2026年2月25日,湖北中医药大学、湖北时珍实验室等单位石召华、刘松林教授团队,在Phytomedicine (中科院1区,IF=11.3)在线发表题为“Xia Ku Cao Paste restores intestinal microbiota homeostasis and improves hepatic metabolism disturbances to alleviate hyperlipidemia”的研究论文。该文于2025年12月14日投稿,2026年1月27日修回,2026年2月22日接收。
高脂血症(hyperlipidemia,HLP)是心血管疾病的重要危险因素。该研究聚焦传统中药制剂夏枯草膏(Xia Ku Cao Paste,XKCP),通过UPLC-Q-TOF-MS/MS、网络药理学、高脂饮食诱导高脂血症大鼠模型、油酸钠诱导HepG2细胞脂质蓄积模型、肝脏蛋白组学、肠道菌群宏基因组学、游离脂肪酸(FFA)和短链脂肪酸(SCFAs)检测、SCAP/SREBP-2通路抑制剂干预及分子对接等方法,系统阐明其降脂作用和潜在机制。
研究发现,XKCP可改善高脂饮食诱导的大鼠血脂异常、肝脏脂肪变、炎症和氧化应激;同时重塑肠道菌群结构,调节Firmicutes、Bacteroidetes以及Clostridium、Bacteroides、Akkermansia muciniphila等菌群变化,并提高己酸、异丁酸、异戊酸、戊酸和2-甲基丁酸等有益短链脂肪酸水平。机制上,XKCP通过调节SCAP/SREBP-2胆固醇代谢通路,恢复胆固醇稳态;其中迷迭香酸(rosmarinic acid,RA)和金圣草黄素(chrysoeriol,Chry)被鉴定为潜在关键活性成分。需要注意的是,该研究证据主要来自动物和细胞模型,不能直接等同于人体临床疗效。
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【摘 要】
背景:高脂血症(hyperlipidemia,HLP)是心血管疾病最关键的致病因素之一。夏枯草膏(Xia Ku Cao Paste,XKCP)是一种主要由夏枯草(Prunella vulgaris L.)制成的传统中药制剂。目前,关于其治疗HLP的疗效及机制研究仍然有限。
目的:本研究旨在通过体内和体外模型,探讨XKCP抗HLP的疗效、物质基础及潜在机制。
方法:研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS/MS)表征XKCP的化学成分及入血成分。体内模型采用高脂饮食(high-fat diet,HFD)诱导的HLP大鼠,体外模型采用油酸钠(sodium oleate,SO)诱导的HepG2细胞。研究结合血清生化检测、组织病理学分析、肝脏蛋白组学、肠道菌群分析、短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)检测、游离脂肪酸(free fatty acids,FFA)定量、SCAP/SREBP-2通路特异性抑制剂干预以及分子对接等方法,评价XKCP的治疗作用,并阐明其抗HLP的潜在活性成分和作用通路。
结果:UPLC-Q-TOF-MS/MS化学分析共鉴定出XKCP中的75种成分,其中21种为吸收入血的原型成分,18种为代谢物。在HLP大鼠中,XKCP显著调节血清脂质水平,改善肝脏脂肪变和肝损伤,并减轻炎症和氧化应激反应。XKCP还可改善HLP大鼠的肠道菌群失衡,显著影响Firmicutes、Bacteroidetes以及Clostridium、Bacteroidetes和Akkermansia muciniphila等菌群。此外,XKCP明显降低血清硬脂酸和油酸浓度,并调节关键脂肪酸生物合成及代谢通路。XKCP还可增加肠道中有益SCFAs水平,如己酸、异丁酸、异戊酸、戊酸和2-甲基丁酸。相关性分析显示,XKCP诱导的肠道菌群变化与代谢物谱变化之间存在显著相关性。机制上,XKCP靶向SCAP/SREBP-2通路,调节胆固醇水平并维持胆固醇稳态,从而纠正代谢紊乱。与体内结果一致,XKCP及其潜在活性成分迷迭香酸和金圣草黄素,可显著减轻油酸钠诱导的HepG2细胞脂质蓄积。
