2区4.3分！多组学生信分析揭示：3年生铁皮石斛抗慢性疲劳综合征更优！通过LC-MS非靶向代谢组学锁定关键血浆标志物，调控鞘脂信号通路！- 大数跨境

2区4.3分！多组学生信分析揭示：3年生铁皮石斛抗慢性疲劳综合征更优！通过LC-MS非靶向代谢组学锁定关键血浆标志物，调控鞘脂信号通路！

CNS生信新靶点挖掘

2026-05-20

导读：传统中药铁皮石斛具有抗疲劳、免疫增强等功效，但不同生长年限的疗效差异及活性成分尚不明确。本研究通过强制游泳建立CFS小鼠模型，对比1年生和3年生铁皮石斛醇提物的抗CFS效果，结合血浆非靶向代谢组学（L

慢性疲劳综合征（CFS）是一种复杂的多系统疾病，表现为持续疲劳、运动后不适、认知障碍等，全球发病率约10%，目前缺乏明确诊断标志物和有效治疗药物。传统中药铁皮石斛具有抗疲劳、免疫增强等功效，但不同生长年限的疗效差异及活性成分尚不明确。本研究通过强制游泳建立CFS小鼠模型，对比1年生和3年生铁皮石斛醇提物的抗CFS效果，结合血浆非靶向代谢组学（LC-MS）、植物成分HPLC定量及多组学关联分析，首次揭示：3年生提取物（3DOE）显著延长游泳时间、降低肛温、下调乳酸脱氢酶（LDH）和cAMP/cGMP比值、减轻肾脏炎症浸润。代谢组学发现36个差异代谢物涉及TCA循环、脂肪酸氧化和鞘脂信号通路。相关性分析表明，3DOE中富集的黄酮类（柚皮素、槲皮素）、多酚类、木脂素类和联苄类成分是抗CFS的核心药效物质。本研究为铁皮石斛“生长年限-成分-药效”关联提供了科学依据。

今天给大家解读一篇4月发表在《Frontiers in Cell and Developmental Biology》上的题目为“Anti-fatigue mechanism of Dendrobium officinale pseudobulbs from different growth durations against chronic fatigue syndrome in mice and analysis of their active chemical components.”的文章。本文为一项结合动物行为学、生理生化指标、血浆代谢组学、植物代谢组学及HPLC定量的多组学整合研究。利用ICR小鼠的强迫游泳CFS模型，评估1年和3年铁皮石斛乙醇提取物的抗疲劳效果，并通过相关性分析预测活性成分。结果表明3DOE能显著改善CFS小鼠的运动能力、体温、肝指数、炎症指标及能量代谢紊乱，其药效物质基础主要为黄酮类、多酚类、木脂素、萜类和联苄类。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！

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题目：《不同生长周期铁皮石斛假鳞茎抗小鼠慢性疲劳综合征的抗疲劳机制及活性化学成分分析》Anti-fatigue mechanism of Dendrobium officinale pseudobulbs from different growth durations against chronic fatigue syndrome in mice and analysis of their active chemical components

发表期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology

影响因子：4.3

研究背景：

慢性疲劳综合征（CFS）是一种以运动后不适、认知障碍、睡眠紊乱、肌痛等为特征的复杂多系统疾病，影响约10%人群，目前缺乏明确诊断标志物和有效治疗方案。铁皮石斛作为传统滋补中药，含有多糖、多酚、黄酮、联苄等多种活性成分，具有抗炎、抗氧化、抗疲劳等药理作用。然而，不同生长年限铁皮石斛的抗CFS功效差异及活性成分基础尚不清楚。本研究旨在比较1年（幼年期）与3年（成熟期）材料的抗疲劳差异，探索其机制并鉴定活性化合物。

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研究思路：

动物模型建立
采用持续6周的每日递增时间强迫游泳建立ICR小鼠CFS模型。
分组与给药
设立正常对照组、模型组、1DOE组、3DOE组（各25只），口服给药2 g/kg体重，每周7天，持续6周。
生理生化与行为学检测
测定体重、肛温、强迫游泳时间、器官指数、血糖、血浆ALT、AST、LDH、BUN、cAMP、cGMP，并进行肾组织H&E染色病理检查。
血浆非靶向代谢组学
LC-MS/MS分析差异代谢物，KEGG通路富集。
植物非靶向代谢组学与HPLC定量
分析1DOE与3DOE的化学组成差异，定量6种黄酮（vicenin-1等）。
多组学关联分析
Spearman相关分析，将差异显著的生理生化指标（cAMP/cGMP、肛温、LDH、游泳时间、肝指数）及血浆代谢物（花生四烯酸、焦谷氨酸、苹果酸等）与植物成分关联，筛选潜在活性成分。

