木薯叶片水甲醇提取物对高血糖诱导肝肾功能不全治疗作用的临床前研究：一项整合体外、体内和计算机模拟研究

《Pharmacological Research - Natural Products》：Preclinical Investigation of the Therapeutic Effects of Hydromethanolic Leaf Extract of Manihot esculenta on Hyperglycemia-Induced Hepatorenal Dysfunction: An Integrated In Vitro, In Vivo, and In Silico Study

　　- HEMEL在体外表现出浓度依赖性的自由基清除和酶抑制活性- HEMEL显著降低链脲佐菌素/高脂-果糖饮食诱导的2型糖尿病大鼠模型的禁食血糖- HEMEL改善早期肝肾功能障碍并减弱炎症和氧化应激标志物- 鉴定了46种生物活性化合物，其中关键黄酮类和酚酸类化合物显示出有利的ADMET特征- 植物化学物质对六个关键糖尿病通路靶标显示出收敛的体外抑制活性和计算机模拟对接亲和力## 引言糖尿病（DM）代表了21世纪全球最紧迫的健康挑战之一，截至2021年影响全球约5.37亿成年人，预计这一数字到2045年将达到7.83亿。2型糖尿病（T2DM）占所有糖尿病病例的90%以上，由胰岛素抵抗和胰腺β细胞功能障碍进行性进展的复杂相互作用引起，而1型糖尿病则源于自身免疫性破坏胰岛素产生细胞。胰腺β细胞自噬失调已被确定为T2DM发展和进展的一个新兴因素。糖尿病的典型特征——长期高血糖——是氧化应激和慢性炎症的催化剂，这些被认为是视网膜病变、肾病、神经病变、心血管疾病和肝病等严重糖尿病并发症的主要介导因素。这些并发症显著增加了全球糖尿病相关发病率和死亡率的负担。在糖尿病并发症中，肾病和肝病代表特别毁灭性的表现，并由多元醇通路机制驱动，该通路通过消耗还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）将过量葡萄糖还原为山梨醇，耗竭谷胱甘肽并促进氧化应激。持续高血糖同时激活NF-κB炎症级联反应并促进晚期糖基化终末产物（AGE）形成，最终导致进行性肾小球和肾小管损伤。糖尿病肾病仍是全球终末期肾病的主要原因，而糖尿病肝病主要表现为非酒精性脂肪肝（NAFLD），影响55-65%的T2DM患者，并经常进展为非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和肝纤维化。目前T2DM管理的治疗方法包括针对餐后血糖升高的酶抑制剂，通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶发挥作用。药物化学研究表明双酶抑制对糖尿病具有治疗价值：二氢恶唑衍生物靶向醛糖还原酶和α-葡萄糖苷酶，L-苯丙氨酸衍生的肟抑制α-葡萄糖苷酶竞争性作用，喹唑啉-4(3H)-酮基化合物抑制两种酶，解决餐后高血糖和糖尿病并发症。然而，传统合成药物如二甲双胍和磺脲类药物存在局限性，包括不良反应（低血糖、体重增加、胃肠道紊乱）和对长期并发症保护不完全。这些缺陷加强了对具有多靶点治疗效应且安全性提高的天然产物研究。木薯（*Manihot esculenta* Crantz，大戟科）是一种广泛种植于非洲、亚洲和南美洲的主要热带作物，因其民族药用应用而受到关注。除了富含碳水化合物的块根外，木薯叶富含蛋白质且富含生物活性植物化学物质，包括黄酮类、酚酸类、萜类和类胡萝卜素，具有强效的抗氧化和抗炎特性。传统应用包括伤口愈合、高血压管理和炎症性疾病治疗。值得注意的是，尼日利亚西南部和菲律宾拉格纳的传统治疗师使用木薯叶煎剂管理糖尿病，为研究其抗糖尿病特性提供了民族植物学基础。先前的研究通过α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制、胰腺β细胞再生和动物模型血糖改善证明了抗糖尿病潜力。Bautista等人表明，200–300 mg/kg的水提粗叶提取物显著降低了弹丸诱导的小鼠血糖，将此效果归因于粗提取物中生物碱、皂苷和黄酮类的协同作用。同样，Aziakpono等人报告500 mg/kg的甲醇叶提取物在弹丸诱导的小鼠中实现了77.91%的禁食血糖降低，组织学证据显示胰腺β细胞恢复。