基于多组学研究的熊果苷在代谢功能障碍相关脂肪性肝病中的作用机制

Mechanism of arbutin in metabolic dysfunction-associated fatty liver disease based on multi-omics research.

作者信息Dapeng Yin, Jiacheng Cheng, Huili Cao, Xiaojuan Wang, Junhua He, Yikun Zhu, Jin Li
PMID41879941
发布时间2026-03-25
DOI10.1186/s40643-026-01032-5

实验完整度

包含体内动物模型、体外细胞模型、分子生物学验证(qPCR、Western blot、siRNA敲低)及多组学分析(16S rRNA测序、代谢组学)。

主要模型

高脂饮食诱导的C57BL/6J小鼠MAFLD模型 游离脂肪酸诱导的AML12细胞MAFLD模型 GSE260666转录组数据队列(6例健康对照,5例MAFLD患者)

重点核对

动物分组:Ctrl、HFD、HFD+ARB-L (10 mg/kg/day)、HFD+ARB-H (100 mg/kg/day)、HFD+Pio (5 mg/kg/day),每组6只,干预12周 体外模型:AML12细胞,0.5 mM FFA (OA:PA=2:1)处理,ARB浓度0-125 μM,处理24小时 STAT3敲低:si-STAT3转染AML12细胞,验证敲低效率 分子对接:ARB与STAT3 (PDB ID: 3CWG)结合能-7.1 kcal/mol,氢键残基LYS244, LYS488, HIS454 16S rRNA测序:V3-V4区域,Illumina NovaSeq 6000平台

摘要

背景:肠道菌群调节是治疗代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)的关键策略。熊果苷(ARB)是一种天然氢醌活性成分,具有抗炎、抗氧化作用以及对肠道菌群的调节作用。然而,其对MAFLD的治疗效果及相关机制尚不清楚。目的:本研究探讨ARB在MAFLD治疗中的治疗效果及机制。方法:以高脂饮食(HFD)喂养的小鼠作为MAFLD体内模型,同时给予ARB治疗。通过组织病理学染色评估肝损伤程度。以游离脂肪酸处理的AML12细胞作为体外模型。通过油红O染色和生化检测评估ARB的作用。随后,我们利用生物信息学技术预测ARB的潜在机制和靶点。采用分子生物学技术检测肝脏凋亡相关基因的表达。通过16S rRNA测序分析肠道菌群的改变。采用超高效液相色谱-高分辨质谱分析粪便代谢物水平的变化。结果:ARB治疗有效改善了MAFLD小鼠的肝损伤。其机制与信号转导和转录激活因子3介导的抗凋亡作用有关。同时,ARB有效逆转了MAFLD小鼠的肠道菌群失衡,并改变了肠道微生物和粪便代谢物的组成。结论:ARB在缓解MAFLD病理、发挥抗凋亡作用以及恢复肠道菌群平衡方面显示出潜在效果。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探究熊果苷(ARB)对代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)的治疗效果及潜在机制。
核心机制
ARB通过与STAT3结合并增强其热稳定性,上调STAT3表达,进而上调抗凋亡蛋白BCL2、下调促凋亡蛋白BAX和caspase 3,抑制肝细胞凋亡;同时调节肠道菌群组成和粪便代谢物水平,通过肠-肝轴减轻MAFLD。
主要证据
HFD小鼠模型显示ARB高剂量(100 mg/kg)改善肝脏病理、血脂和胰岛素抵抗;AML12细胞实验证实ARB抑制FFA诱导的脂质蓄积,siRNA敲低STAT3后ARB的抗凋亡和降脂作用减弱;CETSA证实ARB与STAT3直接结合;16S rRNA测序和代谢组学显示ARB逆转菌群失调并改变代谢物谱。
研究意义
该研究揭示了ARB通过STAT3抗凋亡和调节肠道菌群的双重机制缓解MAFLD,为MAFLD的防治提供了新的思路和实验依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立MAFLD动物模型及ARB干预

评估ARB对高脂饮食诱导的MAFLD小鼠的肝脏病理和治疗效果。

6周龄雄性C57BL/6J小鼠适应性喂养1周后随机分为5组(每组6只),包括正常对照、HFD、HFD+ARB低剂量(10 mg/kg/day)、HFD+ARB高剂量(100 mg/kg/day)、HFD+吡格列酮阳性对照(5 mg/kg/day),灌胃给药,持续12周。期间进行IPGTT(第8周)和ITT(第9周),每周记录体重。实验结束后麻醉采血、取肝和粪便样本。

2

建立MAFLD体外细胞模型并评估ARB作用

在细胞水平验证ARB对游离脂肪酸诱导的肝细胞脂质蓄积的抑制作用。

AML12细胞培养于含10% FBS、胰岛素、转铁蛋白、硒、地塞米松和青霉素/链霉素的DMEM/F12培养基。以0.5 mM游离脂肪酸(OA:PA=2:1)处理细胞,同时加入不同浓度的ARB(0-125 μM)处理24小时。油红O染色和CCK-8检测脂质蓄积和细胞活力。