研究亮点：

生长年限功效差异
3DOE在降低肛温、延长强迫游泳时间、降低肝指数、血浆LDH、cAMP及cAMP/cGMP比值、减轻肾炎症浸润等方面显著优于1DOE。
多组学整合分析
联合血浆代谢组学、植物代谢组学和HPLC定量，通过Spearman相关性分析建立了CFS模型小鼠生理生化指标、差异代谢物与植物成分之间的关联。
活性成分富集特征
3DOE中黄酮类（如vicenin-1、vicenin-2、schaftoside、rutin、naringenin）、多酚类（如koaburaside、gigantol、vanilloloside）、木脂素（如(+)-lyoniresinol 9′-O-glucoside）、萜类（如p-cymene）、联苄类（如dendrocandin B）显著富集，首次在3DOE中鉴定出四种香豆素成分。

研究结果：

生理行为与生化
与模型组相比，3DOE组肛温显著降低、强迫游泳时间显著延长、肝指数降低、血浆LDH、cAMP及cAMP/cGMP比值降低，肾组织炎症浸润减轻；1DOE仅显著降低肝指数。
血浆代谢组学
鉴定出36个差异代谢物，模型组中酰基肉碱（己酰基-L-肉碱、辛酰基-L-肉碱）、鞘脂（鞘氨醇、鞘氨醇-1-磷酸）升高，柠檬酸、苹果酸、α-酮戊二酸等TCA循环中间物降低；3DOE处理后这些紊乱代谢物多数被逆转。KEGG富集显示涉及酮体代谢、TCA循环、丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢、嘧啶代谢、甘油磷脂代谢，以及鞘脂信号通路、钙信号通路、HIF-1信号通路、cGMP-PKG信号通路。
植物代谢组学与HPLC
1DOE与3DOE之间检测到53个差异成分，涉及13类；3DOE中黄酮类（如vicenin-1、vicenin-2、schaftoside、rutin）、多酚类、苯丙素类、联苄类、萜类、木脂素、有机酸显著富集；HPLC验证了rutin等黄酮在3DOE中显著更高。
多组学关联
与抗疲劳功效显著相关的植物成分主要包括黄酮类（eriodictyol、naringenin、quercetin）、多酚类（koaburaside、gigantol、vanilloloside）、木脂素（(+)-lyoniresinol 9′-O-glucoside）、新木脂素（acanthoside B）、萜类（p-cymene）、倍半萜（schleicherastatin 5）、联苄类（dendrocandin B）和苯丙素类。

研究总结：

结论：3年生铁皮石斛假鳞茎乙醇提取物（3DOE）比1年生（1DOE）具有更强的抗CFS作用，通过增强TCA循环、脂肪酸和蛋白质的氧化利用（调节TCA循环、尿素循环、脯氨酸循环、甘油磷脂代谢）改善能量代谢，并通过鞘脂信号通路和NO/cGMP信号通路减轻炎症和疼痛。主要活性成分包括黄酮类（如eriodictyol、naringenin、quercetin、rutin）、多酚类（如koaburaside、gigantol、vanilloloside）、香豆素类（首次在3DOE中鉴定出scopoletin、samidin等）、酰胺生物碱类（tyramine）和联苄类（dendrocandin B、dendrocandin F、densiflorol A）。

讨论：

研究验证了CFS模型小鼠血浆代谢物异常与临床ME/CFS患者代谢组学报道的一致性，支持模型有效性。
3DOE对能量代谢的协同调节包括：逆转TCA循环中间物下降，降低血浆中脂肪酸代谢相关成分（肉碱、亚油酸、甘油三酯），升高焦谷氨酸和1-吡咯啉-5-羧酸，表明其通过调节脂质和蛋白质稳态实现能量平衡。
鞘脂通路（S1P/S1PR）和NO/cGMP通路参与炎症和疼痛调控，3DOE可能通过这两个通路发挥抗炎和镇痛作用。
局限性：1DOE与3DOE基于相同总提取物质量比较，未对单个活性成分进行剂量标准化；未直接验证鞘脂或NO/cGMP通路的关键蛋白。未来需通过代表性活性成分标准化、剂量-效应关系及靶向验证进一步研究。

