作者：王一鸣
排版，审核：恺忻
今天在"一作说论文"第四期中，给大家介绍的是北京大学基础医学院周虹老师课题组于年10月在InternarionalJournalofMolecularSciences上发表的论文“Multiple-PurposeConnectivityMapAnalysisRevealstheBenefitsofEsculetintoHyperuricemiaandRenalFibrosis”。
背景介绍
作者为了寻找能够同时对高尿酸血症和肾纤维化有效的药物，使用了连接图（connectivitymap，下文简写作CMAP）的方法。CMAP的基本原理是如果一个药物能够将疾病状态下的表达谱逆转成正常状态下的表达谱，那么则认为这个药物可能会对这一疾病具有治疗作用。在实际应用过程中需要计算某种药物作用下表达谱和对照组的差异基因以及疾病状态下和对照组的差异基因，之后求取这两组差异基因的相关系数，如果系数接近-1，则认为这一药物是治疗该种疾病的潜在药物。CMAP总共有两个版本，第一个版本发布在年的Science上（Lamb,etal.,.TheConnectivityMap:UsingGene-ExpressionSignaturestoConnectSmallMolecules,Genes,andDisease.Science,–），第一个版本的CMAP包含了种药物，用户可以直接输入药物干预下的差异基因来寻找具有类似功能的药物，或者输入疾病下的差异基因，来在这种药物中寻找可能存在治疗作用的药物。
而第二代CMAP（L数据库）则在年发表在了Cell上（Subramanianetal..ANextGenerationConnectivityMap:Lplatformandthefirst1,,profilesCell,–），相较于第一代而言，L能够通过个关键基因的表达量通过线性组合来推测剩余基因的表达量，这大大减少了RNA-seq所需的成本，对于每个样本仅仅测定个基因的表达量即可。
文章介绍
在这篇文章中，作者首先筛选出高尿酸血症相较对照组的差异基因和肾纤维化相较对照组的差异基因，之后，使用这些基因在L数据库中寻找可能具有治疗作用的药物。
作者将药物对高尿酸血症的打分和肾纤维化的打分进行相加得到综合打分（CombinedScore），如下图所示。根据综合打分的排名并考虑到药物能否购买到，作者决定使用秦皮乙素进行后续实验验证。
作者通过给予小鼠腹腔注射次*嘌呤和氧嗪酸钾产生高尿酸模型鼠，并给予高尿酸小鼠3个不同剂量的秦皮乙素去验证秦皮乙素的降尿酸效果。
结果证明，高尿酸组小鼠的尿酸水平、肌酐与血清白蛋白水平显著上升，高尿酸小鼠的肾脏功能严重受损，给予秦皮乙素后，小鼠的尿酸水平下降，肾脏功能得到了保护。HE染色同样证明了秦皮乙素能够对高尿酸小鼠的肾脏起到保护作用。
尿酸主要由肝脏产生，产生的关键酶为肝脏*嘌呤氧化酶，*嘌呤氧化酶的活性升高，导致体内尿酸产生过多。经血液循环后由肾脏排泄，排泄尿酸的转运体主要有GLUT-9、URAT-1、OAT1/3，肾脏排泄过少，也会导致体内尿酸的积累。因此，作者基于尿酸的代谢，探究了秦皮乙素降尿酸的作用靶点。秦皮乙素在肝脏中能够降低*嘌呤氧化酶的活性。
而酶的总活性由单位酶的活性和酶的表达量共同决定，因此作者进一步探究了秦皮乙素对单位酶活性和酶表达量的影响。体外试验证明，秦皮乙素能够与*嘌呤氧化酶在体外结合，并且对酶产生直接抑制作用。
而WB结果显示，秦皮乙素同样可以抑制*嘌呤氧化酶的表达。
除了可以抑制尿酸的产生，秦皮乙素还可以作用于尿酸转运体，促进尿酸的排泄。
肾脏纤维化是所有肾病的终点，一旦进入到纤维化，则肾脏损伤已经无法逆转。因此，作者进一步探究了秦皮乙素对于肾脏纤维化进程的影响。
高尿酸小鼠的肾脏纤维化水平升高，给予秦皮乙素后，小鼠肾脏的纤维化水平降低。因为秦皮乙素具有降尿酸的作用，血清尿酸水平的改变会影响纤维化的进程。因此作者又通过了经典的UUO模型探究了秦皮乙素抗肾脏纤维化的作用是否独立于降尿酸。给予UUO模型小鼠秦皮乙素，小鼠的纤维化水平得到了改善。因此，秦皮乙素具有抑制肾脏纤维化的作用。
过高尿酸水平对激活氧化应激，进而对肾脏产生的损伤作用。因此，作者进一步探究了秦皮乙素对肾功能的保护作用。结果显示，秦皮乙素能够减轻高尿酸产生的肾脏氧化应激，实现保护肾脏的作用。
最后作者通过主成分分析（PCA）和加权基因共表达网络分析（WGCNA）证明秦皮乙素确实能够有效地将疾病下的表达谱逆转到正常状态下，之后对于WGCNA中的关键基因模块进行了GO富集分析。从结果（图6H）可以看出，洋红色和紫色模块中的基因与线粒体的功能有关，而绿松石模块中的基因与线粒体的呼吸链密切相关。高尿酸血症通常引起线粒体的氧化损伤和功能改变，而上述三种基因模块的基因均被很大程度地逆转，这表明秦皮乙素的使用可以有效地对高尿酸血症起到治疗作用。
参考文献
WangY,KongW,WangL,ZhangT,HuangB,MengJ,YangB,XieZ,ZhouH.Multiple-PurposeConnectivityMapAnalysisRevealstheBenefitsofEsculetintoHyperuricemiaandRenalFibrosis.IntJMolSci.Oct18;21(20):.doi:10./ijms2120.PMID:;PMCID:PMC.
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