蛋白组学结合代谢组学揭示中药绞股蓝治疗代谢综合征的生物机制

Gynostemma pentaphylla (GP) is a traditional Chinese herb with significant activity to treat metabolic syndrome. Its application in clinic and development in industry is restricted as the unclear mechanism. It’s noted that the saponins in GP possess the similar structures with bile acids which are the endogenous ligands of FXR, a nuclear receptor regulating lipid and carbohydrate metabolisms. In another word, saponins in GP showed similar structures with FXR ligands, while GP showed similar functions with FXR. In addition, FXR showed multi-targets function on genomes (more than 2000 target genes), which is consistent with the systematic effect of traditional Chinese medicines. However, the multi-targets function of FXR also makes the research much more complex than other proteins. Thus, in the present study, we will introduce two system biology methods including proteomics and metabolomics to detect the change of FXR signaling pathways and functions with and without GP. To confirm the key role of FXR in GP treatment, a FXR knockout mouse model would be used. The big data from system biology studies, the FXR-dependent study using gene knockout model, together with the classic molecular biology methods including western-blot, real-time PCR, gene silence as well as protein overexpress, are expected to revealing the underlying mechanism of GP treatment. The result would promote the research and development of drugs treating metabolic syndrome, and benefit more patients with this disease.

中药绞股蓝具有显著的血脂血糖调控作用，但是机制不明，制约了其临床应用及深度开发。绞股蓝皂苷具有与核受体FXR配体胆汁酸相似的母核结构，而FXR具有脂质及糖代谢调控的显著功能。故从功能水平及配体结构水平，绞股蓝与FXR都高度相关。FXR系统的调控下游网络，在染色体DNA上有结合位点，正好与中药多靶点的系统作用吻合。但是多靶点的作用特征也对传统的生物机制研究提出了挑战。因此，本研究将引入蛋白组学及代谢组学两大系统生物学研究技术，高通量的对FXR介导的绞股蓝治疗代谢综合征的作用机制进行系统研究。同时，本研究还将采用FXR基因敲除动物，更准确的阐明FXR在绞股蓝药效中的关键性作用。此外，蛋白过表达及基因沉默等经典实验手段也将用于机制的验证。通过系统生物学的研究广度，基因敲除动物模型的研究深度，以及经典分子生物学验证的可信度，有望更深入的阐明绞股蓝作用机制，推动代谢综合征治疗药物的研发进展。

本课题完成了药材质量和药效学研究的再现，进行了非靶向脂质组学、肝组织蛋白组学的检测。高脂饮食严重扰乱肝脏脂质组稳态，而绞股蓝总皂苷对脂质组学稳态回调显著。阳性药罗格列酮、辛伐他汀、非诺贝特使得肝脏脂质组稳态向另一方向发展，和三种阳性药长期使用产生肝脏损伤相关，进一步证明了绞股蓝总皂苷除了有效性，还有安全性。有两类脂质值得关注，一类是细胞膜脂质，脂质组学数据发现其发生了与药效相关的变化，证明绞股蓝总皂苷对细胞状态有所影响；另一类是胆汁酸分子，其代谢过程和绞股蓝疗效密切相关，进一步提示核受体FXR的核心作用。蛋白组学研究提示绞股蓝总皂苷主要在脂质代谢和炎症改善上发挥疗效。核受体FXR基因敲除动物模型上绞股蓝降血脂疗效消失。分子对接技术显示绞股蓝皂苷元和核受体FXR及LRH-1间的亲和性远远高于两个核受体的内源性配体。本课题数据还提示，绞股蓝总皂苷改善炎症的过程和免疫细胞相关；影响Cyp26a1及Csrp2的水平，和星状细胞相关；影响趋化因子水平，和肝窦上皮细胞细胞相关。因此，我们根据研究结果提出了中药绞股蓝通过多细胞协同机制改善肝脏脂质代谢的进一步的设想，为本课题的后续研究明确了方向。.通过本课题的开展，目前已经发表论文13篇，其中SCI论文2篇，参加国际、国内会议交流7次，其中境外交流1次，申请专利5项，课题执行期间，培养正高级职称人员2名，副高级职称人员2名，培养研究生7名。成果中部分为阳性药罗格列酮、辛伐他汀、非诺贝特的结果，部分论文为模型动物组产生的结果，部分论文为研究课题涉及的胆汁酸研究的结果，为促进数据共享和方便其他研究者重现实验，我们也整理发表，受到基金资助，属于基金成果，故加以标注。课题另有一篇SCI论文接收，2篇SCI论文审稿中。其余数据正在加紧整理并将陆续发表。所有本课题自主的论文均将在后期标注基金资助。