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针对糖尿病肾病（DN）优化控糖控压后仍存残留风险问题，研究人员对 db/db 小鼠肾组织开展多组学研究，发现 Gly-Ser-Thr 代谢紊乱、脂质异常，锁定 GLUL 和 chpt1 关键靶点，揭示非糖驱动机制，为 DN 治疗提供新方向。
糖尿病肾病（DN）作为糖尿病常见的心血管并发症，约影响 20% - 50% 的糖尿病患者，是终末期肾病（ESKD）和慢性肾病（CKD）的主要病因，也是心血管 morbidity 和死亡率的重要独立危险因素。尽管优化血压控制和血糖管理能降低 DN 发病率，但仍存在显著的残留风险，这表明存在独立于糖代谢和血流动力学紊乱的致病因素，亟需深入探索以改善 DN 防治现状。
为解开这一谜题，研究人员开展了针对 DN 发病机制的深入研究，其成果发表在《Computational and Structural Biotechnology Journal》。该研究通过多组学技术系统剖析 DN 的分子 landscape，为理解疾病机制和开发新疗法提供了关键见解。
研究采用的主要关键技术方法包括：以 db/db 小鼠为 DN 模型，采集其肾组织及对照小鼠肾组织；运用超高效液相色谱 - 串联质谱（UHPLC-MS/MS）进行代谢组学和脂质组学分析，通过 TRIzol 试剂提取 RNA 并进行转录组测序；采用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、双向 O2PLS 整合、LINEX2 构建脂质反应网络、随机游走重启算法及基因集富集分析（GSEA）等进行数据整合与机制推断，样本来源于上海模式生物中心的 db/db 小鼠及对照小鼠。
3.1 db/db 小鼠肾脏的组织学损伤
通过苏木精 - 伊红（HE）、过碘酸 - 希夫（PAS）和 Masson 染色对糖尿病小鼠肾脏进行病理评估。对照组小鼠肾结构正常，肾小管排列紧密，肾小球结构完整，毛细血管腔通畅且无病理损伤。而 db/db 小鼠则表现出明显的肾小球病变，包括肾小球体积增大、肾小管肥大、间质炎症细胞浸润，肾小球基底膜弥漫性不规则增厚及肾小管间质纤维化，证实糖尿病导致广泛的肾实质重塑。
3.2 转录组学分析揭示 db/db 小鼠肾脏中代谢和脂质过程异常为主要生物学改变
基于前两个主成分的主成分分析（PCA）得分图显示 db/db 组与对照组存在明显差异。差异基因表达分析鉴定出糖尿病肾脏中 1555 个显著失调的转录本，富集分析显示这些差异基因在多个代谢通路和脂质代谢通路中最为突出，表明代谢和脂质调控通路的广泛失调是 db/db 小鼠肾脏的主要生物学改变。
3.3 db/db 小鼠肾组织中多类脂质的总量或碳链组成发生改变
通过 UHPLC-MS/MS 进行的综合脂质组学分析鉴定出 1213 种脂质。无监督 PCA 显示样本按组别明显聚类分离。脂质类别水平分析发现心磷脂（CL）显著升高，神经酰胺（Cer）、溶血磷脂酰胆碱（LPC）和烷基 - 磷脂酰胆碱（alkyl-PC）明显降低。火山图分析进一步揭示了缩醛磷脂种类的特异性改变，其中含 n-3 多不饱和脂肪酸（PUFAs）的缩醛磷脂减少，含 n-6 PUFAs 的缩醛磷脂增加。
3.4 db/db 小鼠肾脏中甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢显著异常
对 15 个样本的肾脏代谢组学分析鉴定出 433 种代谢物。PCA 和 OPLS-DA 得分图均显示 db/db 组与对照组的显著分离，置换试验证实模型稳健性。通过 OPLS-DA 筛选出差异代谢物，通路富集分析显示甘氨酸 - 丝氨酸 - 苏氨酸（Gly-Ser-Thr）代谢是最显著扰动的通路（P<0.001），表明该代谢通路异常在 db/db 小鼠肾脏中具有重要作用。
3.5 代谢组学和转录组学联合分析探究 Gly-Ser-Thr 代谢异常
对 GSE142025 队列的基因集变异分析（GSVA）显示晚期 DN 患者肾组织中 Gly-Ser-Thr 通路显著下调，GSEA 进一步证实该通路在晚期与早期 DN 患者中最受抑制。通过 O2PLS 整合差异代谢物与转录组数据，构建基因相互作用网络并经 MCODE 识别子网，以 Gly-Ser-Thr 通路相关基因作为种子节点，通过随机游走重启算法鉴定出 10 个对该通路有潜在调控作用的关键基因，揭示了该通路异常的调控机制。
3.6 脂质组学和转录组学联合分析表明异常 chpt1 介导的 PC 合成与伤口愈合受损相关
利用 LINEX2 构建脂质反应网络并提取最密集连接的子网，该子网主要涉及甘油磷脂合成反应。转录组分析显示，介导磷脂酰胆碱（PC）合成的关键酶胆碱磷酸转移酶 1（chpt1）在 db/db 小鼠和晚期 DN 患者肾组织中表达显著下调。以 chpt1 表达为表型标签的 GSEA 显示其与伤口愈合通路呈显著负相关，表明 chpt1 介导的 PC 合成异常与组织再生能力受损相关。
研究结论和讨论部分强调，该多组学研究系统描绘了 DN 发病机制的分子 landscape，发现了先前未被充分认识的代谢扰动和独特的脂质失调模式。揭示了 Gly-Ser-Thr 代谢异常、CL 和缩醛磷脂组成改变、chpt1 介导的 PC 合成异常等关键机制，阐明了非糖疾病驱动因素的作用，提出 GLUL 和 chpt1 等潜在治疗靶点，为 DN 的管理和治疗提供了新的 mechanistic 见解和治疗方向，对改善 DN 患者预后具有重要意义。
