黄芪-丹参药对通过代谢-转录协同调控网络改善高血压肾损伤的整合组学机制研究

本研究针对高血压肾损伤(HRD)的治疗机制，通过整合转录组与代谢组学分析，发现黄芪-丹参药对(AS)通过调控亚油酸代谢、胆固醇代谢及牛磺酸代谢等关键通路，显著改善肾功能并降低血压。研究揭示了AS通过Pla2g12a、Angptl4等靶基因与7种代谢物的协同作用机制，为中药治疗HRD提供了新的理论依据。

　　

高血压肾损伤(HRD)作为一种常见的慢性肾脏病(CKD)，长期高血压会引发血流动力学改变和肾动脉内皮损伤，导致小动脉/微动脉病变和管腔狭窄，进而引起缺血性肾实质损害，最终发展为肾小球硬化、肾小管萎缩和间质纤维化。它是终末期肾病(ESRD)的主要风险因素之一。2023年美国流行病学调查显示，CKD患者中高血压肾病的患病率高达21.5%，且呈上升趋势。因此，深入研究治疗机制、明确治疗方向并探索有效治疗策略具有重要意义。

黄芪(Astragalus membranaceus, AM)和丹参(Salvia miltiorrhiza, SM)作为经典药对，以其益气活血功效而闻名，广泛应用于心肾疾病的治疗。黄芪能够通过抑制TGF-β1/Smad信号级联延缓肾小管上皮-间质转化(EMT)进程，从而减轻肾间质纤维化；丹参则通过调节PXR/NF-kB信号通路减轻肾小管上皮细胞坏死、增加肾动脉灌注并减弱肾脏炎症反应。黄芪-丹参组合(AS)能够调节肠-肾轴，修复肠道屏障和菌群结构，改善糖尿病肾病和环孢素A诱导的肾纤维化。研究团队前期研究已证明AS可通过调节血压、保护肾脏结构和改善肾功能来治疗HRD，但其具体作用机制仍需深入探索。

随着基因测序和代谢组学技术的发展，为探索药物作用机制带来了新的视角和方向。本研究整合转录组测序和超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)技术，对比分析自发性高血压大鼠(SHRs)在AS治疗前后肾脏mRNA和代谢物的变化，旨在识别关键靶基因、靶代谢物及相关通路，构建AS改善HRD的协同表达网络，从而在分子层面揭示其作用机制，为临床治疗HRD提供理论依据和新思路。

研究主要采用以下技术方法：1)使用14周龄雄性自发性高血压大鼠(SHRs)建立HRD模型，设正常组(WKY)、模型组、AS干预组和缬沙坦对照组；2)通过无创尾动脉法监测血压，采用ELISA试剂盒检测血清胱抑素C(Cys-C)、血管紧张素II(Ang-II)、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)等生化指标；3)应用RNA测序技术分析肾脏mRNA表达谱，通过UHPLC-MS/MS技术进行非靶向代谢组学分析；4)采用HE、Masson和PAS染色观察肾脏病理变化；5)通过RT-qPCR验证关键靶基因表达。

AS降低SHRs血压并改善肾功能

研究结果显示，AS能显著降低SHRs的收缩压和舒张压。与模型组相比，AS组在给药第2周即出现收缩压下降(p<0.05)，第5-6周收缩压和舒张压均显著降低(p<0.0001)。同时，AS显著降低尿 albumin(ALB)、尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、血清Cys-C、内皮素-1(ET-1)和AngII水平，并提高eNOS和一氧化氮(NO)含量，表明AS对肾小球滤过功能和肾小管功能具有保护作用。

AS减轻肾脏病理损伤

肾脏组织切片显示，模型组大鼠出现肾小球基底膜增厚、肾小管空泡变性、上皮细胞坏死脱落及明显肾间质纤维化。AS干预后，这些病理损伤得到不同程度缓解，表明AS可能通过抗炎、抗氧化和抗纤维化等多种机制保护肾脏免受高血压引起的损伤。

AS调节肾脏代谢相关mRNA表达

mRNA测序分析发现，模型组与正常组比较有1786个差异表达(DE)mRNAs，AS组与模型组比较有596个DE mRNAs。其中192个在模型组中表达紊乱的mRNAs经AS干预后表达逆转。GO和KEGG富集分析表明，AS治疗HRD的靶mRNAs主要富集在26个生物过程(BP)、16个细胞成分(CC)和13个分子功能(MF)，且与代谢过程密切相关。进一步分析发现25条代谢通路，包括牛磺酸和亚牛磺酸代谢、初级胆汁酸生物合成、维生素B6代谢、胆固醇代谢、亚油酸代谢和花生四烯酸代谢等。

