探究torularhodin在缓解糖尿病肾病中的作用机制：通过肠道-肾脏轴的微生物组学和代谢组学方法

《Food Quality and Preference》：Exploring the mechanisms of torularhodin in alleviating diabetic kidney disease: a microbiome and metabolomics approach through the gut-kidney axis

糖尿病肾病小鼠模型中， torularhodin（30 mg/kg/天，口服8周）通过抗氧化、激活Nrf2通路减少肾组织氧化损伤和纤维化，同时调节肠道菌群（增加Muribaculaceae等，减少Lactobacillaceae等），改善代谢紊乱（如甘油3-磷酸、d-果糖6-磷酸升高），通过肠-肾轴缓解肾损伤。摘要分隔符：

　　本研究主要探讨了torularhodin在缓解糖尿病肾病小鼠模型中的关键作用。通过为期8周的口服干预，给予剂量为30毫克/千克/天的torularhodin，显著改善了糖尿病症状并减轻了肾脏组织的损伤。研究结合了网络药理学分析与体内实验，证实了torularhodin能够激活Nrf2信号通路，从而促进多种抗氧化酶的表达，直接降低肾组织中的氧化应激和线粒体损伤。此外，通过代谢组学和肠道菌群分析的综合研究，发现torularhodin增加了某些特定菌群的丰度，如Muribaculaceae、Moraxellaceae和Erysipelotrichaceae，同时减少了Lactobacillaceae和Enterobacteriaceae的丰度。这些菌群的变化伴随着关键代谢物水平的上升，如甘油-3-磷酸和d-果糖-6-磷酸，有助于缓解氨基酸代谢紊乱，恢复能量代谢，并通过肠道-肾脏轴降低氧化应激，从而改善肾功能。研究结果表明，torularhodin对糖尿病肾病的保护作用不仅来源于其直接的抗氧化和线粒体保护效应，还部分来源于对肠道菌群及其代谢产物的调节。这些发现为torularhodin的作用机制提供了新的见解，并为其作为糖尿病肾病的潜在治疗策略奠定了理论基础。

糖尿病肾病（DKD）是一种常见的微血管并发症，影响全球约30%的糖尿病患者，并且是终末期肾病（ESRD）的主要原因之一。DKD的进展主要由慢性高血糖和脂质代谢紊乱驱动，导致肾结构的变化，如肾小球肥大、系膜扩张和肾小管间质纤维化。早期DKD以尿蛋白为特征，而后期阶段则伴随着显著的纤维化和功能下降。关键的病理生理机制包括氧化应激、炎症反应和肠道菌群失调。其中，氧化应激在DKD中起着核心作用。在高血糖条件下，过量的活性氧（ROS）会超出抗氧化防御系统的能力，损害肾小球滤过所需的足细胞、系膜和内皮细胞。高血糖通过多元醇通路、线粒体功能障碍和NOX4的激活导致ROS的产生，而ROS介导的损伤会促进炎症反应、纤维化和细胞凋亡，加剧肾小球硬化和肾功能障碍。此外，高ROS水平还增强了促炎性细胞因子如TNF-α、IL-1β和IL-6的表达，进一步加重肾脏损伤。因此，氧化应激成为控制DKD进展的重要治疗靶点。

近年来的研究表明，肠道菌群失调在DKD的发病机制中起重要作用。糖尿病患者通常表现出微生物多样性降低，促炎性菌群增加，这会引发全身性炎症和代谢紊乱。菌群失调会导致短链脂肪酸（SCFAs）水平下降，肠道通透性增加，内毒素水平升高，这些因素通过肠道-肾脏轴加剧肾脏损伤。此外，改变的肠道菌群还可能促进尿毒症毒素和炎症介质的积累，加重氧化应激和纤维化。动物实验验证了这些效应，将肠道菌群的变化与肾结构损伤如肾小球增厚和间质纤维化联系起来。值得注意的是，使用益生菌或益生元调节肠道菌群可以缓解肾炎症和氧化应激，为DKD提供了潜在的治疗途径。