结论:XKCP可有效缓解HFD诱导的高脂血症。其机制涉及改善肠道菌群平衡、调节FFA和SCFAs水平,以及调控SCAP/SREBP-2通路,从而共同纠正代谢紊乱。迷迭香酸和金圣草黄素被鉴定为XKCP发挥抗高脂血症作用的潜在活性成分。总体而言,本研究为XKCP未来在HLP治疗中的潜在临床应用提供了实验依据和理论支持。
01
研究背景及科学问题
高脂血症(HLP)是心血管疾病的主要危险因素。随着生活方式改变和人口老龄化,其患病率快速上升,已经成为亟需关注的重要公共卫生问题。HLP通常表现为脂蛋白谱异常,包括总胆固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)和甘油三酯(triglycerides,TG)升高,同时高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)降低。
HLP的发病机制复杂多样,核心在于脂质代谢失衡。炎症反应、氧化应激和肠道菌群失衡等因素,可进一步加重脂质代谢紊乱。在人体复杂的内环境中,胆固醇作为重要脂质分子,必须保持动态平衡,才能支持细胞正常功能和整体代谢稳定。SREBP切割激活蛋白(SREBP cleavage-activating protein,SCAP)/固醇调节元件结合蛋白2(sterol regulatory element-binding protein-2,SREBP-2)调控轴,对于维持胆固醇稳态非常重要。该通路主要通过调节下游关键酶,如角鲨烯环氧化酶(squalene epoxidase,SQLE)和甲羟戊酸二磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MVD),参与内源性胆固醇合成和摄取调控,从而维持胆固醇稳态。当胆固醇摄入和蓄积过多,尤其是在肝脏内过度蓄积时,这种动态平衡会被打破,并激活多种负反馈机制以试图恢复稳态。
此外,肠道菌群和肠屏障完整性也参与HLP、肥胖等代谢紊乱过程。肠道菌群的组成和动态变化可直接调节宿主稳态,其代谢能力及代谢产物能够影响宿主免疫和代谢功能。临床上,他汀类和贝特类药物具有较强降脂作用,但长期单药或联合用药可能引起肌病、肝毒性和肾毒性等不良反应。因此,在血脂异常负担持续增加的背景下,探索来源于天然产物的安全有效替代或辅助治疗策略,具有重要意义。
夏枯草(Prunella vulgaris L.)为唇形科植物的干燥果穗,具有多种药理作用,包括抗炎、抗氧化和抗病毒等。随着其药用价值不断被发掘,来源于夏枯草的中药制剂,如口服液、丸剂和膏剂,逐渐得到应用。膏剂是传统中医药的重要剂型之一,通过中药煎煮和浓缩制备,可根据个体体质和临床症状灵活配伍适当辅料,兼具治疗和调养作用。由于其成分较易被机体吸收、作用温和且持久,在中医临床调养和慢性病防治中具有独特应用价值。
XKCP是以夏枯草经水提和浓缩制成的口服膏剂,富含酚酸类、萜类和黄酮类等生物活性成分。已有研究显示,迷迭香酸可通过特定机制缓解非酒精性脂肪性肝炎和肝纤维化;槲皮素可剂量依赖性降低高脂饮食小鼠血清TG和TC浓度,并缓解肝脏脂肪变;夏枯草多酚可通过抑制STAT3并激活PI3K-Akt通路发挥抗动脉粥样硬化作用,从而调节脂质代谢;夏枯草多糖则可能通过抗脂质过氧化、减轻炎症以及调节糖、氨基酸、能量和脂质代谢干预高脂血症。现代药理学研究已初步证明夏枯草具有降脂作用,为其制剂在血脂调控领域的应用提供了理论支持。然而,XKCP抗HLP的疗效、明确物质基础及系统机制,仍需进一步阐明。
本研究系统考察XKCP治疗HLP的疗效、物质基础和作用机制。首先,研究采用UPLC-Q-TOF-MS/MS表征XKCP化学成分及入血成分。随后,通过HFD诱导HLP大鼠体内模型和油酸钠诱导HepG2细胞体外模型,评价其抗HLP作用。进一步,研究利用宏基因组学和代谢组学分析XKCP对HLP大鼠肠道菌群和宿主代谢的影响。最后,研究整合网络药理学、肝脏蛋白组学、SCAP/SREBP-2通路特异性抑制剂干预和分子对接,探索XKCP发挥治疗作用的关键活性成分和分子机制。这些发现为XKCP未来用于HLP管理提供了实验基础。
