《Computational Biology and Chemistry》：A multi-omics computational framework identifies cell-type-specific therapeutic targets and active compounds of
Tripterygium wilfordii Hook.f. against diabetic kidney disease
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一个整合的多组学框架将雷公藤（Tripterygium wilfordii Hook.f.，TWHF）化合物映射至糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）靶点。机器学习优先识别CCR2、MMP7、PLK2和PSMB9作为候选靶点
一个整合的多组学框架将雷公藤（Tripterygium wilfordii Hook.f.，TWHF）化合物映射至糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）靶点。机器学习优先识别CCR2、MMP7、PLK2和PSMB9作为候选靶点。单细胞图谱分析与虚拟敲除（virtual knockout）揭示细胞类型特异性基因程序。分子对接（molecular docking）与扰动数据优先支持一个推测的triptolide–PLK2关联。
糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）是长期糖尿病导致肾脏滤过功能受损的疾病，为糖尿病常见且严重并发症及全球公共卫生问题。约40%糖尿病患者存在DKD风险，DKD是慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）和终末期肾病的主要原因。现有管理包括生活方式干预及二甲双胍、钠–葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂、胰高血糖素样肽-1受体激动剂、肾素–血管紧张素系统抑制剂、他汀和finerenone等药物，但许多患者仍存在CKD进展和心血管并发症高风险，筛查不足、治疗惰性、疾病认知低、费用高和新型治疗可及性有限进一步限制最佳管理。雷公藤（Tripterygium wilfordii Hook.f.，TWHF）长期用于风湿和肾小球疾病，临床研究及荟萃分析提示其可降低DKD蛋白尿并可能改善血清白蛋白，但活性化合物、分子靶点及作用细胞类型仍不明确，且给药和结局异质性突出。研究人员假设TWHF的疗效由特定生物活性化合物（如triptolide）物理结合有限的一组疾病相关分子靶点介导，这些靶点表达于特定肾脏细胞类型，并调控相互关联的炎症、免疫、纤维化和内皮通路。为此，研究人员建立多组学计算框架，整合化合物和疾病基因信息与患者转录组数据，利用单细胞分析优先肾脏基因、刻画免疫微环境，并通过化合物–靶点相互作用的结构评估识别关键TWHF化合物。该研究为TWHF治疗DKD提供细胞类型特异性靶点和候选化合物的优先级，并为后续机制与药理研究提供系统框架。
方法概览：研究人员整合GEO（Gene Expression Omnibus）与CELLxGENE转录组/单核RNA-seq数据、GeneCards DKD基因和TCMSP（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology）TWHF化合物（口服生物利用度>44%）；采用SwissTargetPrediction靶点预测、Cytoscape网络、limma差异表达、LASSO（least absolute shrinkage and selection operator）与SVM-RFE（support vector machine–recursive feature elimination）筛选、CIBERSORT（免疫细胞反卷积工具）免疫浸润、Scanpy（单细胞分析工具）单细胞注释、scTenifoldKnk（虚拟敲除工具）虚拟敲除、AutoDock Vina（分子对接软件）分子对接，并以GSE16760（A549细胞，triptolide 0.05、0.15、0.45 μM处理1、2、4 h）作扰动证据；样本包括GSE30529（10例DKD与12例正常肾小管）、GSE166239肾活检RNA-seq、Nephroseq（Ju CKD TubInt）和GSE131882单核RNA-seq。
研究结果：3.1 雷公藤（TWHF）治疗DKD靶点的网络药理学与功能富集（Network pharmacology and functional enrichment of TWHF therapeutic targets in DKD）。通过SwissTargetPrediction获得43个活性化合物对应的397个潜在靶点，与GeneCards 5,223个DKD相关基因交集后397个靶点均包含于DKD相关基因；用397个靶点和51个TWHF化合物构建化合物–靶点–疾病网络，识别MOL003187、MOL009386、MOL003234三个核心化合物（hub compounds），各连接71个靶点；基因本体（Gene Ontology，GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集显示ERBB/PI3K相关信号、血管紧张素成熟、蛋白脱乙酰化、炎症反应、肾素–血管紧张素系统、2型糖尿病、ErbB信号及醛固酮调节钠重吸收等。
3.2 通过差异表达和机器学习识别四个关键治疗基因。GSE30529中按|log
2FC|>1且校正P<0.05获得差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），与DKD相关基因和TWHF预测靶点交集得20个共享基因；LASSO回归和SVM-RFE交集识别CCR2、MMP7、PLK2和PSMB9，四者在DKD组均显著上调。
