甘草酸和乌头碱的自组装通过抑制自噬并诱导能量代谢的重编程来缓解心力衰竭

中药配伍的协同效应研究：Aconitum carmichaelii与Glycyrrhiza uralensis煎煮形成自组装复合物GA，通过抑制MAPK-ERK通路过度激活、恢复钙稳态及激活脂酰辅酶A代谢通路，抑制自噬和线粒体重塑，延缓心衰进展。GA的协同作用机制为中药配伍提供了科学解释新策略。

刘一欣|蒲宗金|陈晓楠|彭颖|彭崇胜|李晓波

上海交通大学，东川路800号，上海，200240，中国

摘要

背景

草药配对是中医（TCM）处方的基本组成部分。与单独使用这两种草药相比，Aconitum carmichaelii Debx-Glycyrrhiza uralensis Fisch草药配对具有更强的抗心力衰竭效果。然而，这种草药配对中预防心力衰竭的活性物质及其在煎煮过程中的相互作用尚未得到充分了解。

目的

阐明这种草药配对中的活性物质——乌头碱（A）和甘草酸（G）在煎煮过程中的反应机制，以及这些反应产物如何缓解心力衰竭。

方法

将乌头碱（A）和甘草酸（G）进行煎煮，形成自组装复合物（GA）。我们分析了GA的结构并研究了其自组装机制。通过体内和体外心力衰竭模型，探讨了GA缓解心力衰竭的机制。

结果

乌头碱（A）和甘草酸（G）的自组装受到静电相互作用、分子间氢键以及亲水/疏水效应的驱动。GA通过抑制MAPK-ERK通路过度激活、恢复钙平衡和激活硫辛酸代谢途径，在体内和体外均能缓解心力衰竭。DARTS检测确定含缬氨酸的蛋白质是GA的作用靶点，并证明GA能够抑制自噬并防止线粒体重塑，从而抑制线粒体自噬。GA诱导的能量代谢重编程最终减缓了心力衰竭的进展。

结论

我们认为GA不同于单独的A和G，因为只有GA能够结合特定的蛋白质靶点，并通过影响不同的通路协同缓解心力衰竭。我们的研究为探索中医配方的科学原理提供了新的策略。

引言

在中医（TCM）的临床试验中，草药通常以煎煮后的形式口服给药。中医处方通常由两种或更多种草药组成，遵循中医配伍原则。草药配对是中医处方的基础，指的是经过长期大量临床试验验证有效的经典草药组合。与单一草药相比，草药配对具有更好的疗效、更低的毒性以及更明显的药理作用。例如，Aconitum carmichaelii Debx和Glycyrrhiza uralensis Fisch草药配对已被证明对治疗心力衰竭有效（Wang等人，2016年）。相比之下，单独使用这两种草药效果较差（S. Li等人，2022年）。科学阐明草药配对的配伍机制对于推进中医处方的临床应用和促进中医发展至关重要。

数十年来，研究人员一直在研究草药配伍中的药理作用与分子浓度之间的关系，但忽视了煎煮过程中分子之间的实际相互作用。最近的研究提供了关于草药提取物自组装的更详细见解，揭示了它们的结构特征、化学性质和潜在的药理作用（Zhong等人，2025年）。例如，小檗碱和马兜铃酸的自组装复合物可以降低马兜铃酸的肾毒性（Wang等人，2021年）。小檗碱-吴茱萸素（Y. Yan等人，2022年）和小檗碱-肉桂酸自组装复合物是能够抑制耐药细菌的纳米球体（Huang等人，2020年）。然而，所有这些自组装复合物都是在非水环境（主要是甲醇）中合成的，而非通过中医的煎煮过程，因此无法为配伍理论提供证据。我们假设草药配对中的分子在煎煮过程中的自组装可能解释了毒性和药理作用的变化。已有报道指出，Aconitum carmichaelii Debx-Glycyrrhiza uralensis Fisch草药配对在煎煮后会形成纳米级结构，但对其化学和药理性质的进一步研究仍有限。

本研究模拟了传统中医煎煮条件，使用乌头碱（Aconitum的代表性活性成分）和甘草酸（Glycyrrhiza的主要活性成分）来研究它们在煎煮过程中的相互作用和自组装行为。实验表明，这两种成分在煎煮后的冷却阶段自组装成类似水凝胶的复合物（GA）。为了进一步阐明其药理作用和机制，我们通过结构分析、转录组学、蛋白质组学和能量代谢代谢组学研究了GA缓解心力衰竭的机制。我们认为草药配对中分子的自组装可以解释中医配伍的原理。这些发现提出了关于中医配伍和草药配对的新研究问题和策略，加深了对中医配伍原理的科学理解，并为中医处方和临床试验提供了理论基础。

试剂和材料

乌头碱（CAS编号：302-27-2）和甘草酸（CAS编号：1405-86-3）购自Lemeitian Medicine公司。4%福尔马林固定剂（BL539A）购自Biosharp公司。缬沙坦钠片（SVST）作为阳性对照，由Novartis Pharma Stein AG公司提供。c-TnT（EM0852）和BNP（EM0877）ELISA试剂盒购自武汉Fine Biotech有限公司。O2k组织匀浆样品测试试剂盒由北京华为中益科技有限公司提供。

GA的特性分析

GA是一种透明且流动性受限的水凝胶，冻干后类似棉花。GA具有多孔结构（图1A）。氮元素的信号（图1B）在GA中均匀分布，表明没有明显的相分离。完整的EDS光谱（图1C）显示氮元素占总原子的0.95%，与GA中的理论氮原子比例（0.96%）相符，其中G:A = 1:1。在GA的合成过程中（图1D-1F），观察到一些不规则现象。

讨论

近年来，关于天然产物自组装的研究受到了广泛关注。大多数研究集中在自组装后的缓释效果（Wang等人，2021年）、降低药物毒性、增加安全剂量以及形成针对耐药细菌的特殊形态（Huang等人，2020年）等方面。与这些旨在改进特定分子性能的研究不同（这些分子是在非水环境中人工合成的），

结论

本研究系统地分析了乌头碱和甘草酸（GA）的自组装机制。我们发现，乌头碱和甘草酸在长程电荷相互作用和分子间氢键的驱动下形成构建块。在煎煮后的冷却过程中，这些构建块通过亲水/疏水相互作用自组装成框架。GA具有改善心力衰竭的药理作用。

资助

本研究未获得外部资助。

数据可用性：研究中呈现的原始数据包含在文章/补充材料中。如有进一步疑问，请随时联系相应作者。

作者贡献声明

刘一欣：数据分析、实验设计、初稿撰写。蒲宗金：实验设计、方法学研究、审稿和编辑。陈晓楠：实验设计、方法学研究、审稿和编辑。彭颖：结果验证。彭崇胜：结果验证。李晓波：概念提出、撰写、审稿和编辑。

图S1. GA（蓝色）、G（红色）和A（绿色）的1H NMR光谱。

图S2. GA的离子片段。

图S3. 建立钠离子模型的优化条件。

作者贡献声明

刘一欣：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化分析、方法学研究、概念提出。蒲宗金：撰写、审稿与编辑、方法学研究。陈晓楠：撰写、审稿与编辑、方法学研究。彭颖：撰写、审稿与编辑、结果验证。彭崇胜：撰写、审稿与编辑、结果验证。李晓波：撰写、审稿与编辑、概念提出。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。