《Drug Design, Development and Therapy》：Integrated Metabolomic and Transcriptomic Analysis Suggests Potential Therapeutic Mechanism of Shengxian Decoction in Hypobaric Hypoxia-Induced Pulmonary Hypertension in SD Rats
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背景：高海拔低氧可诱发不适应的心肺反应，低氧诱导肺动脉高压（hypoxia-induced pulmonary hypertension，HPH）是治疗选择有限的重要临床难题。升陷汤（Shengxian Decoction，SXT）是治疗“气虚下陷”的经典中药
背景：高海拔低氧可诱发不适应的心肺反应，低氧诱导肺动脉高压（hypoxia-induced pulmonary hypertension，HPH）是治疗选择有限的重要临床难题。升陷汤（Shengxian Decoction，SXT）是治疗“气虚下陷”的经典中药方，已有临床获益报道，但其相关分子通路仍理解不全。方法：雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠暴露于模拟高原（5000 m；404 mmHg，10.8% O2）28天，并以SXT三剂量（1.8、3.6、7.2 g/kg/天；每组n=6）处理。研究采用整合血清代谢组学（UHPLC-Q-TOF-MS）与肺转录组学（RNA-seq），结合多元分析、通路富集、加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis，WGCNA）与跨组学关联进行数据整合；随机化、分配隐藏与盲法贯穿实验流程。结果：慢性低氧诱导HPH，表现为平均肺动脉压（mean pulmonary artery pressure，mPAP）升高、右心肥厚指数（right ventricular hypertrophy index，RVHI）与右心重量指数（right ventricular weight index，RVWI）增加及肺血管重塑（管壁厚度百分比WT%与管壁面积百分比WA%升高）；SXT剂量依赖性地改善这些异常，并恢复低氧扰乱的代谢组与转录组特征，高剂量组效应最显著。慢性低氧引起明显代谢与转录重塑，模型动物在主成分分析（principal component analysis，PCA）中与对照明显分离；多数差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）下调，提示全局转录抑制。SXT剂量依赖恢复代谢组与转录组谱，高剂量组最接近对照。丙酮酸（pyruvate）邻近节点可能是SXT相关代谢与转录改变协调的潜在汇聚点。所述关系基于跨组学关联，因果推断需功能验证。结论：结果表明SXT可能通过协调调控代谢通路与基因网络，尤其能量代谢相关网络，部分改善HPH，而非完全解释疾病发病机理。研究为“补气升陷”传统概念提供多组学证据，并鉴定出候选代谢生物标志物。但因样本量较小、缺乏功能验证、生物标志物发现具探索性，结果应谨慎解释，需进一步机制与临床研究确认。
《Drug Design, Development and Therapy》刊发的该项研究以高海拔低氧相关低氧性肺动脉高压（hypoxia-induced pulmonary hypertension，HPH）为对象。现有临床难题在于：HPH发病率高、现行磷酸二酯酶-5抑制剂、内皮素受体拮抗剂和前列环素类似物主要改善血管张力，难以逆转已形成的血管重塑；同时中药升陷汤（Shengxian Decoction，SXT）虽有临床获益，但分子机制未系统阐明。研究人员因此采用多组学策略，在SD大鼠低气压低氧模型中评价SXT疗效，并揭示其潜在系统级机制，结论为SXT可剂量依赖减轻HPH与右心重塑、部分恢复能量代谢和线粒体相关转录网络，为“补气升陷”提供多组学证据。
作者所用主要关键技术方法如下：样本来自青海大学临床医学院实验动物中心的雄性SD大鼠（200–250 g，8–10周），设对照、模型、西地那非阳性对照及SXT低中高剂量共6组，每组6只；以低气压低氧舱模拟5000 m条件每日8小时、持续28天。并行开展血清非靶向代谢组学（UHPLC-Q-TOF-MS）、肺组织RNA测序（RNA-seq），经差异分析、KEGG/GO富集、基因集富集分析（GSEA）、WGCNA、Spearman跨组学关联与Cytoscape网络拓扑分析整合数据；并以PCA、OPLS-DA、PERMANOVA和ROC/交叉验证评估分组分离与生物标志物性能。
