基于内环境动态平衡调控的中药苦参抗糖尿病视网膜病物质基础及机制研究

Previous studies have found that the flavonoids of Sophora flavescens have good efficacy in preventing and treating diabetic retinopathy (DR). Meanwhile, it is found that the mechanism is not limited to the AGEs signaling pathway. It needs to be further studied. This project starts from the dynamic balance control of signal pathways and metabolic networks that constitute the internal environment of the retina, and explores the material basis and mechanism of action of Sophora flavescens to prevent and treat DR. From the pathological changes of the retina, the expression levels of key proteins, receptors, and other factors, the efficacy of Sophora flavescens on DR rats was further investigated, and the drug effect substances were confirmed; the retinal tissue was used as the object to find the control mechanism of metabolic homeostasis in the environment of DR from the level of metabolomics; in order to investigate the activity of the flavonoids of Sophora flavescens, the human retinal endothelial cells induced by high glucose was used and the roles of nuclear factor transfer, gene transcription, and cytokine expression levels in the signal transduction pathways such as oxidative stress, NF-κB pathway, MAPK kinase, VEGF and PI3K pathway are analyzed, and the mechanism of action and potential targets are analyzed to elucidate that Sophora flavescens regulates the dynamic balance of the retinal environment and plays a role in the prevention and treatment of DR.

前期研究发现苦参黄酮部位具有良好的防治糖尿病视网膜病（DR）药效作用，同时发现其机制并非仅局限于AGEs信号通路，有待深入研究。本项目从构成视网膜内环境的信号通路和代谢网络动态平衡调控入手，探讨苦参防治DR的物质基础及作用机制。从视网膜病理形态学改变、关键蛋白、受体等因子的表达水平进一步考察苦参对DR大鼠药效作用，确认药效部位；以视网膜组织为对象，从代谢组水平找到苦参调控DR内环境中代谢网络动态平衡的作用机制；采用高糖诱导的人视网膜内皮细胞，以DR密切相关的氧化应激水平、NF-κB通路、MAPK激酶、VEGF等血管生成调节因子及下游PI3K通路等细胞信号转导途径为目标，研究苦参黄酮部位多个成分调控关键蛋白活性、核因子转移、基因转录、细胞因子表达水平的作用，分析其作用机制及潜在靶点，从而阐明苦参调控视网膜内环境动态平衡发挥防治DR的作用机制，为中药抗糖尿病及其并发症作用研究提供思路与方法。

本项目基于已有工作基础，结合现代医学最新认识，从构成视网膜内环境的信号通路和代谢网络动态平衡调控入手，探讨苦参防治DR的物质基础及作用机制：药效作用研究结果显示，SFE能降低DR模型大鼠的血糖值，调节肠道菌群紊乱相关的LPS, TUDCA, TMAO的含量，并且可以保护大鼠的视网膜组织结构，改善眼底血管形态，抑制神经细胞凋亡。初步机制研究表明该作用可能与VEGF/PEDF血管新生和mTOR介导的眼部自噬信号通路有关，值得深入研究；灌胃给药后，在房水和视网膜中共检测到13个黄酮成分，可归为二氢黄酮类、异黄酮类、 紫檀类、二氢黄酮醇类和查尔酮类，推测这些成分是SFE治疗DR的主要物质基础；从视网膜组织代谢的角度出发，筛选并鉴定出39个差异代谢物，SFE可显著调节其中的23个，主要涉及氨基酸代谢、半乳糖代谢、视黄醇代谢、甘油磷脂代谢、嘌呤和嘧啶代谢、胆汁酸代谢等，初步阐明SFE抗DR的代谢调节机制；建立高糖缺氧诱导的人视网膜微血管内皮细胞(HRMECs)模型，筛选发现苦参啶、苦参酮、苦参醇N、降苦参酮和异黄腐酚等可抑制高糖缺氧诱导的HRMECs 细胞增殖；以降苦参酮和异黄腐酚为代表的苦参黄酮化合物可显著抑制高糖缺氧条件下人视网膜微血管内皮细胞的增殖、迁移和血管新生，减少HIF-1α的蛋白表达，调节细胞内的血管刺激因子(VEGF)与血管抑制因子(PEDF)的平衡，有效减少高糖缺氧诱导的HRMECs新生血管的产生；同时降苦参酮和异黄腐酚可以改善细胞氧化应激水平，调节细胞自噬发挥对高糖缺氧条件下HRMECs的保护作用，该结果再次验证了氧化应激与细胞自噬在DR中发挥的重要作用，提示自噬可能成为糖尿病患者视网膜病变治疗的新靶点；通路研究显示降苦参酮和异黄腐酚调节细胞自噬发挥抑制血管新生的作用，其机制与激活PI3K/AKT/mTOR信号通路调控细胞自噬有关。项目的完成揭示了苦参可通过多成分、多靶点协同治疗发挥预防或治疗DR的作用，并阐明苦参调控视网膜内环境动态平衡发挥防治DR的作用机制，为中药抗糖尿病及其并发症作用研究提供思路与方法。