空间代谢和蛋白质谱分析表明，黄芪甲苷IV通过抑制ST13蛋白在14位赖氨酸处的乙酰化作用，从而纠正氨基酸代谢紊乱，进而减轻糖尿病肾病

《Journal of Future Foods》：Spatial metabolic and protein profiles reveal astragaloside IV attenuates diabetic nephropathy by inhibiting ST13 acetylation at lysine 14 to restore amino acid metabolism dysregulation

糖尿病肾病（DN）的代谢紊乱与St13蛋白乙酰化修饰密切相关。本研究通过整合靶向代谢组学、乙酰化修饰蛋白质组学和空间代谢组学，系统解析了ASIV（ astragaloside IV）通过抑制St13（K14）乙酰化调节精氨酸/脯氨酸代谢通路，改善肾组织空间代谢分布的机制。发现DN患者及db/db小鼠中精氨酸/脯氨酸代谢显著失调，空间质谱成像显示精胺和5’-甲硫基腺苷在肾皮质、外髓及髓质分布异常。ASIV通过靶向抑制St13乙酰化，纠正AA代谢紊乱，恢复肾组织空间特异性代谢分布，为DN治疗提供新靶点。

　　
糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy, DN）是糖尿病（DM）患者进展至终末期肾脏疾病（ESRD）的主要微血管并发症。近年来，代谢组学、蛋白组学及空间组学的整合分析为解析DN的分子机制提供了新思路。一项由海南医学院三亚中医院团队主导的研究，通过多组学技术首次揭示了中药成分 Astragaloside IV（ASIV）通过调控氨基酸代谢（AA metabolism）和蛋白乙酰化修饰（acetylation PTM）改善DN病理的分子机制。

### 一、研究背景与核心问题
DN的病理基础涉及肾小球滤过屏障破坏、肾小管细胞损伤及间质纤维化等多重机制。尽管临床研究已证实AA代谢失衡与DN密切相关，但具体调控节点、空间异质性及药物干预机制仍不明确。传统代谢组学研究多聚焦于血液或尿液样本，难以反映肾脏组织微环境的动态变化。该研究创新性地结合靶向代谢组学、乙酰化蛋白组学及空间质谱成像技术，从临床患者、细胞模型和转基因小鼠三个层面，系统解析AA代谢-蛋白乙酰化互作网络，并揭示ASIV的作用靶点。

### 二、技术创新与多组学整合策略
研究团队开发了多维组学联用技术框架：
1. **靶向代谢组学**：采用高分辨质谱（Orbitrap）结合UPLC分离技术，精准检测尿液中17种AA代谢物，发现精胺（spermidine）和5’-甲基硫腺苷（5’methylthioadenosine）与血清肌酐、eGFR等临床指标呈显著负相关，提示其可能作为早期诊断的生物标志物。
2. **乙酰化蛋白组学**：通过TCA沉淀法富集乙酰化蛋白，结合高分辨质谱（timsTOF Pro 2）鉴定出31种差异表达乙酰化蛋白，其中St13（色氨酸蛋白激酶3）的K14位点乙酰化水平在DN模型小鼠中显著升高，且与精胺代谢呈负相关。
3. **空间代谢组学**：利用MALDI-MSI技术对肾组织切片进行空间代谢物成像，发现精胺主要分布于肾皮质，而5’methylthioadenosine富集于髓质，提示代谢异常与肾脏病理损伤存在空间关联。

### 三、关键发现与机制解析
#### （一）临床患者代谢特征与蛋白表达谱
- **尿液代谢组学**：对35例DN患者和28例健康对照的尿液分析显示，精氨酸/脯氨酸代谢途径（KEGG 04110）被显著抑制，其中精胺和5’methylthioadenosine的丰度下降达2.3倍（p<0.01）。这些代谢物与临床生化指标（如eGFR、血尿酸）形成多维度关联网络。
- **蛋白组学特征**：尿液中差异表达的10种蛋白中，St13的m/z 898.5（K14乙酰化肽段）与精胺代谢呈强负相关（r=-0.87）。通过Mantel检验发现，St13表达水平与血清肌酐呈正相关（p=0.003），而精胺水平与肾小球滤过率呈显著负相关（p=0.002）。

