.1 g)。 |
| 地榆炭(Sanguisorba officinalis) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.6 g)。 |
| 防风(Saposhnikovia divaricata) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.3 g)。 |
| 黄芩(Scutellaria baicalensis) | 江苏省中医院 | 批号:2409001 | 六味地黄合剂(LXDHD)的组成药材(剂量:0.5 g)。 |
| 戊巴比妥钠(1%) | Sigma-Aldrich | P3761 | 用于样本采集前的动物麻醉。 |
| SoftMax Pro软件 | 分子器件公司 | 版本7.1 | 与酶标仪配套使用的数据采集与分析软件,用于ELISA。 |
| STRING数据库 | STRING联盟 | https://string-db.org/ | 用于蛋白质–蛋白质相互作用分析的数据库。 |
| TCMSP数据库 | TCMSP平台 | https://tcmsp-e.com/ | 用于筛选活性成分及预测药物靶点的数据库。 |
| TNF-α ELISA试剂盒(小鼠) | Abclonal | RK00027 | 用于测定血清TNF-α浓度。 |
| Ultimate 3000 RS LC系统 | 赛默飞世尔科技 | Ultimate 3000 RS | 与质谱联用的超高效液相色谱系统。 |
| 超声波清洗机 | 昆山超声仪器有限公司 | KQ3200E | 用于LXDHD的超声提取。 |
| UniProt数据库 | UniProt联盟 | https://www.uniprot.org/ | 用于基因与蛋白质名称标准化的数据库。 |
| 涡旋混合器 | 北京普析科技有限公司 | LC-Vortex-P1 | 用于样品混匀。 |
| Welch AQ-C18色谱柱(150 × 2.1 mm,1.8 μm) | Welch Materials | AQ-18-15021 | 用于代谢物及中药成分分离的色谱柱。 |
| 二甲苯 | 成都科隆化工有限公司 | 1330-20-7 | 用于组织学处理中的透明步骤。 |