Rhus verniciflua Stokes对高脂饮食引起的肥胖的改善作用，以及基于机器学习和深度学习的网络药理学的高级分析

《Life Sciences》：Ameliorative effect of Rhus verniciflua Stokes on high-fat diet-induced obesity and advanced analysis with machine learning and deep learning-based network pharmacology

RVS提取物通过恢复肝内NAD+平衡及激活AMPK-SIRT1-PGC1α轴抑制高脂饮食诱导的肥胖和代谢性脂肪肝，其机制涉及脂质合成调节和抗氧化作用，AI筛选显示槲皮素、水飞蓟素和熊果酸葡萄糖苷为关键活性成分。

　　

李尚燮（Sang Seop Lee）| 李尚勋（Sang Hoon Lee）| 金素妍（So Yeon Kim）| 娜大成（Dae Seung Na）| 金镇范（Jin Beom Kim）| 娜春秀（Chun Soo Na）| 尤允俊（Yung Choon Yoo）

韩国大田市康养大学医学院微生物学系，邮编32992

摘要

目的

肥胖和代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）源于氧化还原和能量稳态的紊乱，但目前的治疗方法仍然有限。我们利用体内实验和基于人工智能（AI）的方法评估了Rhus verniciflua Stokes（RVS）提取物的抗肥胖效果及其作用机制。

材料与方法

雄性ICR小鼠被喂食高脂饮食（HFD）7周，同时给予不同剂量的RVS（100、200或400 mg/kg）或辛伐他汀（10 mg/kg）。监测体重、血清/肝脏脂质、脂肪因子、炎症细胞因子、NAD(P)(H)氧化还原状态以及脂质代谢相关基因的表达。通过多层AI/机器学习流程（包括分子对接、分子动力学、基于深度学习的药物-靶点相互作用建模和强化学习），对24种经核磁共振（NMR）验证的RVS成分进行了生物活性筛选。

主要发现

200 mg/kg剂量的RVS可抑制HFD引起的体重增加约18%，降低血清低密度脂蛋白（LDL）约50%，减少肝脏甘油三酯约35%，并使NAS评分下降约65%（与HFD组相比，p < 0.01），其效果与辛伐他汀相当。RVS恢复了肝脏中的NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH平衡，重新激活了AMPK-SIRT1-PGC1α通路，并抑制了肝脏和骨骼肌中的脂肪生成调节因子（如Srebf1、Fasn、C/EBPα）。AI分析确定了三种具有较高生物活性的化合物：菲塞汀（fisetin）、布汀（butein）和熊果酸葡萄糖苷（ursolic acid glucoside），这些化合物具有协同激活AMPK-SIRT1通路和抑制ACC/FAS介导的脂肪生成的活性。转录组分析显示，RVS调节的基因表达模式与人类肥胖/MASLD的基因表达模式存在一致性。

意义

这些结果表明，RVS通过调节氧化还原和代谢途径改善了HFD引起的肥胖和MASLD，其治疗效果可能源于母体化合物、其二相代谢产物以及肠道微生物代谢产物的协同作用。

引言

肥胖是全球主要的健康问题，与2型糖尿病、心血管疾病和MASLD密切相关[1]、[2]、[3]。尽管已有多种治疗MASLD的药物，但其效果往往受到耐受性、成本以及未能完全逆转肥胖和肝脏脂肪变性的限制。因此，亟需安全、经济且具有多靶点作用的药物来改善全身和肝脏的代谢[4]、[5]、[6]。

Rhus verniciflua Stokes（RVS）这种漆树在东亚地区已有数百年的食用和药用历史，富含黄酮类和酚类化合物（如菲塞汀、布汀），这些化合物具有抗氧化、抗肿瘤和抗炎作用[7]、[8]、[9]。尽管先前研究表明RVS对代谢综合征可能有益，但其抗肥胖效果及其相关机制仍不甚明了，尤其是在调节脂肪组织-肝脏-肌肉相互作用方面的作用尚不明确[10]。最近关于细胞氧化还原稳态（特别是NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH水平）的研究表明，这种化合物通过影响线粒体功能、AMPK-SIRT1通路激活和脂质稳态发挥关键作用[11]、[12]、[13]。这些辅因子的失衡会导致脂肪细胞肥大、脂肪因子失衡以及通过SREBP-1c和ACC介导的肝脏脂肪生成，从而加速肥胖-MASLD的发展。现有的标准药物（如辛伐他汀）虽能有效改善血脂异常，但在治疗肝脏脂肪变性方面效果有限，因为它们不能直接作用于氧化还原/线粒体途径。这为开发能够重新编程脂质代谢和恢复氧化还原平衡的新药创造了空间[14]、[15]、[16]。