3.3 独立队列临床验证关键基因。Nephroseq（Ju CKD TubInt）中四基因在DKD组上调且与肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）显著负相关；GSE166239肾活检RNA-seq中四基因在T2DN组较正常对照显著上调。
3.4 免疫浸润图谱及其与关键基因关联。CIBERSORT显示DKD与对照免疫细胞组成差异，DN组M1/M2巨噬细胞、静息肥大细胞、单核细胞、活化自然杀伤（natural killer，NK）细胞、活化CD4记忆T细胞、γδ T细胞和调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）估计比例较高，对照中静息NK细胞、CD8
+ T细胞、滤泡辅助T细胞和静息树突状细胞较高；四基因与浆细胞、M2巨噬细胞、静息肥大细胞、γδ T细胞和活化记忆CD4
+ T细胞正相关，与活化肥大细胞、静息树突状细胞、M0巨噬细胞、Tregs和活化NK细胞负相关。
3.5 关键基因的细胞类型特异性表达。GSE131882单细胞RNA-seq注释13个细胞簇；整体DKD中MMP7、PLK2和PSMB9明显上调，CCR2亦上调但较弱；MMP7主要在DKD肾Henle环细升支上皮细胞上调，PLK2和PSMB9主要在内皮细胞上调，PLK2在内皮细胞表达较强，CCR2总体表达有限。
3.6 疾病相关细胞类型中的虚拟敲除。内皮细胞虚拟敲除PLK2和PSMB9引起显著转录扰动，富集于内皮形态发生、细胞迁移、细胞增殖和血管发育；Henle环细升支上皮细胞敲除MMP7改变皮质类固醇反应、细胞骨架组织和细胞连接组织相关基因；DKD白细胞群敲除CCR2改变凋亡信号调控、生长因子刺激反应及白细胞和淋巴细胞活化相关基因，主要定位于质膜和细胞周边。
3.7 核心化合物与关键靶点的分子对接。MOL003187对MMP7、PLK2、PSMB9和CCR2结合能分别为?10.73、?10.65、?11.39和?11.10 kcal/mol，为最强；MOL009386与PLK2、CCR2和MMP7稳定结合，与PLK2和CCR2尤其强，与MMP7较弱，未达PSMB9阈值；MOL003234与四靶点结合能为?7.46至?7.75 kcal/mol；triptolide（MOL003187）总体预测亲和力最强。
3.8 Triptolide下调PLK2并部分对抗A549细胞中DKD转录特征。GSE16760分析显示PLK2在triptolide处理下呈浓度和时间依赖性降低，0.45 μM 4 h降幅最大；CCR2无显著变化；MMP7和PSMB9在若干高浓度或长时程条件下升高；排名基因集富集分析显示DKD上调基因负富集、DKD下调基因正富集，提示部分且条件依赖地对抗DKD特征；A549为非肾细胞，该分析提示潜在triptolide–PLK2关系需肾细胞验证。
讨论部分总结：DKD仍为慢性肾衰竭主因并造成全球健康负担，TWHF临床可降低蛋白尿但活性成分、靶点和细胞类型未明；本研究首次整合网络药理学、转录组、机器学习、免疫浸润、单细胞验证和分子对接。富集涉及PI3K/ERBB、肾素–血管紧张素系统（renin–angiotensin system，RAS）和炎症，与既往TWHF调节NF-κB、TGF-β/Smad、氧化应激和PI3K/AKT证据一致；四基因可能协同参与炎症、免疫、纤维化和组织重塑。MMP7与肾纤维化和肾功能下降相关，研究显示其上调且与GFR负相关，虚拟敲除提示上皮损伤和适应重塑；CCR2介导单核/巨噬细胞招募，与GFR负相关，CCL2–CCR2轴已有临床证据；PLK2与细胞应激、氧化应激和血管功能障碍相关，内皮虚拟敲除影响血管发育；PSMB9参与免疫调节和抗原加工，与炎症信号和肾损伤相关。免疫浸润显示巨噬细胞、T细胞和NK细胞变化，四基因与免疫细胞相关，CCR2连接免疫浸润。单细胞显示MMP7上皮、PLK2/PSMB9内皮、CCR2白细胞。对接支持triptolide等多化合物多靶点。GSE16760优先PLK2为triptolide响应候选但非肾细胞。优势是整合框架和细胞类型特异分析；局限是计算为主、算法/参数/数据库、样本量有限、A549非肾、对接未湿实验验证，需人肾样本、肾细胞模型和小鼠DKD验证靶点结合和疗效。
研究结论翻译：研究人员开发并应用新型多组学计算框架，整合网络药理学、转录组分析、机器学习、免疫浸润图谱、单细胞RNA测序和分子对接，系统研究TWHF治疗DKD机制。通过该框架识别四个潜在治疗基因（CCR2、MMP7、PLK2和PSMB9），并证明其与肾功能下降、免疫失调和细胞类型特异性病理过程相关。单细胞分析进一步揭示上皮、内皮和免疫细胞表达模式，虚拟敲除分析提示上皮重塑、内皮功能障碍和白细胞活化相关机制。分子对接识别若干生物活性化合物，尤其Triptolide，对已识别治疗靶点具有有利结合亲和力。独立转录组分析显示triptolide处理A549细胞后PLK2表达呈浓度和时间依赖性降低。由于该分析使用非肾细胞系，应视为假设生成，需在肾细胞和DKD模型中验证。整合分析优先将triptolide和CCR2、MMP7、PLK2、PSMB9用于实验研究，而非证明直接结合或肾脏疗效。未来研究应确认靶点结合并确定triptolide介导PLK2调控是否贡献肾脏保护。尽管本研究主要基于计算分析并需实验验证，其发现为理解TWHF治疗DKD分子机制提供系统框架。综上，汇聚且相互强化的发现支持中心假设：TWHF通过特定生物活性化合物尤其triptolide直接结合一组确定的细胞类型特异性分子靶点，调控相互关联的炎症、免疫、纤维化和内皮通路。总体结果支持TWHF通过多靶点和多通路调节发挥治疗作用的概念，并突出未来机制和药理学研究的潜在基因和化合物。需进一步实验研究确认直接Triptolide–PLK2靶点结合并确定PLK2调控是否贡献Triptolide的肾脏保护作用。
