古方新解！四君子汤改良版CDD-2103的多重抗炎机制被科学验证

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性复发性炎症性肠病，现有治疗手段存在疗效局限性和易复发的缺陷。传统中药复方因其多靶点、多途径的作用特点，成为研究热点。CDD-2103是基于四君子汤改良的九味中药复方，前期临床和动物实验已证实其抗结肠炎效果，但其活性成分、作用靶点及机制尚不明确。2024年6月由香港浸会大学中草药药物研发中心、中药学院的卞兆祥、朱林团队发表在《Computers in Biology and Medicine》（最新影响因子/JCR分区：7/Q1）题为“Integrated metabolomics and serum-feces pharmacochemistry-based network pharmacology to reveal the mechanisms of an herbal prescription against ulcerative colitis”的研究通过整合代谢组学、血清-粪便药物化学和网络药理学，结合分子对接与实验验证，系统揭示了CDD-2103通过调节色氨酸代谢、甘油磷脂代谢和亚油酸代谢途径，靶向AHR、PLA2及PTGS2等核心靶点缓解UC的分子机制，为中药复方机制研究提供了多组学整合分析的新范式。

亮点

1. 方法学创新：首次整合血清-粪便药物化学、代谢组学与网络药理学，构建“成分-靶点-代谢通路”多维分析框架。
2. 关键靶点发现：锁定AHR、PLA2和PTGS2为CDD-2103抗UC的核心调控靶点，其中PTGS2（COX-2）的抑制作用通过酶活性实验首次验证。
3. 代谢重编程机制：揭示CDD-2103通过恢复色氨酸代谢宿主-菌群互作失衡、调节磷脂酶A2介导的LPC/PC比值、抑制亚油酸-PGE2炎症轴的三重代谢调控网络。
4. 活性成分解析：明确生物碱（如小檗碱）和姜黄素类成分为关键药效物质，突破传统复方成分复杂的研究瓶颈。

研究方法

1) 动物模型与药效评价

• 模型构建：C57BL6J雄性小鼠通过3周期1.8% DSS饮水诱导慢性结肠炎。
• 分组与给药：分为对照组（CTR）、模型组（DSS）、阳性药柳氮磺吡啶组（SASP）及CDD-2103低、中、高剂量组，连续灌胃49天。
• 评价指标：疾病活动指数（DAI）、结肠长度、组织病理学（H&E染色）、髓过氧化物酶（MPO）活性及炎症因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）检测。

2) 代谢组学分析

• 样本处理：血清和粪便样本经甲醇提取后，采用UPLC-Q-TOF/MS进行非靶向代谢组学检测。
• 数据分析：通过PLS-DA模型筛选差异代谢物，MetaboAnalyst 5.0进行通路富集，靶向定量验证色氨酸、甘油磷脂及亚油酸代谢关键分子。

3) 血清-粪便药物化学

• 成分鉴定：大鼠灌胃CDD-2103后，收集血清（0.25-2 h）和粪便（8-12 h）样本，UPLC-Q-TOF/MS分析暴露成分，结合数据库匹配鉴定23种化合物。

4) 网络药理学与分子对接

• 靶点预测：基于HERB和TTD数据库获取化合物靶点，与UC相关基因（GeneCards）取交集，DAVID进行功能富集。
• 网络构建：Cytoscape构建“草药-成分-靶点-通路”网络，MetScape整合代谢组学与靶点数据。
• 分子对接：CB-Dock验证化合物与AHR、PLA2、PTGS2的结合亲和力，评分阈值≤-7.0 kJ/mol。

5) 实验验证

• Western blot：检测结肠组织COX-2蛋白表达。
• COX-2酶活性抑制实验：体外评价CDD-2103及单体成分（小檗碱、姜黄素等）的抑制活性，计算IC50值。

前言

溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）是炎症性肠病（IBD）的两种主要类型，其特征为肠道炎症、便血及腹泻。目前针对UC的抗炎药物疗效有限，常导致复发，因此研究人员和临床医生日益关注探索替代疗法，如传统中药（TCM）。

