机器学习辅助下的血清代谢组学与网络药理学分析揭示中药复方抗酒精性肝损伤的有效成分

为解决中药复方成分复杂、有效化合物难以鉴定的问题，研究人员开展了以白及五味子颗粒（BWG）抗酒精性肝损伤（ALD）为主题的研究。结果表明 BWG 可通过 PI3K-AKT 信号通路发挥保护作用，该研究为中药复方研究奠定了基础。

　　酒精，在生活中常常扮演着复杂的角色，它是社交场合中的 “常客”，却也是健康的潜在 “杀手”。过度饮酒引发的酒精性肝损伤（ALD），成为了全球公共健康面临的严峻挑战。目前，针对 ALD 的治疗手段十分有限，传统的护肝药物虽有一定效果，但因其作用机制不够明确、潜在药物相互作用等问题，限制了它们的深入应用。与此同时，中药复方凭借其多成分、多靶点的特点，在治疗 ALD 方面展现出独特潜力，然而其成分复杂，有效化合物难以精准鉴定，这犹如一层迷雾，阻碍了中药在 ALD 治疗领域的大步前行。

在这样的背景下，北京中医药大学等研究机构的研究人员挺身而出，决心揭开这层迷雾。他们开展了一项极具意义的研究，旨在通过创新的研究方法，明确中药复方白及五味子颗粒（BWG）抗 ALD 的有效化合物、作用靶点及通路。该研究成果发表在《Chinese Medicine》上，为中药复方治疗 ALD 的研究开辟了新的道路。

研究人员在探索 BWG 抗 ALD 机制的征程中，采用了多种前沿技术方法。血清代谢组学技术，如同精密的探测器，帮助他们全面分析血清中的代谢物变化，筛选出与 ALD 相关的潜在生物标志物。网络药理学则像一张无形的大网，构建 “化合物 - 靶点 - 通路 - 疾病” 网络（CTPDN），从系统层面挖掘 BWG 发挥作用的关键节点和路径。机器学习算法被巧妙运用，预测化合物与靶点的相互作用，为研究指明方向。分子对接、动力学模拟以及蛋白质免疫印迹法（Western blotting）等实验技术，则进一步验证了预测结果，确保研究的准确性和可靠性。

下面让我们一同深入了解研究的具体成果：

1. BWG 主要成分定量分析：研究人员利用 UHPLC-MS/MS 等技术，成功绘制出 BWG 的分子网络，发现其中包含多种化合物。通过一系列含量测定实验，明确了 BWG 中总酚、总黄酮、总糖、总三萜以及 5 种特定化合物的含量，为后续研究提供了重要的物质基础数据。
2. BWG 缓解慢性酒精诱导的肝损伤：研究人员建立了慢性 ALD 小鼠模型，用 BWG 进行干预。通过观察肝脏组织的病理变化（如 H&E 染色结果）、检测血清中谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）等生化指标，发现 BWG 能够显著减轻肝脏损伤程度，调节脂质代谢和抗氧化活性相关指标，如降低肝脏组织中甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和丙二醛（MDA）水平，提高超氧化物歧化酶（SOD）活性，有力证明了 BWG 对 ALD 的保护作用。
3. 血清代谢物谱分析与生物标志物鉴定：借助血清代谢组学分析，研究人员对小鼠血清进行了全面剖析。在正负离子模式下检测到大量代谢物峰，经数据处理和分析，筛选出 148 种差异代谢物。通过随机森林（RF）分析，进一步确定了 7 种潜在生物标志物，并发现这些代谢物主要涉及脂质和类脂分子、有机杂环化合物等类别。同时，富集分析发现 BWG 影响的代谢通路包括维生素 B₆代谢、生物素代谢等，为揭示 BWG 的作用机制提供了重要线索。
4. 从 “化合物 - 靶点 - 通路 - 疾病” 网络中筛选关键化合物和靶点：研究人员精心构建 CTPDN，从多个数据库筛选化合物、靶点、通路和疾病相关节点，并确定了各节点间的相互作用及权重。运用 Floyd-Warshall 算法计算最短路径，筛选出 6 种有效化合物，如 2,3,4,7 - 四甲氧基菲等，同时发现 AKT1 是 BWG 治疗肝病的关键靶点，且 BWG 主要通过化学致癌 - 受体激活、流体剪切应力和动脉粥样硬化等通路发挥作用。
5. BWG 有效化合物通过调节 PI3K-AKT₁信号通路缓解 ALD：研究人员基于机器学习建立了化合物 - 靶点相互作用预测模型，通过对比不同算法训练的模型性能，发现由 Adaboost 训练的 EF 模型表现最佳。利用该模型对 PI3K-AKT 信号通路的关键靶点进行预测，结果显示 BWG 在调节该信号通路方面具有巨大潜力。分子对接和动力学模拟表明，有效化合物与关键靶点主要通过氢键结合，且 AKT1 与 2,3,4,7 - 四甲氧基菲的结合更为稳定。Western blotting 实验进一步验证，BWG 干预后 AKT1、pAKT1 等关键靶点的表达水平发生显著变化，有力支持了 BWG 通过 PI3K-AKT 信号通路发挥作用的结论。

综合上述研究结果，研究人员得出重要结论：他们成功建立的基于网络的机器学习辅助方法，能够高效准确地识别中药复方的有效化合物、作用靶点及通路。研究发现 AKT1 是 BWG 治疗 ALD 的关键靶点，2,3,4,7 - 四甲氧基菲是 BWG 抗 ALD 的标志性化合物，BWG 对 ALD 的保护作用主要通过 PI3K-AKT 信号通路介导。

不过，研究也存在一定的局限性。例如，缺乏一些验证方法，对多糖在 BWG 中的作用探讨不足。尽管如此，该研究仍具有不可忽视的重要意义。它为中药复方治疗 ALD 的临床和基础研究提供了坚实的理论依据和研究思路，让我们对中药复方的作用机制有了更深入的理解，有望推动中药在 ALD 治疗领域的广泛应用，为众多 ALD 患者带来新的希望。