背景DKD是糖尿病最主要的微血管并发症之一,也是导致ESRD的首要原因。其发病机制复杂,涉及遗传因素、环境因素,与炎症、氧化应激、RAAS系统的激活、纤维化均相关。目前以RAAS阻滞剂为基础的综合治疗可以改善DKD患者的病情,却并不能完全阻止DKD进展至ESRD。因此,开发安全有效的新药物以预防或延迟DKD的启动和进展至关重要。DKD症状属于祖国医学“消渴”“水肿”“关格”“虚劳”等范畴,目前比较公认的DKD中医病名当属“消渴肾病”,其病因与先天禀赋不足、后天饮食不节、脏腑亏损、劳欲伤肾相关。病机为脾肾亏虚,气阴两虚,久则夹痰湿、浊毒、瘀血,而致病势加重、病程缠绵。可归纳为:虚、瘀、浊,虚是基本条件,瘀为核心病机,浊乃最终结局。中药虎杖是治疗糖尿病的传统中草药,如唐朝甄权所著《药性论》所云:虎杖能治大热烦躁,止渴,利小便,压一切热毒。虎杖,性味微苦微寒,有清热解毒、利胆退黄、止咳化痰、散瘀止痛的功效,契合DKD“瘀”之核心病机。同时中医理论认为,清热解毒类中药往往具有比较明显的抗炎作用。许多研究均已证实DKD与高血糖和肾缺氧引起的氧化应激和炎症相关,并且在DKD的进展中,炎症途径最为核心,是导致肾小球硬化进展的重要因素,促炎细胞因子和趋化因子(IL-1β和MCP-1)、C反应蛋白(CRP)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平与DKD的发生和进展相关。虎杖苷是虎杖的主要有效成分,是白藜芦醇的糖苷形式,两者药理作用相类似,但虎杖苷具有更强的稳定性和抗氧化作用。同时,虎杖苷还是根皮苷的结构类似物,被推测可能同样具有SGLT抑制作用。因此,虎杖苷可能具有新颖的作用机制,可能有一定的肾脏保护作用,降糖保肾双获益,有望成为防治DKD的潜在药物。目的1.采用网络药理学方法和思路,探讨虎杖多组分协同治疗DKD的信号通路及作用机制。2.从细胞实验和动物实验两方面,研究虎杖苷对于SGLT1/2、GLUT1/4活性的抑制作用,以及对STZ诱导的糖尿病大鼠血糖调节和肾脏损伤的影响。方法1.网络药理学利用中药系统药理学数据库(TCMSP)检索并筛选虎杖活性及优效化学成分及潜在作用靶点,通过多个疾病数据库检索糖尿病肾脏病相关靶点,并通过Cytoscape软件分别构建“虎杖活性成分-糖尿病肾脏病”靶点网络图,采用ClueGO分析工具,GO、KEGG基因富集分析虎杖治疗糖尿病肾脏病的作用靶点的生物进程、作用通路等。2.细胞实验,观察虎杖苷对HEK293细胞和3T3-L1脂肪细胞的干预作用及相关指标的检测采用稳定表达SGLT1或SGLT2的人类胚胎肾HEK293细胞作为载体,以14C-AMG为底物来评价体外抑制SGLTs的活性,使用顶部计数微孔板闪烁计数器计算每个孔的放射活性和相应的IC50值,评价不同浓度的虎杖苷的干预作用。采用3T3-L1脂肪细胞,有或没有胰岛素的情况下,不同浓度虎杖苷对于2-脱氧-D-葡萄糖摄入量的影响,使用液体闪烁计数器测量放射性信号,计算2-DG抑制百分比,评价不同浓度虎杖苷GLUT1/4的抑制活性。3.2型糖尿病肾脏病大鼠模型的建立,虎杖苷对DKD模型大鼠的干预及相关指标检测高糖高脂饲养大鼠8周以诱导胰岛素抵抗,然后单次腹膜内注射STZ(35mg/kg bwt)建立DKD大鼠模型,连续2次空腹血糖(FBG)>16.7mmol/L,24小时尿蛋白>20mg为建模成功标准。将大鼠随机分组至代谢笼,分为4组:正常对照组(Normal Control),DKD模型组(STZ),阳性对照组(根皮苷)和治疗组(虎杖苷)。