《Journal of Cellular and Molecular Medicine》：Huangqi Guizhi Wuwu Decoction Ameliorates Cachexia in Lung Cancer Mice Through Regulating Amino Acid Metabolism: Insights From Transcriptomics, Metabolomics and Experimental Validation
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黄芪桂枝五物汤（HGWD）在癌症恶病质中的作用与机制尚不明确。研究人员通过将Lewis肺癌细胞植入小鼠体内构建了体内恶病质模型，并对动物进行HGWD治疗。研究人员使用握力测试和抓绳测试评估肌肉功能，同时检测肌肉合成与氧化应激标志物，并评估肿瘤生长以确定HGWD
黄芪桂枝五物汤（HGWD）在癌症恶病质中的作用与机制尚不明确。研究人员通过将Lewis肺癌细胞植入小鼠体内构建了体内恶病质模型，并对动物进行HGWD治疗。研究人员使用握力测试和抓绳测试评估肌肉功能，同时检测肌肉合成与氧化应激标志物，并评估肿瘤生长以确定HGWD的任何抗肿瘤效应。最后，研究人员进行了转录组学与非靶向代谢组学分析。HGWD增强了恶病质小鼠的肌力并恢复了肌肉质量。HGWD改善了与肌肉合成代谢相关的蛋白水平，并改变了氧化应激相关因子。接受治疗的小鼠表现出适度的肿瘤抑制作用，以及更高的食物和水摄入量。腓肠肌的转录组学分析显示，HGWD处理后氨基酸相关代谢通路显著富集。非靶向代谢组学表明，大多数支链氨基酸在HGWD干预后上调。进一步的验证显示，HGWD提高了恶病质小鼠腓肠肌中腺苷甲硫氨酸脱羧酶1（AMD1）和精胺氧化酶（SMOX）的基因与蛋白表达，同时降低了甘氨酸N-甲基转移酶（GNMT）的基因与蛋白表达。HGWD的抗癌恶病质作用似乎与其促进S-腺苷甲硫氨酸（SAM）向亚精胺转化，从而纠正氨基酸代谢紊乱有关。
研究背景与目的
肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，其中非小细胞肺癌占比超过85%。尽管免疫治疗等策略取得了进展，但超过50%的晚期非小细胞肺癌患者会出现恶病质，这是一种以厌食、进行性体重下降和骨骼肌消耗为主要特征的多因素综合征，会显著降低生活质量、削弱抗肿瘤疗效并缩短生存期。目前尚无有效的药物治疗手段。骨骼肌消耗是肿瘤诱导恶病质最突出的特征之一，而氨基酸代谢在维持肌肉生长和稳态中发挥核心作用。传统中药复方因其多靶点特性，在恶病质的辅助治疗中展现出潜力。黄芪桂枝五物汤是一种经典的中药复方，具有免疫调节、抗炎和微循环调节作用，但其在肿瘤诱导恶病质中的治疗作用和机制尚不清楚。因此，本研究旨在建立肺癌诱导的体内恶病质模型，评估HGWD缓解恶病质的疗效，并通过转录组学和代谢组学探究其分子机制。
研究方法与技术
研究人员采用皮下注射Lewis肺癌细胞的方法，在8周龄雄性C57BL/6小鼠中构建肿瘤恶病质模型。造模一周后，分别给予低剂量和高剂量HGWD灌胃治疗，并以顺铂作为阳性对照药物，连续干预14天。研究运用了握力测试和抓绳测试评估神经肌肉功能；采用HE染色观察骨骼肌纤维横截面积；通过生化试剂盒测定肌肉糖原、乳酸、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和丙二醛水平；利用Western blot检测肌生成相关蛋白MYHC、MYOD1、MYOG和萎缩标志物ATROGIN-1的表达。为探索机制，对腓肠肌样本进行了转录组测序和非靶向代谢组学分析，并使用Western blot验证关键蛋白的表达。
研究结果
3.1 HGWD改善肺癌恶病质
研究发现，与模型组相比，高剂量HGWD显著提高了恶病质小鼠的握力和抓绳时间，增加了去瘤体重、腓肠肌和股四头肌质量、附睾脂肪质量以及骨骼肌纤维横截面积。HGWD还上调了MYHC、MYOD1和MYOG的蛋白表达，下调了ATROGIN-1的表达。此外，HGWD提高了肌肉糖原、SOD和GSH-PX水平，降低了乳酸和MDA水平，并显示出一定的肿瘤抑制作用，同时改善了小鼠的食物和水摄入量。
3.2 HGWD对恶病质小鼠转录组的影响
通过对对照组、模型组和高剂量HGWD组的腓肠肌进行转录组测序，发现差异表达基因显著富集于多条氨基酸代谢通路，包括“氨基酸的生物合成”、“半胱氨酸和蛋氨酸代谢”、“精氨酸和脯氨酸代谢”等。重要的是，HGWD干预显著上调了多个与“运动蛋白”相关的基因，如Myhas、Mylpf和Myl1，这些基因对维持肌肉质量和收缩功能至关重要。
3.3 HGWD对恶病质小鼠非靶向代谢组的影响
非靶向代谢组学分析显示，HGWD显著改变了恶病质小鼠腓肠肌的异常代谢谱。差异代谢物的KEGG富集分析同样指向“氨基酸的生物合成”。具体而言，HGWD上调了大部分支链氨基酸和必需氨基酸的水平，包括S-腺苷甲硫氨酸、L-精氨酸、L-色氨酸、L-鸟氨酸、L-亮氨酸和亚精胺。
3.4 HGWD改善恶病质小鼠的氨基酸代谢
结合转录组和代谢组数据，研究人员聚焦于“精氨酸和脯氨酸代谢”、“氨基酸的生物合成”和“半胱氨酸和蛋氨酸代谢”通路。结果显示，HGWD上调了与恶病质改善相关的基因Amd1、Amd2、Smox和Ckm的表达，同时下调了Gnmt的表达。Western blot验证证实，HGWD处理增加了恶病质小鼠腓肠肌中AMD1和SMOX的蛋白水平，降低了GNMT的蛋白水平。
讨论与结论
本研究表明，HGWD能够有效缓解肺癌荷瘤小鼠的恶病质，表现为增加肌力和肌肉质量，改善肌肉代谢和氧化应激。其机制可能与促进S-腺苷甲硫氨酸向亚精胺的转化，从而纠正氨基酸代谢紊乱有关。具体而言，HGWD通过抑制GNMT、提高SAM/SAH比值，并增强AMD1和SMOX的表达，促进了这一转化过程。这项研究首次阐明了HGWD在肿瘤恶病质中的作用和潜在机制，为其更广泛的临床应用提供了基础。然而，研究也指出，未来需要进一步鉴定HGWD中改善恶病质的主要活性成分及其精确的分子靶点。
