中藥炮制增效！1區TOP: 湖北中醫大揭示姜杜仲中的松柏醛通過調節ALDOA和H3K23la組蛋白乳酸化增強骨關節炎的治療

【寫在前面】：本期推薦的是由湖北中醫藥大學藥學院-湖北省中藥加工工程技術研究中心，湖北時珍實驗室等研究團隊合作近期發表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示姜杜仲中的松柏醛通過調節ALDOA和H3K23la組蛋白乳酸化增強骨關節炎的治療。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

Coniferyl Aldehyde in Ginger-Eucommiae Cortex Enhances Osteoarthritis Treatment by Modulating ALDOA and H3K23la Histone Lactylation

背景與目的

杜仲（EC）是一種傳統的中草藥，已被用于治療骨關節炎（OA）。EC與姜聯合可以增強療效。OA通常與代謝紊亂有關，乳酸積聚有助于其進展。值得注意的是，在用姜加工EC的過程中，松柏醛（CFA）的濃度顯著增加。本研究旨在調查CFA是否通過丙酰化改善OA，并開發一種非侵入性機器學習模型，利用乳酸和其他代謝標志物快速診斷OA。

方法

使用非靶向代謝組學策略和數據庫集成研究了生姜加工前后EC化學成分的差異。使用網絡藥理學篩選活性成分，以檢測CFA對腫瘤壞死因子-α（TNF-α）誘導的C28/I2和原代小鼠軟骨細胞炎癥的影響。使用代謝組學、可解釋的機器學習和RNA測序鑒定了生物標志物和分子機制。細胞內蛋白質印跡和表達相關性分析證實了CFA處理的C28/I2細胞中炎癥與H3組蛋白乳酸化改善之間的相關性。分子對接分析確定了靶點，ALDOA的過表達（oe）和沉默（si）驗證了CFA對乳酰化的抑制作用。使用OA內側半月板（DMM）模型的小鼠失穩來評估CFA的體內療效。

結果

CFA是G-EC的主要成分，在體外和體內都表現出顯著的抗炎作用。通過分析Metabolomics Workbench數據庫中的44份OA尿液樣本，開發了一種利用機器學習的非侵入性診斷模型。該模型結合SHapley Additive exPlanations和隨機森林算法，將乳酸確定為OA的重要潛在診斷代謝產物。C28/I2細胞的代謝組學分析表明，CFA影響糖酵解途徑。

結論

本研究確定了姜汁對EC協同作用的基礎，并支持了G-EC加工的科學依據。在這項研究中，CFA通過影響糖酵解和調節H3組蛋白H3K23la位點的乳酸化來改善OA，突顯了CFA在其抗OA作用中的關鍵作用。開發了一種非侵入性OA診斷模型，該模型有助于快速預測患者的OA風險，可解釋的機器學習方法使關鍵代謝標志物的分析成為可能。

圖文摘要

【前言】

杜仲（EC）是一種傳統的中草藥，以其多種藥理活性和廣泛用于治療各種疾病而聞名。EC通過多種機制對骨關節炎（OA）表現出顯著療效，如抗炎、抗氧化、軟骨保護、免疫調節和代謝改善作用。在中國，EC可以單獨使用，加工成木炭，或與鹽和生姜混合使用。據介紹，EC具有補腎作用。EC在與姜汁或鹽水一起加工時會被烘烤，以增強其藥用特性。嚴西亭等的《得配本本草》詳細介紹了EC制劑的各種應用。去皮治療腹瀉和痢疾，烤去寒濕，酒烤滋補肝腎，蜂蜜烤補腰腎，鹽水烤止痛，生姜加工補腰腎。姜汁具有溫性和刺激性，有助于驅寒，調和胃部，緩解惡心。當與EC結合時，姜汁可以緩解下背痛和與寒濕相關的婦科疾病。因此，生姜加工的杜仲皮（G-EC）具有顯著的藥用價值和潛力，表明與炒制的（F-EC）相比，它在治療相關疾病方面可能具有更大的臨床應用效益。

