【中药药理与化学-IF7.051】王军团队联合仝小林院士等揭示葛根芩连汤调节肠道菌群治疗糖尿病作用机制及关键API小檗碱

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写在前面今天推荐的是由中科院微生物所王军研究组与中国中医科学院广安门医院仝小林院士团队联合在线发表于Genomics, Proteomics & Bioinformatics(IF7.07)的一篇文章,揭示葛根芩连汤通过肠道菌群抗糖尿病作用,该作用归因于其关键成分小檗碱。又寻得一个7分以上可接受中药药理和化学的期刊了。      

    

期刊简介

 图片源自Genomics, Proteomics & Bioinformatics官网
 杂志主页链接
(网址https://www.sciencedirect.com/journal/genomics-proteomics-and-bioinformatics)
接收范围及审稿周期

      Genomics, Proteomics & Bioinformatics (GPB中国科学院遗传研究所北京基因组研究所的官方杂志。GPB的目标是传播组学和生物信息学领域的新领域,快速发布高质量的发现,并通过有条不紊的文章促进开放获取和在线出版,从而实现高效出版。

      GPB对生命科学,生物学和生物医学各个领域的论文感兴趣重点是大数据采集,分析和管理欢迎与我们一起发表有关组学和相关生物信息学主题的稿件因此投稿中医药相关研究稿件需要符合以上主题

      首次审稿结论3.3周,审稿周期一般为2~4个月,但年刊量较少。版面费$2200

题目及作者信息

  Antidiabetic Effects of Gegen Qinlian Decoction via the Gut Microbiota Are Attributable to Its Key Ingredient Berberine

中国科学院微生物研究所王军研究员、中国中医科学院广安门医院仝小林院士和赵林华研究员为共同通讯作者。中国科学院微生物研究所徐西占博士、中国中医科学院广安门医院高泽正博士为该论文的共同第一作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目等多项资金的资助。 

摘要部分


葛根芩连汤(GQD)是一种中药(TCM)复方,长期以来一直用于治疗常见的代谢性疾病,包括2型糖尿病。但是,该复方的成分复杂性限制了其广泛的应用。因此,确定GQD的主要活性成分并阐明其作用的机制至关重要(背景与目的)。在这里,我们通过对肠道菌群,短链脂肪酸,促炎细胞因子和回肠转录组学的综合分析,比较了GQD和小檗碱(一种可能的GQD关键活性药物成分)对糖尿病大鼠模型的影响(方法)。结果表明,小檗碱和GQD在降低血糖水平,调节肠道菌群,诱导回肠基因表达以及缓解全身和局部炎症方面具有相似的作用。如预期的那样,小檗碱和GQD处理均显着改变了整体肠道菌群的结构,并丰富了许多产丁酸盐的细菌,包括Faecalibacterium和Roseburia,从而减轻了肠道炎症并降低了葡萄糖。用小檗碱或GQD处理后,大鼠粪便中的短链脂肪酸水平也显著升高。此外,治疗后胰岛中血清促炎细胞因子的浓度和免疫相关基因(包括Nfkb1,Stat1和Ifnrg1)的表达显著降低。本文研究表明,GQD的主要作用可归因于小檗碱,其通过调节肠道菌群所采用的策略将促进中医药在许多疾病中的进一步标准化和广泛应用

(主要看原文表达,有助于我们自行撰写SCI)

前 言

大量研究表明,肠道菌群失调在2型糖尿病的发生发展过程中发挥重要作用,会导致多种有益菌的减少以及有害细菌的异常繁殖。因此,以肠道菌群为靶点,采用生活方式干预(如饮食、运动等)、补充微生态制剂(益生菌、益生元和合生元等)、菌群移植等手段,对肠道菌群进行靶向性调节成为防治2型糖尿病的新策略。 
      中药在调节肠道菌群中也发挥着越来越重要的作用。前期研究发现,中药复方葛根芩连汤可通过调节肠道菌群,富集Faecalibacterium、Gemmiger和Blautia等产丁酸细菌而治疗2型糖尿病。然而,由于中药复方化学组成分复杂(例如,葛根芩连汤由黄连、黄芩和葛根等多种中药材组成,含量较高的活性成分包括小檗碱、黄芩苷和葛根素等),严重限制了其广泛应用,因而确定该复方中的主要活性成分并阐明其作用机制对于葛根芩连汤的临床应用具有重要的指导意义。 

结果部分】(因疏忽结果部分图重复,点文末链接查看)

      本研究以糖尿病GK大鼠为动物模型,综合运用16S rRNA基因扩增子测序、靶向代谢组学、转录组学等多组学技术,发现在改善大鼠代谢水平、调节肠道菌群结构、改变回肠基因表达谱以及缓解系统性和局部炎症等方面,小檗碱和葛根芩连汤发挥极其相似的作用,可作为该复方中的关键活性成分发挥调节肠道菌群、治疗糖尿病的功效。可能的作用机制是,葛根芩连汤和小檗碱可通过富集产丁酸细菌,调控肠道黏膜免疫和糖脂代谢等功能,从而减轻系统性和胰岛局部炎症水平,改善胰岛素抵抗。该研究为探究中药与肠道菌群的相互作用机制提供了很好的研究案例,并增进了对小檗碱这一有望用于治疗2型糖尿病的新药作用机制的理解。

 

 葛根芩连汤和小檗碱调节肠道菌群缓解2型糖尿病的作用机制示意图 

 

1.每组不同药物治疗对大鼠代谢的影响。

2.不同治疗组大鼠肠道菌群整体微生物结构的比较。

3.不同处理后大鼠粪便中SCFA水平的变化。

4.大鼠回肠不同治疗组之间RNA-seq基因表达谱的比较。

5.不同治疗方法对血清促炎细胞因子浓度的影响

6.采用qPCR分析分离的大鼠胰岛β细胞中免疫相关基因的相对表达。

结论与讨论

      该研究有一些局限性。首先,仅比较了假想API(BBR)和GQD在缓解糖尿病方面的作用。不能排除GQD中的其他丰富成分(如黄芩苷和葛根素)也具有协同抗糖尿病作用(可能的未来研究方向。需要更全面的研究来阐明该配方中各个成分的确切作用。此外,尽管GQD和BBR的口服生物利用度极低,但它们也可能直接影响宿主组织而不是调节肠道菌群。通过分析用GQD或BBR治疗的无菌动物,我们应该能够检查药物或肠道菌群影响宿主生理的机制。

      总之,本文已经证实BBR可能在T2DM的治疗中起着中药复方GQD的主要作用。这不排除GQD的其他成分具有相同属性的可能性。为了完全了解此复杂复方中包含的成分的完整范围,将需要一个更复杂且耗时的筛选过程。作为具有调节肠道菌群特性的化合物,BBR在治疗糖尿病,肥胖症以及其他疾病方面具有巨大潜力,并且可以在将来作为更广泛的临床应用的候选药物。本文分析还表明,GQD和BBR可能通过丰富产生丁酸盐的细菌来缓解全身和局部炎症,从而改善糖尿病。最后,我们的研究提供了一种可行的方法,可通过识别和功能研究潜在的关键API,降低其复杂性,避免未知组分的意外副作用以及说明其主要作用机理,对中药复方进行标准化

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