目前，DKD的治疗包括RAS抑制剂、胰岛素、SGLT2抑制剂和GLP-1受体激动剂，用于控制高血糖、高血压和尿蛋白。然而，尽管有这些治疗方法，终末期肾病的发生率仍然较高，且这些药物可能会引起胃肠道不适、体重增加和电解质失衡等副作用。长期使用还可能破坏肠道菌群，加重DKD病情。由于DKD具有慢性病的特征，长期用药往往是必要的，因此恢复肠道菌群平衡和减少氧化应激成为重要的治疗目标。基于此，越来越多的研究致力于寻找更安全、更有效的DKD治疗方法，这些方法不仅要减少氧化应激，还要避免对肠道菌群的不良影响，从而提供长期的肾功能保护。Torularhodin具有抗氧化特性，并且可能有助于恢复肠道菌群的平衡。

Torularhodin是一种从红曲霉菌（Rhodotorula mucilaginosa）中提取的新颖类胡萝卜素，属于中国传统发酵产品的一部分。与常见的类胡萝卜素如β-胡萝卜素相比，Torularhodin具有更多的共轭双键和多样化的极性基团，从而表现出更强的抗氧化活性。Torularhodin能够有效清除活性氧，降低氧化损伤和炎症反应，并且还显示出抗炎、抗肿瘤和神经保护等作用。值得注意的是，Torularhodin因其良好的安全性而受到广泛关注。多项动物实验表明，Torularhodin没有显著的毒性，确认了其作为食品级化合物的安全性和可靠性，使其特别适用于慢性疾病的长期治疗干预，如DKD。初步研究提示，Torularhodin可能在糖尿病模型中调节葡萄糖代谢，减少氧化应激并改善肾功能。然而，其在DKD中的分子机制尚不清楚。因此，需要进一步研究以明确Torularhodin如何影响DKD相关通路，特别是氧化应激和肠道菌群的调节。

本研究的主要目标是探索Torularhodin通过何种分子机制缓解DKD，重点关注其对氧化应激和肠道菌群调节的影响。基于初步研究和本研究的结果，我们提出了一个科学假设，即Torularhodin可以减轻DKD的发病和进展，如图1所示。主要的分子机制包括：1）Torularhodin能够降低血糖，减轻细胞中的氧化应激，并具有清除活性氧和自由基的能力；2）Torularhodin可能上调Nrf2信号通路，从而提高抗氧化酶及其他抗氧化物质的表达水平；3）Torularhodin在小鼠肠道中增加了Muribaculaceae、Moraxellaceae和Erysipelotrichaceae的丰度，同时减少了Lactobacillaceae和Enterobacteriaceae的丰度，从而改善氨基酸和能量代谢紊乱。这些代谢变化进一步通过肠道-肾脏轴减轻肾组织损伤。

在实验方法部分，Torularhodin（纯度>95%）是从Rhodotorula mucilaginosa菌株Rm4中提取的。达格列净片（产品批号：TF2229）由阿斯利康公司提供。玉米油（CAS：8001-30-7）由上海源叶生物科技有限公司提供。链脲佐菌素（STZ，CAS：18883–66-4）由上海阿拉丁生化科技有限公司提供。用于检测血尿素氮（BUN，Cat. NO：E-BC-K183-M）和肌酐的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒也已准备就绪。这些试剂和仪器的使用确保了实验的准确性和可重复性，为后续的数据分析提供了可靠的基础。

在实验过程中，研究人员对DKD小鼠的生理和生化参数进行了系统评估。与正常对照组（NC组）相比，DKD组小鼠的血糖水平显著升高，而体重显著下降，这种现象在模型成功建立后一直持续到动物实验结束。在接受Torularhodin干预后，DKD + Toru组和DKD + Dapa组小鼠的体重下降趋势得到了缓解，且血糖水平逐渐恢复正常。此外，Torularhodin还有效改善了DKD小鼠的饮食摄入和排泄模式，显著缓解了“多尿、多饮、多食”等症状。这些结果表明，Torularhodin在改善DKD小鼠的代谢状态和生理功能方面具有显著效果。