02
重要发现及亮点
XKCP入血成分鉴定及网络药理学分析提示其可能通过多通路发挥降脂作用
研究首先在正、负离子模式下采用UPLC-Q-TOF-MS/MS分析XKCP及血清样本。结果显示,XKCP中共鉴定出75种成分,包括三萜类、黄酮类、酚酸类和脂肪酸类。通过比较XKCP、含药血清和空白血清的总离子流色谱图,研究鉴定出21种入血原型成分,包括迷迭香酸和咖啡酸。此外,在含药血清中还鉴定出18种与有机酚酸相关的代谢物,包括5种咖啡酸代谢物、4种阿魏酸代谢物、3种绿原酸代谢物、3种香草酸代谢物和2种原儿茶酸代谢物。研究还以咖啡酸和阿魏酸代谢物为例,展示了其在大鼠体内的主要代谢通路。
随后,研究利用网络药理学技术识别XKCP潜在治疗靶点,并通过靶点相关通路分析预测可能作用机制。蛋白互作网络分析、GO和KEGG富集分析显示,XKCP治疗HLP可能与TNF、IL-6、ALB、PPARG和PPARA等潜在靶点相关,并可能通过调节PPAR、PI3K-Akt、AMPK和类固醇激素生物合成等多条通路发挥作用。
图1:XKCP入血成分分析。XKCP(a)、空白血清(b)和含药血清(c)在正、负离子模式下的总离子流色谱图。
XKCP改善HFD诱导HLP大鼠的整体病理状态和血脂异常
研究的动物实验流程如图2a所示。实验期间,研究监测了所有大鼠的体重变化。实验开始时,各组初始体重无显著差异。建模阶段出现明显差异:对照组维持正常摄食,体重随时间缓慢增加;模型组早期摄食增加、体重明显上升,但随着HLP加重,摄食量下降,体重逐渐降低。作者认为,这可能与高脂饮食引起饱腹感、延迟胃排空,从而减少高脂饲料摄入有关。XKCP给药后,各给药组摄食量逐渐恢复,体重缓慢增加,提示XKCP可能改善HLP相关不良状态。同时,在设定剂量下,XKCP给药大鼠未出现异常体重下降、行为改变或死亡等明显不良反应,支持其安全性。
实验结果显示,XKCP显著改善HFD诱导的HLP及相关代谢紊乱。与对照组相比,HFD喂养大鼠肝脏指数和附睾脂肪指数显著升高(P<0.0001),XKCP给药可缓解这些变化(P<0.01)。心脏和肾脏指数在各组间相近。血清脂质检测显示,HFD大鼠TG、TC和LDL-C显著升高,HDL-C降低(P<0.0001),说明HLP模型成功建立。XKCP和洛伐他汀片(lovastatin tablets,LVT)处理均显著改善这些血脂指标(P<0.05)。此外,模型组动脉粥样硬化指数(atherosclerosis index,AI)、冠心病指数(coronary heart disease index,CRI)、极低密度脂蛋白胆固醇(very low-density lipoprotein cholesterol,VLDL-C)以及LDL-C/HDL-C比值也明显升高(P<0.0001),而XKCP可显著降低上述指标(P<0.05)。这些结果说明,XKCP可有效缓解HLP,并明显减少脂质蓄积。
图2:XKCP改善HLP大鼠的病理状态。(a)实验设计示意图。(b)体重。(c)中期血脂指标。(d)肝脏指数。(e)附睾脂肪指数。(f–i)血清TC、TG、HDL-C和LDL-C水平。(j–m)血清AI、CRI、LDL-C/HDL-C比值和VLDL-C水平。数据以均值±标准差(SD)表示(n=8)。与Control组比较,##<0.001,###<0.0001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,****P<0.0001。
XKCP减轻HLP大鼠肝脏脂肪变、肝损伤、炎症和氧化应激
各组大鼠肝脏形态和组织学特征如图3所示。Control组大鼠肝脏呈均匀红褐色,表面光滑有光泽,边缘锐利,质地柔软有弹性,无油腻感。Model组肝脏呈黄白色、体积增大,边缘钝圆,质地较韧,表面略油腻。XKCP给药后,肝脏体积和形态明显恢复。