CDD-2103是基于经典方剂“四君子汤”（SJZT）改良的中药复方，包含党参、茯苓、白术、甘草、鸡矢藤、白及、姜黄、黄连和酒萸肉等9味中药。它通过补益脾脏、清热利湿，针对脾虚湿盛型UC患者设计。尽管动物和临床试验已证实CDD-2103的抗炎效果，但其活性成分、作用靶点及作用机制仍不明确。

近年来，整合计算模拟与实验研究的方法在TCM机制解析中备受关注。血清药代动力学、网络药理学和代谢组学是研究中药作用机制的前沿技术，但单一方法存在局限性。例如，血清吸收成分被视为直接活性物质，而中药成分可能通过调节肠道菌群间接发挥作用。因此，结合血清与粪便药代动力学可全面识别活性成分，网络药理学可预测成分-靶点相互作用，而代谢组学则能通过病理代谢物变化验证靶点的生物学相关性。这些互补技术为解析TCM机制提供了强大工具。

该研究通过整合代谢组学、血便药代动力学驱动的网络药理学及实验验证，系统阐释CDD-2103的抗UC机制。研究流程包括：1）建立DSS诱导的结肠炎小鼠模型，验证CDD-2103疗效并进行血清和粪便代谢组学分析；2）鉴定CDD-2103的化学成分，预测其靶点；3）通过多组学数据整合筛选核心靶点，结合分子对接、免疫印迹及酶活性实验进一步验证。（图1）该研究旨在为CDD-2103的临床转化提供科学依据，推动基于中药的IBD治疗策略发展。

图1 CDD-2103 缓解UC机制的整合研究流程

结果

CDD-2103 治疗缓解 DSS 诱导的小鼠慢性结肠炎

01

如图 2B-E 所示，DSS 诱导的小鼠体重下降、疾病活动指数（DAI）升高及结肠缩短现象在 CDD-2103 和 SASP（柳氮磺吡啶）治疗后显著改善。组织学分析（图 2F）显示，CDD-2103 和 SASP 均能减轻 DSS 导致的隐窝结构破坏和炎性细胞浸润。此外，CDD-2103 显著降低了结肠组织中髓过氧化物酶（MPO）活性及促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α 和 IL-6）水平，而 SASP 仅对 IL-1β 表现出显著抑制作用（图 2G-J）。

图2 CDD-2103 对 DSS 诱导的慢性结肠炎小鼠的保护作用

(A) DSS 结肠炎诱导及药物干预的实验时间线。(B–C) CDD-2103 抑制体重下降并降低疾病活动指数（DAI）评分。(D–E) CDD-2103 逆转结肠缩短。(F) H&E 染色代表性图像（放大倍数 4×），红色箭头指示上皮损伤，蓝色箭头指示炎症浸润。(G–J) CDD-2103 抑制结肠髓过氧化物酶（MPO）水平及促炎因子 TNF-α、IL-1β 和 IL-6 的表达。a：对照组（CTR）；b：DSS 模型组；c：柳氮磺吡啶（SASP）组；d：CDD-2103 低剂量组；e：CDD-2103 中剂量组；f：CDD-2103 高剂量组。数据以均值 ± 标准差表示（n=6–8）。#p < 0.05，##p < 0.01 vs. 对照组；***p < 0.05，p < 0.01 vs. DSS 模型组。

代谢组学分析

02

在粪便和血清样本中，分别检测到 17,735 和 7,702 个代谢特征。质量控制（QC）样本的分析显示，96.5%（粪便）和 96.4%（血清）的特征相对标准偏差（RSD%）<30%（图 S1），表明实验方法稳定可靠。总离子流色谱图（TIC）显示 QC 样本稳定性良好（图 S2）。

PLS-DA 分析（图 3A-D）表明，各组样本聚类明显，且 DSS 组与对照组（CTR）代谢谱差异显著。粪便样本的 PLS-DA 模型参数（R²Y 和 Q²）在正、负离子模式下分别为 0.978/0.791 和 0.917/0.786（图 S3A-B），血清样本则为 0.909/0.651 和 0.971/0.750（图 S3C-D），验证了模型的可靠性。差异代谢物分析共鉴定出 37 种粪便代谢物 和 17 种血清代谢物（表 S2-S3）。热图分析（图 3E-F）显示，DSS 组代谢物水平显著改变，而 CDD-2103 治疗可逆转这些变化。通过 MetaboAnalyst 4.0 分析（图 3G-H），发现 色氨酸代谢、亚油酸代谢和甘油磷脂代谢 是 DSS 诱导结肠炎的关键扰动通路，其中关键代谢物包括 花生四烯酸（AA）、亚油酸、L-色氨酸和磷脂酰胆碱（PC）。