3

生物信息学预测ARB靶点及通路

预测ARB治疗MAFLD的潜在靶点和信号通路。

从GEO数据库获取GSE260666转录组数据,使用limma包进行差异表达分析,GSEA富集分析凋亡通路。通过SwissTargetPrediction、PharmMapper和SuperPred数据库预测ARB靶点,GeneCards获取MAFLD相关基因,取交集获得66个靶点。对交集基因进行GO和KEGG富集分析。

4

分子对接与CETSA验证ARB与STAT3结合

验证ARB是否直接结合STAT3蛋白。

使用CB-DOCK2进行分子对接,以ARB为配体,STAT3(PDB ID: 3CWG)为受体,计算结合能并分析氢键。CETSA实验:AML12细胞分为对照组和100 μM ARB处理组,加热温度梯度42-62°C,通过Western blot检测STAT3热稳定性变化。

5

验证ARB的抗凋亡作用及STAT3依赖性

在体内和体外验证ARB是否通过STAT3调控凋亡相关基因表达。

在小鼠肝脏和AML12细胞中,通过qPCR和Western blot检测凋亡相关基因(BCL2、BAX、caspase 3、STAT3、P-STAT3)的表达。使用si-STAT3敲低AML12细胞中STAT3,观察ARB对脂质蓄积和凋亡蛋白表达的影响。

6

16S rRNA测序分析肠道菌群

分析ARB对MAFLD小鼠肠道菌群组成的影响。

提取小鼠粪便DNA,扩增16S rRNA V3-V4区,Illumina NovaSeq 6000测序。使用QIIME2进行ASV分析,LEfSe鉴定差异菌群。

7

非靶向代谢组学分析粪便代谢物

分析ARB对MAFLD小鼠粪便代谢物谱的影响。

粪便样本经甲醇提取,使用UPLC-HRMS(Q Exactive Plus)分析,通过PCA、PLS-DA识别差异代谢物,并进行KEGG富集分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
熊果苷MedChemExpressHY-N0192
高脂饲料DyetsHF60
三溴乙醇MeilunbioMB2548
血清TC、TG、LDL-C、HDL-C检测试剂盒Elabscience--
ALT和AST检测试剂盒Jiancheng--
FFA检测试剂盒Beyotime Biotechnology--
DMEM/F12培养基----
油酸Kunchuang Biotechnology--
棕榈酸Kunchuang Biotechnology--
油红O染色液Solarbio--
CCK-8试剂盒NCM Biotech--
Lipo8000转染试剂Beyotime Biotechnology--
TRIzol试剂Beyotime Biotechnology--
反转录试剂盒Takara Bio--
RIPA裂解液KeyGENBioTECH--
PVDF膜Thermo Fisher Scientific--
β-actin抗体ABclonal--
BAX抗体Cell Signaling Technology--
BCL2抗体Cell Signaling Technology--
Caspase 3抗体Cell Signaling Technology--
Cleaved caspase 3抗体Zenbioscience--
STAT3抗体Proteintech--
P-STAT3抗体Proteintech--
山羊抗兔IgG-HRPCell Signaling Technology--
ECL系统Beijing Sage Creation Science Co., Ltd.--
OMEGA土壤DNA提取试剂盒Omega Bio-TekD5635-02
Agencourt AMPure XP试剂盒Beckman Coulter, Inc.--
Quant-IT PicoGreen dsDNA检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
NEbNext Ultra文库制备试剂盒New England Biolabs, Inc.--
Illumina NovaSeq 6000测序平台Illumina, Inc.--
ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱Thermo Fisher Scientific--
Q Exactive™ Plus质谱仪Thermo Fisher Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立及给药
小鼠品系(C57BL/6J)、性别(雄性)、年龄(6周)、体重范围(16±2g)、饲养条件(12/12h光暗循环,自由进食)
阅读提示:Materials and methods:Establishment of the MAFLD animal model
动物分组及干预
分组(Ctrl、HFD、HFD+ARB-L、HFD+ARB-H、HFD+Pio)、每组数量(6只)、给药剂量(ARB 10、100 mg/kg/day;Pio 5 mg/kg/day)、给药方式(灌胃)、干预时长(12周)
阅读提示:Materials and methods:Experimental design
细胞模型建立及处理
细胞系(AML12)、培养基成分(DMEM/F12+10%FBS+胰岛素10μg/mL、转铁蛋白5μg/mL、硒5ng/mL、地塞米松40ng/mL、青霉素/链霉素1%)、FFA浓度(0.5mM,OA:PA=2:1)、ARB浓度(0-125μM)、处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and methods:Establishing an in vitro model of MAFLD
STAT3敲低实验
siRNA序列(si-STAT3: 5'-CCUGAGUUGAAUUAUCAGCUU-3')、转染试剂(Lipo8000)、转染时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods:Small interfering RNA (siRNA) construction and transfection
分子对接条件
蛋白质结构(STAT3 PDB ID: 3CWG)、对接软件(CB-DOCK2)、结合能(-7.1 kcal/mol)
阅读提示:Results:STAT3 as a target of ARB