H&E染色显示,Control组肝细胞形态规则、边界清晰,胞质内无脂滴,也无炎症浸润或变形。Model组肝细胞肿胀、排列紊乱、大小不一,胞质内可见大量不同大小的脂肪空泡,并伴有炎症浸润。XKCP给药后,肝细胞形态改善,脂肪变明显减轻,脂滴蓄积减少,炎症浸润缓解。油红O染色显示,Control组肝细胞几乎无脂质沉积,而Model组出现明显弥漫性胞质脂肪变;XKCP处理可显著减轻肝细胞脂质蓄积。心脏、结肠、肾脏和附睾脂肪组织病理切片显示,XKCP还可减轻HFD诱导的心肌纤维排列紊乱、细胞结构异常、附睾脂肪细胞肥大,以及肠道和肾脏损伤。上述结果进一步证实,XKCP可有效减轻脂质蓄积及其相关损伤。
生化分析显示,HFD可导致肝损伤,使AST和ALT水平升高(P<0.0001)。XKCP给药显著降低血清和肝脏AST、ALT水平(P<0.01)。氧化应激和炎症反应通常与HLP密切相关。本研究中,XKCP显著减少脂质过氧化产物丙二醛(malondialdehyde,MDA)蓄积(P<0.05),并缓解抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)和过氧化氢酶(catalase,CAT)异常下降(P<0.05)。此外,XKCP还显著降低血清和肝脏中炎症因子IL-1β、TNF和IL-6水平(P<0.05)。总体而言,XKCP可改善HFD诱导HLP大鼠的多种病理生理改变,包括血脂异常、肝脏脂肪变、肝细胞损伤以及炎症和氧化应激反应。
图3:XKCP对肝脏脂肪变、损伤、炎症和氧化应激的影响。(a)肝组织照片;(b)肝细胞H&E染色切片(放大倍数40×,比例尺:20 μm)。黑色箭头表示充满脂滴的肝细胞,红色箭头表示肝细胞内大量空泡样变性。(c)肝细胞油红O(Oil Red O,ORO)染色切片(放大倍数20×,比例尺:50 μm)。(d–g)血清和肝脏AST及ALT水平。(h–k)血清SOD、MDA、GSH-Px和CAT水平。(l–q)血清和肝脏IL-6、TNF和IL-1β水平。数据以均值±SD表示(n=8)。与Control组比较,##<0.001,###<0.0001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,****P<0.0001。
XKCP改善HLP大鼠肠道菌群失衡
鉴于XKCP在体内对HLP具有明显治疗作用,研究进一步推测其作用机制可能涉及肠道菌群调节。因此,研究对Control组、Model组和XKCP-H组粪便样本进行了宏基因组测序分析。主成分分析(principal component analysis,PCA)和主坐标分析(principal coordinate analysis,PCoA)显示,Control组与Model组肠道菌群明显分离,说明HFD导致肠道菌群发生显著变化。XKCP处理后,菌群结构向Control组靠近,提示XKCP可部分改善HLP大鼠肠道菌群多样性。
进一步聚类分析显示,不同组在门、属、种水平上的群落组成存在差异。门水平上,HFD增加Bacteroidetes丰度并降低Firmicutes丰度。属水平上,HFD增加Bacteroides和Parabacteroides,同时降低Clostridium和Oscillibacter。XKCP补充可改善这些肠道菌群变化。此外,研究提示Bacteroides uniformis和Akkermansia muciniphila可能参与HFD诱导的HLP。LEfSe分析显示,Control组以Lactobacillus和Firmicutes bacterium CAG 475为特征;Model组以Bacteroides和Akkermansia muciniphila为特征;XKCP-H组则以Helicobacter和Firmicutes bacterium为特征。最后,KEGG代谢通路富集分析显示,XKCP干预显著调节碳水化合物代谢、氨基酸代谢、脂质代谢和能量代谢通路。该结果提示,XKCP可明显改善HFD诱导的能量代谢和免疫调控失衡。总体而言,XKCP可显著改善HLP大鼠肠道菌群失衡。