靶向定量分析进一步验证了这些代谢通路的改变（图 S4A-B）。在粪便中，除色胺（TM）外，所有色氨酸代谢物在 DSS 组均显著上调，而 CDD-2103 可逆转这些异常；SASP 仅对色氨酸代谢有调节作用。在血清中，除 5-羟色胺外，色氨酸代谢物在 DSS 组均显著下调，CDD-2103 和 SASP 可部分恢复其水平。此外，除 PC 外，甘油磷脂和亚油酸代谢物在 DSS 组血清中显著升高，CDD-2103 能有效回调这些变化，而 SASP 主要影响 PC 水平。

图3 CDD-2103 逆转 DSS 诱导的慢性结肠炎小鼠代谢紊乱

基于正离子（B、D）和负离子（A、C）模式的 PLS-DA 分析显示，六组小鼠的粪便（A–B）和血清（C–D）代谢谱存在显著差异。热图展示各组粪便（E）和血清（F）样本中的差异代谢物。代谢通路富集分析揭示粪便（G）和血清（H）样本中的关键代谢途径。

CDD-2103 在大鼠血清和粪便中的成分分析

03

通过 UPLC-Q-TOF/MS 分析（图 4），在 CDD-2103 给药大鼠的血清和粪便中鉴定出 23 种化合物（表 S4），主要包括 苷类、生物碱和姜黄素类。

血清样本（给药后 15 min）中，苷类（如山茱萸中的莫诺苷）含量最高，其次是生物碱（表 S5），而姜黄素类未被检出。粪便样本（8 h）中，生物碱（如小檗碱）浓度较高，苷类几乎未检出，姜黄素类含量极低。这表明：

• 苷类和生物碱（中高极性）易吸收入血；
• 姜黄素类（低极性）主要在肠道代谢或经粪便排泄；
• 肠道菌群可能参与苷类（如莫诺苷→莫诺苷元）的生物转化。

图4 UPLC-Q-TOF/MS 检测大鼠灌胃 CDD-2103 后血清（A）和粪便（B）中的迁移成分（ESI+ 和 ESI− 模式）

网络药理学分析

04

基于血清-粪便药物化学鉴定的化合物（表 S4），网络药理学预测出 505 个潜在靶点。与 UC 相关基因（GeneCards）取交集后，获得 310 个重叠靶点（图 5A，表 S6）。功能富集分析（图 5B）显示，CDD-2103 主要调控 细胞凋亡、炎症反应和 NF-κB 信号通路。KEGG 分析（图 5C）提示其作用涉及 IBD、IL-17 和 PI3K-Akt 通路。构建的“草药-成分-靶点-通路-疾病”网络（图 5D）包含 7 味草药、21 种化合物、310 个靶点和 10 条通路。关键节点包括：

• 化合物：姜黄素、小檗碱、甘草苷；
• 靶点：PTGS2（COX-2）、NOS2、ESR1；
• 通路：PI3K-Akt 和 MAPK 信号通路。

图5 CDD-2103 治疗 UC 的网络药理学分析

(A) 韦恩图显示 CDD-2103 与 UC 的共有靶点。(B–C) GO 和 KEGG 富集分析揭示共有靶点的功能与通路。(D) 草药-成分-基因-通路-疾病网络，不同颜色圆圈代表不同来源的 CDD-2103 成分，黄色圆圈代表基因，红色节点代表通路。节点大小与关联度成正比。化合物缩写见表 S6。