在本研究中，我们利用体内和体外模型评估了RVS提取物的抗肥胖效果，并在氧化还原驱动的机制框架下阐明了其生物学功能。通过使用7周高脂饮食（HFD）的ICR小鼠模型（该品系比C57BL/6J等近交系更具代谢反应的个体差异性，适用于短期多组口服给药设计[18]），我们比较了RVS与阳性对照辛伐他汀在体重相关表型和肝脏指标上的效果，重点关注AMPK-SIRT1-PGC1α通路的激活、SREBP-1c/ACC的抑制以及NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH平衡的恢复[19]。传统的网络药理学方法有助于从数据库中映射化合物-靶点关联，但受静态的预编译交互数据、二元靶点注释的限制，且化合物身份通常基于数据库匹配而非实验验证；因此可能无法完全反映结合强度、依赖环境的多靶点协同作用或组织特异性的药理作用[20]。为克服这些限制，我们首先通过NMR光谱对24种RVS成分进行了结构鉴定（达到Metabolomics Standards Initiative（MSI）1级信心水平），确保所有后续计算基于实验验证的化学身份。本研究的一个创新点是整合了多层AI辅助的计算机辅助流程，包括分子对接/动力学、基于深度学习的药物-靶点相互作用建模和强化学习驱动的协同作用优化，以识别生物活性成分并预测其作用途径[20]、[21]。通过将表型数据与分子信号传导和计算优先级分析相结合，本研究展示了如何利用AI辅助的天然产物研究来应对肥胖相关的肝脏并发症。

RVS提取物的制备

RVS提取物按照先前描述的方法[21]由Lifetree Biotech Co., Ltd.（韩国水原市）提供。具体步骤如下：从韩国江原道Wonju地区采集的小块RVS样品用沸水（1:10，w/v）在90–100°C下提取4小时，然后将提取物浓缩至15%的固含量。基于起始材料的干重计算，RVS热水提取物的提取率为约11.8%（w/w）。

RVS提取物可抑制HFD诱导的小鼠体重增加

为了评估RVS提取物的抗肥胖效果，我们对HFD喂养的ICR小鼠的体重进行了7周的监测。如图1A所示，HFD对照组体重持续增加，而所有RVS处理组（尤其是中等剂量组RVS-M，200 mg/kg）的体重增加显著减弱。这种效果从第2周开始变得显著（p < 0.05），从第4周起高度显著（p < 0.001）。RVS-M组的抗肥胖效果与辛伐他汀相当。

RVS通过调节NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH平衡改善肥胖和脂肪性肝炎

我们发现，RVS提取物通过恢复细胞内的NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH平衡来改善肥胖和MASLD，这是肝脏、脂肪组织和炎症途径中代谢流的核心调节因子[50]。我们之前的研究表明，RVS主要通过LXRα-CYP7A1通路增强胆汁酸合成，从而改善高脂血症，这为其在肝脏中的作用提供了重要的机制基础。

结论

本研究证明，RVS提取物通过协调调节全身能量代谢和氧化还原稳态来减轻饮食引起的肥胖和肝脏脂肪变性。标准化RVS提取物的体内给药显著降低了HFD喂养小鼠的体重增加、脂肪细胞肥大、血清脂质水平和肝脏脂质积累。这些表型改善伴随着NAD⁺/NADH和NADP⁺/NADPH平衡的恢复。

缩写说明

ACC
乙酰辅酶A羧化酶
ACACA
乙酰辅酶A羧化酶α（基因）
ADME
吸收、分布、代谢和排泄
AMPK
AMP激活的蛋白激酶
ApoA1
载脂蛋白A1
ApoB
载脂蛋白B
ATC
解剖治疗化学（分类）
AUC
曲线下面积
BBB
血脑屏障
BUN
血尿素氮
C/EBPα
CCAAT/增强子结合蛋白-α
CMC-Na羧甲基纤维素钠
CPT1a/CPT1b肉碱棕榈酰转移酶-1A / -1B
CRE肌酐
DEGs
差异表达基因
DESeq2

本文研究的化学化合物

菲塞汀（PubChem CID: 5281614）；布汀（PubChem CID: 5281222）；菲斯汀（Fustin）（PubChem CID: 159929）；槲皮素（Quercetin）（PubChem CID: 5280343）；塔克西福林（Taxifolin）（PubChem CID: 439533）；布汀（Butein）（PubChem CID: 92775）；熊果酸（Ursolic acid）（PubChem CID: 64945）；辛伐他汀（Simvastatin）（PubChem CID: 54454）；间苯二酚（Resorcinol）（PubChem CID: 5054）。

CRediT作者贡献声明

李尚燮（Sang Seop Lee）：撰写初稿、数据可视化、软件开发、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。李尚勋（Sang Hoon Lee）：结果验证、数据分析、审稿与编辑。金素妍（So Yeon Kim）：数据可视化、结果验证。娜大成（Dae Seung Na）：实验实施。金镇范（Jin Beom Kim）：实验实施。娜春秀（Chun Soo Na）：资源获取与资金筹措。尤允俊（Yung Choon Yoo）：撰写、审稿与编辑、结果验证、项目监督、资金筹措、数据管理。

资助

本研究得到了韩国林业服务局（Korea Forestry Promotion Institute）支持的“森林科学技术研发计划”（项目编号RS-2023-KF002544）的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国林业服务局（Korea Forestry Promotion Institute）提供的“森林科学技术研发计划”（项目编号RS-2023-KF002544）的支持。本手稿的语法校对由Paperpal（Cactus Communications）协助完成，英文编辑工作得到了康养大学图书馆的协助。