AS显著调节SHRs肾脏代谢

代谢组学分析显示，模型组与正常组间存在53种内源性差异代谢物，AS组与模型组间有28种差异代谢物，共鉴定出81种可能与HRD相关的潜在生物标志物。这些代谢物主要富集在8条代谢通路，包括亚油酸代谢、胆固醇代谢、癌症中的胆碱代谢以及酮体的合成与降解等。

肾脏靶mRNAs与靶代谢物共享3条相同通路

整合分析发现，靶mRNAs和靶代谢物在3条通路上存在交集：亚油酸代谢、胆固醇代谢以及牛磺酸和亚牛磺酸代谢。这些通路涉及7种差异代谢物和18个DE mRNAs。7种差异代谢物的ROC曲线下面积(AUC)显示出较高的预测价值。RT-qPCR结果证实，AS干预显著调节了3条通路中关键靶基因的表达：与正常组相比，模型组大鼠肾脏中Pla2g12a、Angptl4和Baat表达下调，Pla2g2a表达上调；AS干预后，Pla2g12a、Angptl4和Baat的相对表达显著增加，Pla2g2a的相对表达显著降低。

讨论与结论

本研究通过多实验方法结合转录组学和代谢组学分析，验证了AS治疗HRD的疗效。AS通过降低血压和改善肾功能相关指标减轻肾脏病理损伤。通过mRNA测序和UPLC-MS/MS分析，确定AS主要影响亚油酸、胆固醇和胆碱代谢等关键代谢通路及相关靶基因。这些通路的调节与改善血管内皮功能、减少血管 stiffness、降低胆固醇沉积和促进血管活性物质释放等生理效应密切相关，从而赋予抗炎、抗氧化和血管保护特性。

研究发现AS通过调节亚油酸代谢通路中的Pla2g12a、Pla2g2a等PLA2超家族基因，影响血管功能，特别是炎症和动脉粥样硬化相关过程。Pla2g12a基因抑制促炎细胞因子表达，减轻炎症引起的血管内皮损伤，调节血管内皮屏障功能减少渗漏，并触发VEGF产生以抑制病理性血管生成，从而保护血管内皮。而Pla2g2a基因主要表达于血管成纤维细胞，促进动脉粥样硬化斑块进展。

在胆固醇代谢方面，AS调节LDLR、APOB和PCSK9等与家族性高胆固醇血症密切相关的基因，以及参与脂质代谢调节、胆固醇代谢、血管通透性和血管生成的关键分泌糖蛋白Angptl4。AS干预后，肾脏胆固醇代谢相关产物水平发生逆转，表明AS可能通过调节胆固醇代谢通路改善HRD。

在牛磺酸和亚牛磺酸代谢方面，牛胆酸作为关键代谢物，是牛磺酸和胆汁酸结合形成的结合胆汁酸。Baat基因在初级胆汁酸合成中至关重要，催化胆汁酸和牛磺酸结合生成结合胆汁酸。上调Baat表达可增强胆汁酸合成，有效缓解肝纤维化。牛磺酸参与多种肾脏生理过程，通过清除活性氧减少氧化应激，增强血管内皮功能，并通过提高内源性eNOS活性实现血管舒张。

此外，AS干预后，(R)-3-羟基丁酸、L-天冬氨酸和L-色氨酸水平升高。(R)-3-羟基丁酸作为β-羟基丁酸的一种，在酮体代谢中起关键作用；L-天冬氨酸通过改变L-精氨酸和NO水平调节血压；L-色氨酸及其代谢物可通过激活芳香烃受体(AHR)信号影响肾纤维化进展。AS对这些代谢物的调节可能通过抗炎、抗氧化和血管内皮保护途径参与HRD的改善。

本研究首次全面系统地阐明了AS治疗的遗传和代谢效应，系统揭示了AS介导HRD治疗的潜在生物标志物及其机制，为HRD治疗提供了新策略和坚实的理论基础。研究结果发表于《Scientific Reports》期刊，为中药现代化研究提供了范本，展示整合组学技术在揭示传统中药作用机制方面的强大潜力。