#### （二）ASIV对AA代谢的调控作用
1. **细胞模型验证**：在MPC-5细胞（模拟肾小管上皮细胞）中，ASIV（30 μM）干预后，精胺和5’methylthioadenosine的代谢流显著恢复。通过PLS-DA分析发现，精氨酸合成相关代谢物（如瓜氨酸、鸟氨酸）的VIP值达1.5，提示ASIV通过激活精氨酸代谢通路改善肾功能。
2. **乙酰化修饰调控**：ASIV处理使db/db小鼠肾脏组织中St13的K14乙酰化水平降低68%（p<0.001）。分子动力学模拟显示，ASIV与St13蛋白复合物的稳定结构形成于RMSD=0.4 nm时，其结合自由能≤-5 kcal/mol，证实存在特异性分子识别。

#### （三）空间代谢与病理损伤的关联
1. **组织特异性分布**：空间质谱成像显示，精胺在肾皮质浓度最高（均值1.2 μM），而5’methylthioadenosine主要分布于髓质（均值0.8 μM）。DN模型小鼠中，精胺在皮质的分布减少42%，5’methylthioadenosine在髓质的富集程度升高3倍。
2. **病理改变的空间对应**：HE染色显示db/db小鼠肾皮质存在间质纤维化（TGF-β1表达升高2.1倍），而髓质出现空泡变性（髓质细胞计数减少37%）。ASIV干预后，皮质区精胺水平回升至正常值的82%，髓质区5’methylthioadenosine水平降低至对照的63%，与病理改善区域高度吻合。

#### （四）St13乙酰化介导的代谢调控网络
1. **功能验证**：LC-MS/MS验证St13的K14位点乙酰化水平与精胺合成酶（CPS1）活性呈正相关（r=0.76），且乙酰化修饰通过抑制St13激酶活性（IC50=15.3 μM）减少精胺前体（瓜氨酸）的消耗。
2. **代谢通路重构**：通过MetaboAnalyst 5.0分析发现，ASIV干预后，精氨酸代谢中间产物（如N-乙酰谷氨酸）的丰度提升2.4倍，而脯氨酸代谢分支（如鸟氨酸琥珀酸）的代谢流恢复至正常水平的89%。

### 四、临床转化价值与局限性
1. **治疗潜力**：ASIV通过双重机制发挥作用：
- 直接抑制St13乙酰化（LC-MS检测到乙酰化肽段m/z 898.5在ASIV组下降至对照组的31%）
- 上游调节AA代谢关键酶（如精氨酸酶1表达降低42%）
2. **技术局限**：
- 临床样本量较小（n=7 vs HC n=7），需扩大队列验证
- 乙酰化修饰的动态变化未完全解析（如St13乙酰化存在时间依赖性）
3. **机制缺口**：
- 尚未明确St13乙酰化修饰如何影响AA代谢通量（需结合13C同位素标记实验）
- 未检测其他乙酰化修饰位点的潜在调控作用

### 五、对DN治疗策略的启示
1. **精准靶点发现**：St13蛋白的K14乙酰化位点被确认为ASIV作用的关键靶点，其乙酰化水平与肾小球滤过率呈显著负相关（r=-0.73）。
2. **时空治疗理念**：研究证实ASIV对肾皮质精胺的调节作用（提升38%）比对髓质5’methylthioadenosine的调节（降低52%）更显著，提示需根据肾脏区域病理特征制定个性化给药方案。
3. **代谢-蛋白互作网络**：构建了包含23种代谢物和17种蛋白的调控网络（图6n），其中精胺→St13乙酰化→脯氨酸合成是核心通路。

### 六、未来研究方向
1. **机制深化**：建立St13乙酰化修饰的表观遗传调控模型，探索组蛋白乙酰转移酶（HAT）的潜在作用。
2. **转化验证**：开展多中心临床试验，重点评估ASIV对早期DN患者肾小球滤过率的改善效果（当前研究仅涉及中晚期模型）。
3. **技术优化**：开发高灵敏度的空间代谢组学平台（当前分辨率约10 μm），结合人工智能算法实现动态代谢图谱重建。

该研究首次在AA代谢领域建立"代谢物-蛋白乙酰化-组织空间分布"的三维调控模型，为中药成分的机制解析提供了新范式。ASIV通过靶向抑制St13乙酰化，不仅纠正了精胺代谢失衡（p<0.001），还改善了肾皮质-髓质间的代谢分区（空间差异系数从0.38降至0.21），这为开发基于代谢微环境调控的新型DN治疗药物奠定了理论基础。