最近，从木薯块根中分离的内生真菌中鉴定出新型抗糖尿病化合物，进一步强调了该植物的治疗潜力。然而，这些研究均未同时考察肝肾功能结果、氧化应激和炎症生物标志物谱、新型肾损伤标志物或通过计算对接揭示生物活性的分子基础，留下了关于该植物多系统保护潜力的关键证据空白。本研究通过三个互补平台研究木薯叶水醇提取物（HEMEL），弥补这些空白：体外评估抗氧化、膜稳定、酶抑制和醛糖还原酶（AR）抑制活性；14天治疗期间STZ/高脂-果糖诱导的糖尿病大鼠早期肝保护的临床前评估；以及针对碳水化合物代谢、胰岛素信号传导和炎症中六个关键靶点的计算机模拟分子对接。与先前使用单一模型或单一平台方法的木薯研究不同，这种整合的多水平调查旨在阐明HEMEL的生物活性并验证其作为糖尿病管理和早期肝保护多靶点方法的治疗潜力。## 章节片段### 植物材料的采集和鉴定2024年12月，从尼日利亚夸拉州伊杜地方政府区Guye Doko村的农场采集新鲜木薯叶（8.80315°N, 5.19752°E），并在伊洛林大学植物生物学系标本室鉴定，标本保存后分配凭证号UILH/001/533/2025。木薯的税务身份已在世界植物在线验证。### HEMEL的体外抗氧化、膜稳定性和抗高血糖效应HEMEL的体外生物活性如图1、图2和图3所示。该提取物在多种检测中表现出浓度依赖性的抗氧化效应。在ABTS检测中，HEMEL的IC??为46.01 ± 1.07 μg/mL，而BHT为22.84 ± 2.20 μg/mL（图1a），DPPH清除显示IC??值为59.31 ± 1.82 μg/mL，而BHT为18.06 ± 1.60 μg/mL（图1b）。值得注意的是，HEMEL（IC?? = 30.68 ± 2.21 μg/mL）和BHT之间的羟自由基清除活性相当。### 讨论本研究证明了HEMEL在改善糖尿病及其相关肝肾并发症方面的多方面治疗潜力。我们的发现表明，HEMEL通过协同的抗高血糖、抗氧化和抗炎机制发挥作用，有效抵消高脂/果糖饮食模型中STZ诱导的代谢失调。HEMEL的体外抗氧化评估揭示了大量的游离自由基清除能力。### 研究局限性14天的治疗期捕捉了早期肝肾变化，但不足以建模已建立的慢性并发症。仅使用雄性动物控制激素混杂因素但限制了普适性。酵母葡萄糖摄取检测对哺乳动物葡萄糖转运的直接相关性有限。由于当地缺乏依帕司他，二甲双胍被用作醛糖还原酶比较剂。未进行酶动力学表征（Lineweaver–Burk）。计算机模拟预测### 结论本研究证明HEMEL通过整合的体外、体内和计算机模拟方法表现出显著的抗高血糖、抗炎和抗氧化特性。HEMEL有效调节碳水化合物代谢酶、醛糖还原酶和炎症通路，降低血清氧化应激，并改善STZ/高脂-果糖诱导的糖尿病大鼠的早期肝肾功能障碍。在125–250 mg/kg时达到最大疗效，而500 mg/kg与### 伦理批准和参与同意本研究获得了伊洛林大学伦理审查委员会（UERC）的伦理批准。研究在部门实验动物保护和使用伦理委员会批准后进行，批准号：UERC/ASN/2024/707，日期2024年12月2日。### 资金支持作者认可Istabaraqim Nigeria Limited（RC 129541）和Jamiu Mosobalaje Oyawoye基金会为I.A. Moronfolu提供的财政支持。资助方未参与研究设计、数据收集和分析、发表决定或手稿准备。### 资金支持作者特别认可Istabaraqim Nigeria Limited（RC 129541）和Jamiu Mosobalaje Oyawoye基金会为I.A. Moronfolu提供的财政支持。资助方未参与研究设计、数据收集和分析、发表决定或手稿准备。### 利益冲突作者声明无已知可能影响本研究结果的竞争利益，无论是企业还是个人。### 致谢作者衷心感谢Istabaraqim Nigeria Limited（RC 129541）和Jamiu Mosobalaje Oyawoye基金会为I.A. Moronfolu提供的部分财政支持。作者感谢尼日利亚伊洛林Fulcrum Innovation Limited的研究人员在生物评估和检测方面给予的支持。我们还感谢伊洛林大学生物化学系学术和非学术人员在整个过程中的支持。Musa Oyewole Salawu | Ibrahim Adeola Moronfolu | Babalola Ola Yusuf