图4:XKCP对肠道菌群的影响。(a–b)各组肠道菌群PCA和PCoA得分图。(c–e)门、属和种水平肠道菌群丰度热图。(f–h)门、属和种水平肠道菌群群落组成柱状图。(i–j)LEfSe分析得到的系统发育树,显示属和种等多个分类水平。(k)差异表达unigenes的KEGG富集分析。数据以均值±SD表示(n=3,P<0.05表示差异具有统计学意义)。
XKCP调节血清FFA水平并促进肠道SCFAs产生
FFA代谢失衡与高脂血症发生发展密切相关。生理条件下,FFA是能量代谢的重要底物;但在代谢紊乱状态下,FFA过度释放会导致血脂异常,进而诱发或加重HLP。为探讨XKCP治疗高脂血症的潜力,研究采用气相色谱-质谱(GC-MS)分析Control组、Model组和XKCP-H组大鼠血清代谢物谱。PCA显示三组明显分离,提示其处于不同代谢状态。XKCP处理显著纠正HFD诱导的硬脂酸和油酸水平升高(P<0.05)。不过,XKCP对模型组下降的花生四烯酸水平影响未达到统计学显著性。KEGG分析进一步显示,XKCP主要影响不饱和脂肪酸生物合成、脂肪酸生物合成和脂肪酸代谢等关键通路。上述发现提示,XKCP可通过靶向这些代谢通路调节FFA水平,从而促进脂肪酸分解、抑制HFD诱导的脂质合成,最终减少肝脏脂质蓄积和炎症。
此外,肠道菌群失衡通常伴随SCFAs水平下降。研究定量检测了8种常见SCFAs,以评价XKCP对HLP大鼠肠道SCFAs谱的影响。结果显示,Model组仅己酸显著下降(P<0.01,与Control组相比),而XKCP-H处理显著提高己酸、异丁酸、异戊酸、戊酸和2-甲基丁酸水平(P<0.05或P<0.01,与Model组相比)。
图5:XKCP对HLP大鼠血清FFA的影响。(a)实验流程。(b)PCA得分图。(c)差异代谢物热图。(d)差异代谢物KEGG通路分析。(e–g)Control组、Model组和XKCP组中硬脂酸、油酸和花生四烯酸浓度。数据以均值±SD表示(n=4)。与Control组比较,##<0.001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,ns表示无显著差异。
XKCP调节的代谢物与特定肠道菌属存在相关性
为考察XKCP改善HLP大鼠肠道菌群失衡是否也会影响代谢物,研究进一步分析了3类FFA、5种SCFAs与图4中20个肠道菌属相对丰度之间的相关性。整体相关性结果显示,|R|越接近1且P<0.05时,相关性越显著。
结果显示,油酸与Bacteroidales-Phocaeicola呈正相关,与Clostridia-Anaerostipes呈负相关。2-甲基丁酸与Clostridiales-Clostridium呈正相关,与Clostridia-Roseburia呈负相关。硬脂酸与Bacteroidales-Parabacteroides和Akkermansia呈正相关,与Clostridium-Pseudoflavonifractor、Alistipes和Flavonifractor呈负相关。花生四烯酸与Lactobacillales-Ligilactobacillus呈正相关,己酸与Clostridiales-Anaerotruncus呈正相关。相关性分析表明,XKCP干预与高脂血症大鼠肠道菌群和代谢物变化之间存在显著联系。