进一步分析显示，Torularhodin在缓解DKD症状方面具有多方面的机制。首先，其能够显著降低血糖水平，减轻细胞内的氧化应激，并有效清除活性氧和自由基，从而减少氧化损伤和炎症反应。其次，Torularhodin可能通过激活Nrf2信号通路，提高抗氧化酶的表达水平，增强细胞的抗氧化能力。第三，Torularhodin在小鼠肠道中增加了某些有益菌群的丰度，如Muribaculaceae、Moraxellaceae和Erysipelotrichaceae，同时减少了某些有害菌群的丰度，如Lactobacillaceae和Enterobacteriaceae。这些菌群的变化不仅有助于改善氨基酸和能量代谢紊乱，还可能通过肠道-肾脏轴进一步减轻肾组织损伤。此外，Torularhodin还可能通过调节肠道菌群的代谢产物，如甘油-3-磷酸和d-果糖-6-磷酸，改善肾功能，减少氧化应激和炎症反应。

在实验数据的收集和分析过程中，研究人员对多个关键指标进行了监测。包括血糖水平、体重变化、尿蛋白排泄量以及肾功能相关指标如血尿素氮和肌酐。这些指标的变化反映了Torularhodin对DKD小鼠的整体影响。同时，研究还对肠道菌群的组成进行了深入分析，通过16S rRNA测序技术对菌群的丰度和多样性进行了评估。结果表明，Torularhodin显著改变了肠道菌群的结构，增加了某些有益菌群的丰度，同时减少了某些有害菌群的丰度。这种菌群变化与代谢产物水平的改变密切相关，进一步验证了其通过调节肠道菌群及其代谢产物来改善肾功能的机制。

研究还探讨了Torularhodin在调节肠道菌群和代谢产物方面的具体作用。通过代谢组学分析，研究人员发现Torularhodin能够显著增加某些关键代谢物的丰度，如甘油-3-磷酸和d-果糖-6-磷酸。这些代谢物的增加有助于改善氨基酸代谢紊乱，恢复能量代谢，并通过肠道-肾脏轴降低氧化应激水平。此外，研究还对肠道菌群的动态变化进行了分析，发现Torularhodin能够显著改变某些菌群的丰度，从而影响其代谢功能。这种调节作用不仅有助于改善肾功能，还可能对整体代谢健康产生积极影响。

在实验过程中，研究人员还对Torularhodin的药理作用进行了深入探讨。通过体内实验和体外实验的结合，研究发现Torularhodin能够有效降低氧化应激水平，减轻线粒体损伤，并促进抗氧化酶的表达。这些结果表明，Torularhodin在缓解DKD中的保护作用不仅来源于其直接的抗氧化和线粒体保护效应，还部分来源于对肠道菌群及其代谢产物的调节。这种多靶点作用机制为Torularhodin作为糖尿病肾病的潜在治疗策略提供了坚实的理论基础。

此外，研究还探讨了Torularhodin在改善糖尿病模型中的具体作用。通过长期干预实验，研究人员发现Torularhodin能够有效缓解体重下降趋势，并将血糖水平恢复至正常范围。同时，Torularhodin还能够改善饮食摄入和排泄模式，显著减轻“多尿、多饮、多食”等症状。这些结果表明，Torularhodin在改善糖尿病模型的代谢状态和生理功能方面具有显著效果。

在实验设计中，研究人员对Torularhodin的剂量和干预时间进行了优化。通过为期8周的干预，研究人员发现Torularhodin在缓解DKD症状方面具有显著效果。同时，研究还对不同剂量的Torularhodin进行了比较，以确定其最佳治疗效果。这些实验结果为后续的临床研究提供了重要的参考依据。

综上所述，本研究通过系统实验和深入分析，揭示了Torularhodin在缓解糖尿病肾病中的多重作用机制。从生理和生化指标来看，Torularhodin能够有效改善DKD小鼠的代谢状态和生理功能。从分子机制来看，Torularhodin能够激活Nrf2信号通路，提高抗氧化酶的表达水平，减轻氧化应激和线粒体损伤。从肠道菌群和代谢产物的角度来看，Torularhodin能够显著改变肠道菌群的组成，增加某些有益菌群的丰度，同时减少某些有害菌群的丰度，从而改善氨基酸和能量的 metabolic紊乱，并通过肠道-肾脏轴进一步减轻肾组织损伤。这些发现不仅为Torularhodin的作用机制提供了新的见解，还为其作为糖尿病肾病的潜在治疗策略奠定了理论基础。未来的研究可以进一步探索Torularhodin在临床中的应用潜力，以期为糖尿病肾病患者提供更安全、更有效的治疗方案。