糖尿病肾病（DN）涉及线粒体功能障碍。通过转录组学、网络药理学和机器学习，我们鉴定出 CAT、FABP1、MAOA 和 MAOB 为与女贞子（Ligustri Lucidi Fructus）相关的候选线粒体生物标志物。在 db/db 小鼠中，女贞子上调了 CAT 和 MAOA 的表达，支持进一步开展机制研究。
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糖尿病肾病（DN）涉及线粒体功能障碍。通过转录组学、网络药理学和机器学习，我们鉴定出 CAT、FABP1、MAOA 和 MAOB 为与女贞子（Ligustri Lucidi Fructus）相关的候选线粒体生物标志物。在 db/db 小鼠中，女贞子上调了 CAT 和 MAOA 的表达，支持进一步开展机制研究。
线粒体功能障碍及线粒体内过度的氧化应激是驱动糖尿病肾病（DN）肾小管损伤的关键病理因素。尽管 女贞子 （LLF）传统上被用于治疗糖尿病肾病（DN），但其涉及的机制，特别是与线粒体相关基因和通路相关的机制，目前仍知之甚少。本研究通过对GSE142025数据集进行差异表达分析，鉴定与DN相关的差异表达基因（DEGs）。通过整合四种机器学习模型的输出结果筛选特征基因。在两个数据集中均表现出显著差异表达且表达模式一致的基因进一步通过受试者工作特征（ROC）曲线分析进行评估。曲线下面积（AUC） > 在两个数据集中，筛选出的候选生物标志物定义为0.7。随后进行了功能富集分析、免疫浸润分析、网络构建分析以及分子对接分析。采用DN小鼠模型评估血糖、尿微量白蛋白、组织病理学变化以及候选生物标志物的RT-qPCR表达水平。 CAT 和 MAOA 显著上调 在体候选生物标志物富集于核糖体功能、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、细胞因子-细胞因子受体相互作用以及过氧化物酶体相关通路。这些标志物与CD8+ T细胞和活化肥大细胞呈负相关，而与活化自然杀伤细胞和初始B细胞呈正相关。杨梅素、β-谷甾醇和埃里奥狄克替醇与候选生物标志物的结合能均低于-5 kcal/mol。CAT和MAOA是具有潜力的候选分子，值得进一步开展机制研究。
糖尿病肾病（DN）是全球终末期肾病的主要病因，也是糖尿病最常见的并发症之一。其病理特征表现为肾小球和肾小管间质中细胞外基质过度积聚，以及肾内血管的增厚和硬化2。DN 常伴随蛋白尿和高血压3。该病的发生发展与长期高血糖引起的血管内皮细胞损伤、炎症反应加剧以及氧化应激水平升高密切相关4。目前，DN 的发病率在全球范围内呈上升趋势，尤其在中老年糖尿病患者中更为显著。随着病情进展，DN 可导致终末期肾功能衰竭，甚至引发心血管并发症，显著影响患者的生活质量和预后5。尽管在 DN 的诊断和治疗方面已取得一定进展，但仍缺乏可用于早期准确诊断的候选生物标志物，且尚无有效逆转其病理进程的治疗策略。因此，迫切需要开发新型、靶向性的抗 DN 药物。
线粒体对细胞生物能量学、代谢前体合成、钙稳态、活性氧（ROS）生成、免疫信号传导以及细胞凋亡至关重要，这些过程对于维持细胞和机体的稳定性均不可或缺6。作为细胞的“能量工厂”，线粒体在糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等基本过程中发挥关键作用7。肥胖会破坏三羧酸循环（Krebs循环）和线粒体呼吸链，导致线粒体功能障碍并增加ROS的产生。线粒体呼吸链中ROS水平升高可诱导氧化应....
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数据收集
与糖尿病肾病（DN）相关的 GSE142025 和 GSE96804 数据集的基因表达矩阵及相应的临床数据，均从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）获取（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）15。训练集（GSE142025）包含来自27名DN患者和9名对照个体的肾组织样本，测序平台为GPL20301。验证集（GSE96804）包含41名DN患者和20名对照个体的测序数据，处理平台为GPL17586。两个数据集均聚焦于肾组织；其中GSE96804数据集特别针对肾小球，即肾脏的主要滤过单位（图1）。GSE142025数据集（训练集）包含全肾组织样本，提供了DN转录组景观的全面视图；而GSE96804数据集（验证集）则专门针对肾小球组织，即肾小球滤过损伤的主要发生部位。由于两个数据集在平台和组织类型上存在差异，未进行直接合并，因此未实施批次效应校正，而是独立进行跨数据集验证。筛选在两个数据集中具有方向一致的变化且曲线下面积（AUC）大于0.7的基因作为稳健候选基因，以支持其在不同肾组织区室间的可推广性。
从 MitoCarta3.0 数据库（https://www.broadinstitute.org/mitocarta）中提取了共计 1,136 个线粒体相关基因（MRGs....
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为了系统地研究LLF在治疗DN过程中与线粒体相关的潜在候选生物标志物，我们设计了一个四阶段分析工作流程（图1）。在第一阶段，我们将来自GSE142025数据集（训练集，全肾组织，n=36）和GSE96804数据集（验证集，肾小球，n=61）的转录组数据与来自MitoCarta 3.0数据库的1,136个线粒体相关基因以及来自TCMSP数据库的9种活性成分的517个预测靶基因进行整合。通过这三个基因集的交集分析，获得9个候选基因。在第二阶段，采用四种机器学习模型（RF、KNN、PLS和SVM），以RMSE < 0.281为阈值，对特征基因进行优先排序。通过ROC分析进行跨数据集验证（两个数据集的AUC > 0.7），最终确定四个候选生物标志物：CAT、FABP1、MAOB和MAOA。在第三阶段，我们进行了GSEA分析以识别富集的KEGG通路，使用CIBERSORT进行免疫浸润分析，预测m6A修饰，并构建了lncRNA-miRNA-mRNA、活性成分–生物标志物以及活性成分–生物标志物–通路网络，随后进行分子对接分析。在第四阶段，我们在db/db糖尿病肾病小鼠模型中评估了LLF的药效学作用以及四.......