图6:XKCP对肠道SCFAs的影响,以及代表性代谢物与肠道菌属之间的相关性分析。(a)实验流程。各组中(b)2-甲基丁酸、(c)己酸、(d)异丁酸、(e)异戊酸和(f)戊酸浓度。数据以均值±SD表示(n=4)。与Control组比较,#<0.01。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,ns表示无显著差异。(g)整体相关性分析热图。(h)油酸与o-Bacteroidales、f-Norank、g-Phocaeicola的相关性。(i)硬脂酸与o-Bacteroidales、f-Tannerellaceae、g-Parabacteroides的相关性。(j)2-甲基丁酸与o-Clostridiales、f-Lachnospiraceae、g-Roseburia的相关性。(k)硬脂酸与o-Bacteroidales、f-Rikenellaceae、g-Alistipes的相关性。(l)硬脂酸与o-Clostridiales、f-Ruminococcaceae、g-Pseudoflavonifractor的相关性。(m)2-甲基丁酸与o-Clostridiales、f-Clostridiaceae、g-Clostridium的相关性。(n)硬脂酸与o-Clostridiales、f-Ruminococcaceae、g-Flavonifractor的相关性。(o)硬脂酸与o-Verrucomicrobiales、f-Akkermansiaceae、g-Akkermansia的相关性。(p)花生四烯酸与o-Lactobacillales、f-Lactobacillaceae、g-Ligilactobacillus的相关性。(q)己酸与o-Clostridiales、f-Ruminococcaceae、g-Anaerotruncus的相关性。(r)油酸与o-Clostridiales、f-Ruminococcaceae、g-Anaerotruncus的相关性。图中点从左到右分别代表Control组、Model组和XKCP组。
肝脏蛋白组学提示XKCP影响脂质代谢相关通路
研究进一步采用肝脏蛋白组学分析XKCP对HLP大鼠肝脏蛋白表达谱的影响。PCA显示三组明显分离,且XKCP-H组向Control组移动。以|Log2 fold change|>1.5且P<0.05为筛选标准,研究筛选出XKCP调控的差异表达蛋白。火山图显示,Model组与Control组之间共有910个差异表达蛋白,其中466个上调、444个下调;XKCP-H组与Model组之间共有100个差异表达蛋白,其中43个上调、57个下调。Venn图进一步显示,三组间共有55个核心差异表达蛋白发生变化,包括SQLE、MVD和细胞色素P450 2E1(Cyp2e1)等。
GO和KEGG分析显示,XKCP主要影响花生四烯酸代谢、PPAR信号通路和类固醇激素生物合成等通路,为解释XKCP治疗HLP的机制提供了参考。
图7:XKCP对HLP大鼠肝脏蛋白组学的调控作用。(a)PCA得分图。(b)Control组与Model组之间差异表达蛋白火山图。(c)Model组与XKCP-H组之间差异表达蛋白火山图。(d)Venn图。(e)Control组与Model组之间差异表达蛋白聚类热图。(f)Model组与XKCP-H组之间差异表达蛋白聚类热图。(g)Control组与Model组之间KEGG富集结果。(h)Model组与XKCP-H组之间KEGG富集结果。
XKCP抑制油酸钠诱导的HepG2肝细胞脂肪变、炎症和氧化应激
为了评价XKCP对脂质蓄积的治疗作用,研究建立了油酸钠诱导的HepG2细胞脂质蓄积模型。根据细胞毒性实验结果,研究设置不同浓度XKCP用于后续治疗评价。与Model组相比,XKCP处理可有效减轻油酸钠诱导的脂质蓄积,表现为油红O染色脂滴更加稀疏(P<0.01)。XKCP还可调节细胞脂质指标,降低TG、TC和HDL-C,并升高LDL-C(P<0.01)。
此外,为判断XKCP是否可改善脂质蓄积相关损伤,研究检测了反映肝细胞损伤、炎症反应和氧化应激的关键生物标志物。结果显示,XKCP显著降低AST和ALT水平(P<0.01,与Model组相比),减少脂质过氧化产物MDA蓄积,并缓解抗氧化酶SOD、GSH-Px和CAT异常下降(P<0.01,与Model组相比)。XKCP还明显抑制IL-1β、TNF-α和IL-6生成(P<0.05,与Model组相比)。总体而言,XKCP在体外可有效缓解油酸钠诱导的肝细胞脂质蓄积,并保护肝细胞免受炎症和氧化应激损伤。
