基于“成分-效应-靶点”的代谢网络技术研究维药药桑抗DM的多靶标活性成分及作用机制

Diabetes mellitus (DM) is a complex metabolic disease which is harmful to human health. The chemical synthesis of a single target is lack of ideal effect on many kinds of metabolic disorders and complications of diabetes mellitus. Our study found that different extracts of mulberry can reduce the fasting blood-glucose and lipid,improve insulin sensitivity of diabetic rats caused by high glucose and lipid with small-dose streptozocin, as well as it also can increase insulin sensitivity index.Combined with the research on the active components of mulberry and the literature, we believe that mulberry has the “multi component antidiabetic activity”. To confirm this scientific problem,the study use traditional Chinese medicine concept of multi-component-effect-target, establish different functional groups of mulberry on the basis of the quality standard of the medicinal materials and extracts, a comprehensive evaluation was made by using multi effect index groups on the basis of the model of diabetic rats according to multi link characteristics of diabetes mellitus;using NMR, LC/MS to screen and tracke target effective active component of mulberry; establish a network model for active component and biomarker of mulberry based on the metabolic network pharmacology platform, Further study on the target and mechanism of antidiabetic action of mulberry and lay a basis for mulberry druggability.

糖尿病（DM）是严重危害人类健康的复杂代谢性疾病，单一靶点的化学合成药品对糖尿病的多种代谢紊乱及并发症缺乏理想效果。我们的研究发现药桑不同提取物可以降低高糖高脂加小剂量链脲菌素所致糖尿病鼠的血糖、血脂,改善胰岛素敏感性。结合本组对药桑活性组分的前期研究证实药桑果实中具有更为丰富的黄酮、多糖、生物碱及氨基酸类成分，结合文献资料，我们认为药桑具备 “多组分协同抗糖尿病活性”。为证实这一科学问题，本研究借鉴中药的多组分- 多效应-多靶点理念，在建立的药材和提取物的质量标准基础上制备药桑不同功能组分，针对发病的多环节特点，在糖尿病鼠模型上采用多药效指标群综合评价和以NMR、LC/MS为主要手段的代谢组学相结合的方法筛选、追踪有效靶标活性组分及活性代谢物；进一步釆用代谢网络药理学平台构建药桑“活性成分-生物标志物-通路” 的网络模型，深入探析药桑的抗糖尿病多作用靶点及机制，奠定药桑的成药性基础。

2型糖尿病作为一类典型的复杂性疾病，涉及多种代谢紊乱，目前治疗糖尿病的药物存在降糖靶点单一，副作用大的缺点。中药由于其多组分、多靶点的协同作用机制而尤其适合复杂疾病的治疗。桑在中医药中一直被用来口服做降脂降糖效用，我区桑资源丰富，但对于其药用价值开发少之又少。因此，课题围绕“药桑多组分-多靶点的抗糖尿病活性靶标” 进行系统的成分-靶点-机理研究。课题首先完成了药桑不同成分提取工艺及质量控制研究，获得了多糖、1-脱氧野尻霉素（DNJ）及黄酮富集纯化的稳定工艺及质量控制方法；通过在线数据库结合网络药理学方法构建药桑多活性组分作用于糖尿病的多靶点网络可视化数学模型，探析药桑活性成分抗糖尿病的多靶点及网络式调控作用机理，发现了桑协同防治糖尿病的主要药理途径包括氮代谢、半乳糖代谢、PI3K-Akt信号通路等。这些生物富集结果极大的帮助课题深入发掘桑椹防治糖尿病的可能药理作用机制；课题建立高糖诱导的HepG2胰岛素抵抗细胞模型，通过测定桑椹不同萃取物以及部分小分子活性物质给药后葡萄糖消耗量，通过系列指标HK、PK、TC、TG综合评价单体物质与萃取部位对胰岛素抵抗细胞模型相关糖脂代谢的调控影响，采用蛋白免疫印迹(Western blotting, WB)方法检测AKT、P-AKT、PI3K、P-PI3K、mtor、P-mtor蛋白表达，进一步验证了桑椹小分子活性物质对糖、脂代谢重要信号通路PI3K-AKT-mTOR中关键蛋白表达的调节作用；采用UPLC-MS/MS进行桑不同药用部位的类黄酮类物质植物代谢组学分析，比较了桑果实、枝、叶的代谢差异物质，结合网络药理学建模及分子对接评价了共有及差异小分子物质抗糖尿病的靶点。研究得到桑的不同入药部位主要有11个差异活性成分，调控MAPK8、AKT1、VEGFA、IL6、PPARG等32个核心靶点。靶点主要通过白介素-17信号通路、肿瘤坏死因子信号通路、PI3K-AKT信号通路和MAPK信号通路来发挥治疗糖尿病的作用；基于分子对接结合靶点构效关联虚拟筛选了药桑中α-葡萄糖苷酶抑制剂，初步建立了结合UPLC的亲和超滤筛选小分子活性成分的方法,通过亲和超滤筛选得到了桑中隐绿原酸、矢车菊素3-O-葡萄糖苷、紫云英苷、木犀草素、白藜芦醇、山奈酚6种有效成分具有较高的α-葡萄糖苷酶结合活性，具备成药性开发的价值。