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荔枝核（LLF）是一种常用的中药，主要用于滋补肝肾，治疗糖尿病及其并发症。目前尚无针对糖尿病肾病（DN）的特异性药物或疗法，其治疗主要依赖降血糖、降血脂和降压治疗30,31,32。然而，这些治疗方法仅能在少数患者中延缓肾损伤的进展33。研究表明，LLF在DN大鼠模型中可通过纠正糖脂代谢紊乱和缓解氧化应激发挥肾脏保护作用34。值得注意的是，肾脏是线粒体含量极高且耗氧量大的器官，其线粒体动力学异常在DN的发病机制中起关键作用35。本研究揭示了LLF可能通过特定候选生物标志物（CAT、FABP1、MAOB 和 MAOA）影响线粒体功能，从而治疗DN的新机制。
既往研究表明，过氧化氢酶（
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作者声明无任何利益冲突。
我们衷心感谢所有在本研究过程中给予支持和帮助的个人与机构。本研究得到了国家自然科学基金（编号：81973486 和 82173974）、山西省中医药管理局科研项目（编号：2024ZYYA021）、山西中医药大学学科建设项目（编号：2026XK24）以及山东中医药大学科研基金项目（编号：KYZK2024Q13）的资助。感谢山西中医药大学副教授 Qinqing Li 对植物材料的鉴定。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 4% 多聚甲醛组织固定液 | Saiyin Biotechnology Co., Ltd. | 71033600 | |
| 无水乙醇 | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | 10009218 | |
| 血糖仪 | Sinocare Inc. | GA-3 | |
| 血尿素氮（BUN）检测试剂盒 | 南京建成生物工程研究所 | C03-2-1 | |
| C57BLKS/J db/db 小鼠 | 常州卡文斯实验动物有限公司 | SCXK (苏) 2021-0013 | |
| C57BLKS/J db/m 小鼠 | 常州卡文斯实验动物有限公司 | SCXK (苏) 2021-0013 | |
| 离心机 | 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司 | HI650 | |
| 水合氯醛 | 上海阿拉丁生化科技股份有限公司 | 302-17-0 | |
| Cytoscape (v3.9.0) | https://cytoscape.org | ||
| m6A 修饰预测数据库 | http://www.cuilab.cn/sramp/ | ||
| 中药活性成分数据库 | http://sm.nwsuaf.edu.cn/lsp/tcmsp.php | ||
| ENCORI / Starbase | https://starbase.sysu.edu.cn/ | ||
| 基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO） | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | ||
| 苏木精-伊红（HE）染色试剂盒 | Servicebio | C0105S | |
| 高速离心机 | Labnet, USA | C2500-R-230V | |
| 免疫浸润分析工具 | https://cibersort.stanford.edu/ | ||
| 女贞子 | 四川全益润生物科技有限公司 | 20240506 | |
| 磁力搅拌器 | 江苏金坛中天仪器厂 | T8-1 | |
| 显微镜 | Olympus | BX53 | |
| 切片机 | Leica, Germany | RM 2016 | |
| 微量分光光度计 | 杭州奥盛仪器有限公司 | Nano-300 | |
| miRNet | https://www.mirnet.ca | ||
| MitoCarta 3.0 | https://www.broadinstitute.org/mitocarta | ||
| 模型解释 R 软件包 | https://cran.r-project.org/package=DALEX | ||
| 分子对接平台 | http://clab.labshare.cn/cb-dock/ | ||
| 小鼠微量白蛋白尿 ELISA 试剂盒 | Fine Test | EM0632 | |
| 小鼠微量白蛋白尿检测试纸 | 广州华都高尔宝生物科技有限公司 | 20211203 | |
| 小鼠血清肌酐 ELISA 试剂盒 | Abmart | AB5990A | |
| MSigDB | https://www.gsea-msigdb.org/gsea/msigdb/ | ||
| PCR 扩增仪 | Roche | Roche LightCycler 480 | |
| R 软件（v4.2.2）+ R 软件包 | https://www.r-project.org / CRAN/Bioconductor | ||
| RCSB 蛋白质数据库（RCSB PDB） | https://www.rcsb.org | ||
| RNA 提取试剂盒 | 北京巨美生物科技有限公司 | MF-036-01 | |
| RPISeq | http://pridb.gdcb.iastate.edu/RPISeq/ | ||
| RT-qPCR 试剂盒 | 北京巨美生物科技有限公司 | MF949-T | |
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| 血清肌酐检测试剂盒 | 南京建成生物工程研究所 | C011-2-1 | |
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| SRAMP | http://www.cuilab.cn/sramp/ | ||
| STRING | https://cn.string-db.org/ | ||
| SwissTargetPrediction | http://www.swisstargetprediction.ch/ | ||
| TCMSP | http://sm.nwsuaf.edu.cn/lsp/tcmsp.php | ||
| 泽脂皮甘 | 四川全益润生物科技有限公司 | 20210602 | |
| 组织漂浮浴 | 武汉俊杰 | JK-6 |
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