图8:XKCP在油酸钠诱导HepG2细胞中的作用。(a–c)不同药物对HepG2细胞的细胞毒性测试结果。(d)联合用药处理对HepG2细胞的细胞毒性测试结果。(e)HepG2细胞油红O染色。(f)经异丙醇洗脱油红O后的OD水平。(g–j)细胞TC、TG、HDL-C和LDL-C水平。(k–n)SOD、MDA、GSH和CAT水平。(o–p)AST和ALT水平。(q–s)IL-6、TNF-α和IL-1β水平。数据以均值±SD表示(n=3)。与Control组比较,##<0.001,###<0.0001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,****P<0.0001。
XKCP通过SCAP/SREBP-2通路调节肝脏脂质代谢紊乱
为阐明XKCP调控脂质代谢的潜在机制,研究整合网络药理学和蛋白组学数据进行KEGG通路分析。结果主要集中在类固醇激素生物合成和药物代谢-其他酶两大通路,提示XKCP可能通过调节这些通路中的关键步骤影响脂质代谢。由于类固醇激素生物合成需要胆固醇作为前体,而胆固醇对多种生理功能至关重要且必须维持在严格稳态范围内,因此研究推测,XKCP的降脂作用可能与胆固醇代谢调节有关。蛋白组学结果显示,XKCP干预后SQLE和MVD等胆固醇合成关键蛋白表达发生显著变化,进一步支持该推测。
鉴于SCAP/SREBP-2轴在维持胆固醇稳态中具有重要作用,研究进一步通过RT-qPCR和Western blot观察该轴介导的脂质代谢相关基因及蛋白变化。在HFD诱导的HLP大鼠中,SCAP、SREBP-2、SQLE和MVD表达下降,而胰岛素诱导基因2(insulin-induced gene 2,INSIG2)表达升高(P<0.05或P<0.01,与Control组相比)。这表明HFD喂养成功触发大鼠体内胆固醇负反馈调节。在内质网中,胆固醇可与SCAP结合并改变其构象,同时INSIG2与SCAP结合并将其“锁定”,共同阻止SREBP-2激活,进而抑制SQLE和MVD等下游基因的转录和表达,减少胆固醇合成。
XKCP处理后,上述基因和蛋白表达水平发生显著改变(P<0.05或P<0.01,与Model组相比),提示其可修复HFD破坏的胆固醇稳态。在油酸钠诱导HepG2细胞脂质蓄积模型中,RT-qPCR和Western blot结果与动物实验一致,再次确认XKCP可通过SCAP/SREBP-2通路调节胆固醇水平,修复调控路径并维持胆固醇动态平衡。
随后,研究使用SCAP/SREBP-2通路特异性抑制剂25-羟基胆固醇(25-hydroxycholesterol,25-HC)进一步考察XKCP在HepG2细胞脂质代谢中的调控作用。25-HC处理后,qPCR和Western blot结果显示,XKCP对HepG2细胞SREBP2 mRNA和蛋白表达的上调作用被抑制(与Model组相比无显著差异),提示抑制剂处理阻断了SREBP-2成熟和切割。进一步,XKCP对SQLE和MVD mRNA及蛋白表达的上调作用也在抑制剂干预后被抑制(与Model组相比无显著差异)。这些结果表明,XKCP可能通过激活SCAP/SREBP-2通路,调节胆固醇水平并维持胆固醇稳态。
图9:XKCP通过SCAP/SREBP-2通路调节肝脏脂质代谢紊乱。(a)网络药理学和蛋白组学KEGG通路Venn图。(b–e)高脂血症大鼠肝组织中SCAP、SREBP2、SQLE、MVD和INSIG2的mRNA及蛋白表达水平。(f–i)油酸钠诱导HepG2细胞中上述基因的mRNA及蛋白表达水平。(j)XKCP降脂作用机制示意图,红色箭头表示受HFD影响的上调或下调,绿色箭头表示受XKCP影响的上调或下调。数据以均值±SD表示(n=3)。与Control组比较,<0.05,#<0.01,##<0.001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。
