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中科院1区|IF6.7：基于PCA/OPLS-DA和KEGG通路分析的多组学整合，揭示沙棘-水飞蓟复方改善高脂血症的分子基础

news 2025/6/13 20:59:51

在当下科研领域，多组学技术与天然产物研究的交叉融合正成为炙手可热的趋势。从人工智能赋能精准医疗，到量子计算助力复杂生物模型解析，前沿科技不断重塑着我们对生命科学的认知边界。在此大环境下，天然产物凭借其丰富的生物活性与低毒副作用等特性，愈发受到科研界青睐，探寻其作用机制、挖掘潜在应用价值的研究呈井喷之势。在众多研究手段中，整合多组学数据，全方位剖析天然产物功效的研究思路脱颖而出，为科研人员解锁了新的探索路径。而接下来要介绍的这篇论文，便是在此浪潮下，巧妙运用生物信息方法及其他技术，深度挖掘沙棘-水飞蓟固体饮料降脂奥秘的佳作。

https://doi.org/10.1016/j.phymed.2025.156920

正式介绍

基本信息

论文标题：多组学分析揭示沙棘-水飞蓟固体饮料对高脂血症大鼠的降脂作用

发表期刊：Phytomedicine，中科院医学大类分区1区，IF=6.7000

发表日期：2025年8月1日在线发表

研究背景

高脂血症是心血管疾病的重要危险因素，而天然植物来源的功能食品因安全性高、多靶点作用等优势，成为降脂药物的潜在替代方案。沙棘（Hippophae rhamnoides L.）和水飞蓟（Silybum marianum (L.) Gaertn.）分别具有降脂和保肝活性，但其复方固体饮料的作用机制尚不明确。

研究思路

模型构建：高脂饮食诱导SD大鼠高脂血症模型，设置沙棘-水飞蓟固体饮料低、中、高剂量组及阳性药对照组；多组学分析：采用UPLC-QTOF-MS/MS鉴定固体饮料成分，结合血浆/肝脏代谢组学、脂质组学及肝脏转录组学分析差异分子；机制验证：通过RT-qPCR和Western blot验证脂质代谢相关基因（如Cpt1α、SCD）的表达变化。

研究亮点

首次结合多组学技术：系统解析沙棘-水飞蓟复方的降脂机制，发现其通过调节胆固醇合成、脂肪酸β-氧化及脂质代谢通路发挥作用；成分-功效关联分析：鉴定出89种活性成分（以黄酮类为主），并通过代谢通路富集揭示其协同作用模式；剂量效应关系明确：中剂量（0.15 g/kg/d）即可显著改善血脂指标，效果与阳性药相当。

数据来源和生物信息方法

1、数据来源

大鼠血清、肝脏组织（n=10/组）的代谢物、脂质及转录本数据。

2、生物信息方法

代谢组学/脂质组学：PCA、OPLS-DA分析差异代谢物，MetaboAnalyst进行通路富集；转录组学：DESeq2筛选差异基因（FDR≤0.05，|FC|≥1.5），GO/KEGG功能注释；多组学整合：通过KEGG通路交叉分析，构建“代谢物-基因”调控网络。

主要结果

1、固体饮料成分分析

通过UPLC-QTOF-MS/MS鉴定出89种成分，主要为黄酮类（如槲皮素、芦丁）、酚酸类及脂肪酸，其中黄酮类含量≥1240 mg/g。小结：丰富的黄酮类成分可能是其降脂活性的物质基础。

图1|H-S固体饮料在正离子（A）和负离子（B）模式下的总离子流色谱图

2、降脂与保肝效果（图2-5）

体重与器官指数：中、高剂量组显著降低体重、肝脏指数及脂肪组织重量（图2C-J，图3）；血清与肝脏生化指标：显著降低TC、TG、LDL-C水平，升高HDL-C，同时降低AST、ALT及MDA，升高SOD、GSH-Px（图5）；组织病理：HE和油红O染色显示肝脏脂肪空泡减少，脂肪细胞肥大减轻（图4）。小结：沙棘-水飞蓟固体饮料可有效改善高脂饮食诱导的脂质蓄积和肝损伤。

图2|H-S固体饮料对高脂血症大鼠肥胖特征指标的影响（n=10）

3、代谢组学与脂质组学分析（图6-11）

差异代谢物：血浆和肝脏中鉴定出31种和22种差异代谢物，涉及甘油磷脂代谢、不饱和脂肪酸合成等通路（图7E-F）；脂质变化：肝脏中磷脂（PE、PC）、甘油三酯（TG）、胆固醇酯（CE）水平显著降低，而溶血磷脂（LPC）、神经酰胺（Cer）升高（图10-11）。小结：固体饮料通过调节磷脂代谢和脂肪酸氧化改善脂质紊乱。

图6|血浆（A）和肝脏（B）的PCA得分图；血浆（C）和肝脏（D）的OPLS-DA得分图；血浆（E）和肝脏（F）的置换检验图（n=6）

图7|血浆（A-B）和肝脏（C-D）差异代谢物热图（红色表示高表达，绿色表示低表达）；血浆（E）和肝脏（F）潜在生物标志物的通路富集分析

4、转录组学分析（图12-14）差异基因

高脂模型组与正常组相比有325个差异基因，固体饮料处理后逆转266个，涉及PPAR信号、脂肪酸β-氧化等通路（图12F）；关键基因验证：RT-qPCR和Western blot显示，Cpt1α、PPARα表达上调，SCD、ANGPTL4表达下调（图14B-K）。小结：转录水平上证实固体饮料通过激活脂肪酸氧化、抑制胆固醇合成和脂肪生成发挥作用。