各组大鼠分别灌服不同剂量的虎杖苷(20-120mg/kg bwt)、根皮苷(120mg/kg bwt)及对照溶剂(0.25%羧甲基纤维素钠溶液),连续6周。定期检测大鼠饲料和水的摄入量,检测各组大鼠干预前后血糖、HbA1c、尿素氮、肌酐、24h尿糖、24h尿蛋白,ELISA法测定血清IL-1β,TNF-α,MCP-1和CRP的水平,并探讨时效与量效关系。取1/2左侧肾组织,组织切片予H&E染色,光学显微镜下观察其病理结构的形态学改变。结果1.网络药理学通过OB、DL筛选及文献检索补充,获得虎杖15种优效活性成分,并预测了290个潜在作用靶点。通过韦恩分析得到37个治疗糖尿病肾脏病的作用靶点,并进一步筛选出17个关键靶点。利用ClueGO富集分析治疗靶点被富集在糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、粘附连接、HIF-1信号通路、胰岛素抵抗、VEGF信号通路等47条显著通路和活性氧代谢过程、小分子代谢过程的正调控、血管系统发育的正调控、活性氧生物合成过程等87个显著生物过程。2.体外细胞实验虎杖苷体外抑制SGLT1、SGLT2活性评估,选取根皮苷作为阳性对照药。研究结果表明,虎杖苷对SGLT1、SGLT2均有明显抑制作用,IC50分别为1968nM和878.5nM,与根皮苷组相比,虎杖苷具有中等程度的SGLT2抑制活性,表明虎杖苷可能是潜在的SGLT1/2双重抑制剂。虎杖苷对GLUT1、GLUT4的表达作用评估,以细胞松弛素B作为对照组。研究结果显示,在存在胰岛素的情况下,1μM虎杖苷仅轻微抑制2-DG的摄取,而10μM、100μM虎杖苷对2-DG摄取分别产生32%、78%的抑制,说明虎杖苷呈剂量依赖性抑制GLUT4的活性;另一方面,在存在胰岛素的情况下,细胞松弛素B对GLUT4的活性抑制显著增加了 96%。但是,如果没有胰岛素,虎杖苷对GLUT1的抑制同样呈剂量依赖性,但是10μM虎杖苷对对2-DG摄取仅产生27%的抑制作用,10μM细胞松弛素B对GLUT1的活性抑制增加到90%。说明虎杖苷可能作为潜在的SGLT1/SGLT2双重抑制剂,对GLUT1和GLUT4具有高选择性。3.在体动物实验本研究时效与量效关系研究显示,虎杖苷显著且剂量依赖性降低糖尿病大鼠的血糖、促进尿液葡萄糖的排泄,虎杖苷在120mg/kg bwt的剂量产生最佳的降血糖作用。长期药理作用研究表明,虎杖苷在整个治疗过程中均显示持续的降血糖作用,可显著降低DKD模型组大鼠的HbA1c。虎杖苷治疗可减轻DKD大鼠尿蛋白、血清肌酐和尿素氮等肾功能指标,改善多尿,多饮和多食等症状。DKD模型组大鼠血清炎症因子IL-1β,TNF-α,MCP-1和CRP水平显著升高,虎杖苷治疗后,可明显降低DKD大鼠上述炎症因子水平。同时,本实验肾脏组织病理学检查结果表明,相对于正常对照组,DKD模型组大鼠的肾小管和肾小球结构明显恶化,伴有大量炎性细胞浸润。但虎杖苷治疗后,肾组织细胞排列规则,肾小球和肾小管结构相对完整,炎性细胞明显减少。结论1.虎杖主要活性成分可调控糖尿病肾脏病发病重要通路中的多个靶点。2.虎杖苷体外对SGLT1/2、GLUT1/4均有明显抑制作用,具有中等程度的SGLT2抑制活性,虎杖苷可能是潜在的SGLT1/2双重抑制剂。3.虎杖苷体内显著且剂量依赖性降低糖尿病大鼠的血糖、促进尿糖排泄,降低HbA1c、尿蛋白、血清肌酐、尿素氮及炎症因子IL-1β,TNF-α,MCP-1和CRP的水平。表明虎杖苷可能是新型的SGLT1/SGLT2双靶点抑制剂,具有一定的肾脏保护作用,其肾保护机制可能通过降糖、抗炎、抗氧化等多种途径。