图10:阻断SCAP/SREBP-2通路会降低XKCP对HepG2细胞脂质代谢的调节作用。(a–d)HepG2细胞中SREBP2、SQLE和MVD的蛋白表达水平。(e–g)HepG2细胞中SREBP2、SQLE和MVD的mRNA表达水平。数据以均值±SD表示(n=3)。与Control组比较,<0.05,#<0.01,##<0.001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。
迷迭香酸和金圣草黄素可能是XKCP治疗HLP的关键活性成分
为进一步阐明XKCP治疗HLP的机制,研究对XKCP入血成分与上述5个核心靶点之间的相互作用进行分子对接分析。AutoDock对接结果显示,入血成分与靶蛋白之间的结合能范围为−6.7至−10.0 kcal/mol。较强结合亲和力提示这些成分可能是XKCP抗HLP分子机制中的重要组成部分。
其中,迷迭香酸(rosmarinic acid,RA)和金圣草黄素(chrysoeriol,Chry)对各靶点均表现出较强结合能力,结合能<−6.0 kcal/mol,SD≤0.8 kcal/mol,Ki<1 μM,SD≤0.2 μM,提示二者可能是XKCP治疗HLP的关键活性成分。随后,研究使用HepG2细胞开展体外验证。油红O染色及TG、TC、HDL-C和LDL-C检测证实,RA和Chry可有效降低脂质蓄积(P<0.01,与Model组相比)。为探索其降脂机制,研究采用RT-qPCR和Western blot检测SCAP/SREBP-2调控的胆固醇代谢关键靶点SQLE和MVD表达。RA和Chry均可显著逆转这些异常表达模式(P<0.01,与Model组相比),说明二者可通过调节SCAP/SREBP-2轴干预油酸钠诱导的胆固醇代谢紊乱。
图11:迷迭香酸(RA)和金圣草黄素(Chry)是XKCP治疗HLP的关键成分。(a)XKCP活性成分与关键靶点对接评分热图。(b–d)油酸钠诱导HepG2细胞中SQLE和MVD的mRNA及蛋白表达水平。(e–f)关键靶点与代表性成分之间对接相互作用的可视化图。(g)HepG2细胞油红O染色。(h)经异丙醇洗脱油红O后的OD水平。(i–j)细胞TC、TG、HDL-C和LDL-C水平。数据以均值±SD表示(n=3)。与Control组比较,<0.05,#<0.01,##<0.001。与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。
机制示意图总结
综合体内外实验、多组学分析和分子对接结果,本研究提出:XKCP可通过两条相互关联的路径缓解HLP。一方面,XKCP调节肠道菌群结构,改善高脂饮食诱导的肠道菌群失衡,提高己酸等SCFAs生成,并可能通过改善肠屏障功能和系统代谢状态间接影响肝脏脂质代谢。另一方面,XKCP靶向肝脏SCAP/SREBP-2信号通路,缓解高脂饮食触发的胆固醇负反馈抑制,恢复胆固醇动态平衡。同时,XKCP还可减轻肝脏氧化应激和炎症反应,从而协同发挥降脂和护肝作用。
图12:夏枯草膏(XKCP)恢复肠道菌群稳态并改善肝脏代谢紊乱,从而缓解高脂血症。
【贡献】★★★★★
本研究首次系统阐明了XKCP治疗HLP的疗效、物质基础和作用机制。其降脂作用与改善肠道菌群失衡、调节FFA和SCFAs水平、调控肝脏SCAP/SREBP-2胆固醇代谢通路,以及减轻氧化应激和炎症反应密切相关。RA和Chry被鉴定为XKCP潜在活性成分。本研究为XKCP未来用于高脂血症临床治疗提供了实验依据和理论支持。
同时,研究也指出仍存在若干局限。XKCP通过SCAP/SREBP-2通路调控胆固醇稳态的关键作用仍需进一步研究;XKCP干预、微生物组/代谢物变化、SCAP/SREBP-2通路激活与血脂改善之间的因果顺序,还需要通过动态监测进一步明确;此外,XKCP与肠道菌群及其代谢物之间的关系仍需更深入探索。最后,本研究主要基于动物和细胞模型,其临床疗效仍需通过随机对照试验进一步验证。
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