炮制加工EC會顯著改變其化學成分，從而提高其活性成分的穩定性和生物利用度。通過整合UPLC-HRMS（超高效液相色譜結合高分辨率質譜）分析和相關數據庫中的信息，可以采用整體和動態的方法對中藥進行非靶向代謝組學分析。該方法可用于選擇藥用植物品種、篩選優質中藥標志物、中藥制劑的二次開發、比較加工技術，以及研究干預前后中藥的療效和藥理學基礎。因此，利用代謝組學策略有助于深入探索姜汁加工增強EC的物質基礎。通過對加工前后EC化學成分變化的綜合分析，闡明了姜汁與EC化學成分之間的相互作用，表明用姜汁加工可以提高EC的功效，改善加工性能。研究結果表明，用姜汁加工可以提高EC對抗OA的療效。

松柏醛（CFA）是EC中含有的一種天然小分子化合物，其化學成分在EC加工后會發生顯著變化。CFA表現出一系列生物活性；然而，沒有明確的科學證據將CFA與丙酰化修飾直接聯系起來。CFA主要通過抗炎和抗氧化作用等機制發揮其生物學作用。CFA還抑制某些炎癥介質的產生，并阻斷特定的信號通路以緩解炎癥反應。它可能通過調節細胞內代謝途徑間接影響乳酸修飾水平，包括乳酸的產生調節和利用。然而，目前缺乏關于CFA是否以及如何影響這一過程的直接研究證據。

本研究主要探討了G-EC對OA的治療作用，重點研究了CFA成分。經過凝膠處理后，CFA的濃度顯著增加。利用非靶向代謝組學分析、網絡藥理學、細胞實驗和小鼠模型證明，CFA通過調節糖酵解途徑、減少乳酸積累，從而抑制組蛋白的乳酰化，特別是在H3K23位點，來改善OA。可解釋的機器學習用于分析與OA相關的生物標志物，并促進快速診斷。研究結果表明，姜加工增強了EC的療效。CFA在體外和體內都顯示出顯著的抗炎作用，CFA被證明是增強EC療效的關鍵成分。此外，基于機器學習的生物標志物分析有助于更深入地了解OA的發病機制，機器學習用于快速OA診斷顯示出相當大的臨床應用潛力。

【結果部分】

1.不同炮制方法F-EC與G-EC對骨關節炎改善效果及化學成分差異的影響。

2.F-EC與G-EC中差異化合物的分析及其與OA疾病相關蛋白的關聯性研究。

3.CFA對C28/I2細胞及小鼠軟骨細胞活力的影響及其對 TNF - α 誘導的體外骨關節炎模型的作用。

4.CFA調控C28/I2細胞中差異表達基因及通路富集分析。

5.體外實驗中CFA治療 TNF-α 誘導性骨關節炎所涉及的糖酵解代謝途徑。

6.骨關節炎患者尿液樣本的代謝譜分析與診斷模型構建。

7.CFA調控關鍵因素：糖酵解途徑中的 ALDOA 及H3K23la組蛋白乳酸修飾的調控可改善骨關節炎。

8.CFA在體內骨關節炎模型中減輕組蛋白乳酸化修飾及關節炎癥。

9.實驗的整體機制示意圖。

【結論與討論】

本研究揭示了姜與杜仲G-EC協同作用的基礎，并支持了G-EC加工的科學依據。該研究表明，CFA通過影響糖酵解和調節H3組蛋白H3K23la位點的乳酸化來改善OA，這突顯了CFA在抗OA作用中的關鍵作用。開發了一種非侵入性OA診斷模型，該模型有助于快速預測患者的OA風險，并能夠分析關鍵代謝標志物。

注：本文原創表明為原創編譯，非聲張版權，侵刪！

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