验证HPH模型及SXT对血流动力学与右心重塑参数的影响：通过mPAP、RVHI、RVWI及肺组织H&E形态计量证实模型成功；SXT高剂量显著降低mPAP、RVHI、RVWI，并剂量依赖降低WT%与WA%，说明SXT可减轻肺动脉压升高和右心肥厚及血管重塑。
代谢组学数据质量与全局谱：UHPLC-Q-TOF-MS获大量特征，QC稳定；PCA与PERMANOVA显示模型与对照代谢谱显著分离，SXT组呈剂量梯度介于模型与对照间，提示疾病相关代谢改变被部分逆转。
转录组学谱揭示低氧诱导转录抑制：RNA-seq鉴定609个DEGs，下调基因占64%，上调者为HK2、PFKFB3、LDHA、PKM2、VEGFA、PDK1等糖酵解/低氧基因，下调者为NDUFA4、COX7A2、ATP5O、CPT1A、PGC-1α、TFAM等氧化磷酸化、脂肪酸β-氧化与线粒体生物发生基因，证明慢性低氧以转录抑制和糖酵解偏移为主。
协同代谢通路改变：模型血清支链氨基酸（BCAAs）下降，牛磺酸（taurine）、谷胱甘肽（GSH）减少，丙酮酸蓄积、乳酸升高、TCA中间体耗竭；SXT高剂量使丙酮酸、乳酸和TCA中间体接近对照，并部分恢复牛磺酸与GSH，提示其改善线粒体丙酮酸利用并增强抗氧化能力。
通路富集分析：代谢组显著富集氨基酸-tRNA生物合成、糖酵解/糖异生、牛磺酸/次牛磺酸代谢、硫胺素代谢、谷胱甘肽代谢；转录组GSEA显示低氧响应、糖酵解、HIF-1、血管生成上调，氧化磷酸化、脂肪酸代谢、TCA循环、线粒体生物发生下调。八条通路在代谢与转录两层共同富集，构成低氧病理与SXT作用的高置信汇聚点。
多组学网络整合：构建47节点86边关联网络，丙酮酸为最核心代谢枢纽（degree=12），PKM2与LDHA为转录枢纽；α-酮戊二酸与谷氨酸桥接能量与氨基酸模块。体内鲁棒性分析显示移除丙酮酸或LDHA会网络碎裂，说明这些节点在结构上的关键性。
剂量-反应关系与表达模式：剂量反应指数（DRI）显示78%差异代谢物与65% DEGs存在显著剂量依赖；牛磺酸DRI=0.89，SXT中剂量已达高剂量大部分效应，具平台效应。
候选生物标志物识别：牛磺酸单指标AUC 0.94，丙酮酸0.91，谷氨酰胺0.89；三者组合表观AUC 0.98，留一交叉验证AUC 0.91，属探索性标志物；第14天牛磺酸/丙酮酸水平与终末病情严重度相关，可作临床前药效监测假设。
WGCNA识别治疗响应模块：turquoise模块（187基因）与SXT正相关，富集中氧化磷酸化、电子传递链、ATP合成，枢纽为NDUFB5、COX7A2、ATP5O；blue模块（156基因）与疾病负相关，富集细胞周期、DNA复制、血管重塑，枢纽为PCNA、CDK1、CCNB1、MKI67，提示SXT增强线粒体功能并抑制增殖性血管重塑。
机制网络总结：Sankey图整合代谢物-基因-通路，丙酮酸代谢、谷胱甘肽代谢、精氨酸代谢分别为能量、 redox稳态与血管信号汇聚点；SXT呈分布式多节点调节，符合网络药理学框架。
讨论部分总结：研究人员指出，慢性低氧致Warburg样表型与全局转录抑制，SXT通过剂量依赖方式恢复代谢与转录稳态；丙酮酸-PKM2-LDHA仅为跨组学关联所得汇聚点，非已证因果。研究将“补气”对应生物能量恢复、“升陷”对应血管张力/钙与cAMP信号调节、“化瘀”对应抑制PCNA/CDK1等增殖程序，但传统概念转译仍属推论。与既往细胞研究相比，本研究把糖酵解偏移、呼吸链亚基下调、牛磺酸/GSH耗竭扩展到体内系统层面，并显示SXT可回补线粒体基因表达，区别于仅扩血管的现代药物。网络药理学视角下，SXT多靶点中等强度调节可兼顾HPH多因素病理并降低单靶点毒性，丙酮酸枢纽或为联合治疗切入点。生物标志物仅在临床前模型有效，需独立队列与人样验证。
结论部分翻译：这些发现提示，SXT可能通过协调调控代谢通路与基因网络，尤其与能量代谢相关的网络，来部分改善HPH，而非完全解释疾病发病机理。该研究为“补气升陷”传统概念提供多组学证据，并鉴定出供进一步研究的候选代谢生物标志物。然而，由于样本量相对较小、缺乏功能验证实验，以及生物标志物发现具有探索性质，结果应谨慎解释。仍需进一步的机制研究与临床研究来确认这些观察结果。