代谢组学与网络药理学的整合分析

05

结合代谢组学结果和文献，确定 色氨酸、甘油磷脂和亚油酸代谢为关键通路，犬尿喹啉酸（KA）、PC 和 AA 为核心代谢物。通过 MetScape 分析（图 S5），筛选出 21 个与代谢通路交叉的基因（图 S6）。文献支持这些基因在 UC 中的作用（表 S7），最终锁定 AHR、PLA2 和 PTGS2 为 CDD-2103 的核心靶点（图 6B）。

图6 整合策略解析 CDD-2103 的核心靶点与活性成分

(A) CDD-2103 缓解 UC 的功能机制示意图。(B) CDD-2103 潜在活性成分与关键靶点的相互作用。TRP：色氨酸；5-HT：5-羟色胺；KYN：犬尿氨酸；KA：犬尿酸；PC：磷脂酰胆碱；LPC：溶血磷脂酰胆碱；LA：亚油酸；AA：花生四烯酸。

分子对接及 CDD-2103 对 COX-2 的抑制作用

06

分子对接（图 7A）显示：

• 姜黄素 与 AHR 结合能（-9.2 kJ/mol），形成氢键（PHE35、THR39 等）；
• 白术内酯 III 与 PLA2 结合能（-8.2 kJ/mol），作用位点包括 ASN23、CYS27；
• 黄连碱 与 PTGS2 结合最强（-9.5 kJ/mol），结合位点为 PRO40、CYS36。

Western blot（图 7B-C）证实，DSS 组结肠 COX-2（PTGS2 编码） 表达显著升高，而 CDD-2103 和 SASP 可抑制其表达。体外酶活性实验（图 7D-G）显示：

• CDD-2103 抑制率 81.8%（IC₅₀ = 10.15 μg/mL）；
• 小檗碱（IC₅₀ = 2.04 μM）和姜黄素（IC₅₀ = 1.34 μM）是主要活性成分。

图7 分子对接及 CDD-2103 对 COX-2 的抑制作用

(A) 分子对接显示最佳结合能（kJ/mol）的配体-受体对。(B–C) 免疫印迹及定量分析证实 CDD-2103 抑制 DSS 小鼠结肠 COX-2 表达（n=2）。#p < 0.05，##p < 0.01 vs. 对照组；***p < 0.05，p < 0.01 vs. DSS 模型组。(D) CDD-2103 及其单体成分对 COX-2 活性的抑制率。(E–G) CDD-2103、小檗碱和姜黄素对 COX-2 的半数抑制浓度（IC50）（n=3）。

讨论总结

该研究通过多组学技术揭示了CDD-2103的抗UC机制，其核心作用包括：

• 代谢通路调控：CDD-2103通过恢复色氨酸代谢（如上调抗炎代谢物犬尿氨酸酸、抑制促炎代谢物血清素），调节甘油磷脂代谢（恢复肠道屏障功能相关磷脂酰胆碱水平），以及抑制亚油酸代谢产物（如花生四烯酸）的炎症级联反应，实现多靶点协同抗炎。
• 关键靶点验证：COX-2被证实为CDD-2103的核心靶点，其抑制作用通过生物碱（如小檗碱）和姜黄素类成分实现，可减少前列腺素E2（PGE2）的生成，从而缓解肠道炎症。
• 中药多成分协同效应：CDD-2103的活性成分通过肠道吸收（如甘草苷、生物碱）或肠道菌群代谢（如姜黄素）发挥双重作用，体现了中药复方的复杂性与优势。
• 临床转化潜力：与现有UC疗法（如5-氨基水杨酸、生物制剂）相比，CDD-2103具有更广谱的靶点调控能力，可能降低耐药性和副作用，但需进一步研究其长期疗效及肠道菌群互作机制。

研究局限包括未完全解析所有潜在成分及菌群介导的代谢机制，未来需结合肠道菌群分析进一步完善机制解析。

图8 CDD-2103 缓解 UC 的潜在机制总结

参考文献

1. Cheng, K.W., Shi, J., Huang, C., Tan, H.Y., Ning, Z., Lyu, C., Xu, Y., Mok, H.L., Zhai, L., Xiang, L., et al. (2024). Integrated metabolomics and serum-feces pharmacochemistry-based network pharmacology to reveal the mechanisms of an herbal prescription against ulcerative colitis. Comput. Biol. Med. 178, 108775. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2024.108775.