结果译文：

1.一般状态观察

在造模期间，模型组和两个治疗组的体重增长率均显著低于正常组。与正常组相比，模型组的力竭游泳时间、胸腺指数和外周血葡萄糖水平显著降低，同时肝指数和肛温显著升高。与正常组相比，脾指数和肾指数未见显著变化。治疗后，1DOE和3DOE提取物均显著降低模型组小鼠的肝指数。1DOE提取物对力竭游泳时间无显著影响。相比之下，3DOE提取物显著降低了模型组的肛温并增加了力竭游泳时间（图1）。由于模型组肛温相对于正常组升高，且在3DOE治疗后降低，这一变化可能表明在慢性疲劳应激下体温调节紊乱得到了部分正常化，而非基础代谢的非特异性抑制。最近证据表明，核心体温与运动能力密切相关。从这个角度看，3DOE给药后肛温的降低可能反映了体温调节负担的减轻，并且与血浆代谢谱中观察到的更广泛的改善一致。

2.血浆ALT、AST、LDH、BUN、cAMP、cGMP检测结果及组织病理学检查

与正常组相比，模型组血浆LDH、cAMP水平及cAMP/cGMP比值显著升高，肾组织出现轻度炎性细胞浸润和出血。模型组与正常组之间的血浆ALT、AST或BUN水平无显著差异。3DOE提取物给药显著降低了模型组小鼠血浆LDH、cAMP及cAMP/cGMP比值，并减轻了肾脏炎症浸润（图2）。

3.血浆代谢组学结果

采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）对数据进行建模并最大化组间分离，以识别差异代谢物（图3）。PLS-DA得分图显示，样本在前两个主成分（PC1 vs PC2）定义的平面上分离不佳，但纳入第三主成分（PC3）后实现了清晰分离。模型参数为R2X=0.527，R2Y=0.987，Q2=0.747。共鉴定出36个差异代谢物（补充表S1）。差异代谢物主要包括肉碱类、溶血磷脂酰胆碱类、鞘脂类、有机酸类、氨基酸及其衍生物、脂肪酸类和核苷类。与正常组相比，模型组有18个代谢物上调，18个下调。与对照组相比，模型组显示：酰基肉碱类（如己酰-L-肉碱、辛酰-L-肉碱、L-肉碱）和鞘脂代谢物（如鞘氨醇、鞘氨醇-1-磷酸）水平升高；有机酸类（如柠檬酸、苹果酸、α-酮戊二酸）及特定氨基酸/核酸代谢物（如胸腺嘧啶、黄嘌呤核苷）水平降低。治疗后，所有指定代谢物的失调水平——包括酰基肉碱类（己酰-L-肉碱、辛酰-L-肉碱）、鞘氨醇相关化合物、LPC(16:0)、亚油酸、花生四烯酸和磷脂酰胆碱PC(20:5/22:5)——均被逆转。这些失调代谢物中有22个在铁皮石斛治疗组中显示出逆转趋势，表明铁皮石斛改善了运动性疲劳小鼠的代谢紊乱。

利用KEGG数据库对差异代谢物进行富集分析显示，铁皮石斛的作用主要富集于凋亡相关过程。这表明其调控了多条信号通路，包括鞘脂信号通路、钙信号通路、HIF1信号通路和cGMP-PKG信号通路。这些通路已知调节关键的生物学过程，包括细胞增殖、凋亡、炎症反应、血管生成和神经信号转导。此外，富集分析还发现核心代谢通路受到显著扰动，包括酮体代谢、柠檬酸循环（TCA循环）、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、嘧啶代谢以及甘油磷脂代谢。

4.不同栽培年限铁皮石斛的非靶向代谢组学

使用串联质谱（MS/MS）的正离子和负离子模式，分别检测到1,647和1,383个代谢特征。3DOE中的代谢物多样性高于1DOE。主成分分析（PCA）显示1DOE和3DOE栽培组之间明显分离，表明总体化学成分存在显著差异（图4A、B）。为探索这些成分差异，进一步使用PLS-DA筛选VIP>1的候选区分特征。然后通过整合精确质量、MS/MS碎片模式、保留行为以及数据库/文献匹配，对这些特征进行推定注释。补充表S2总结了53个推定注释的候选成分，详细列出了总体化学成分及与栽培年限相关的类别水平变化。53个差异代谢物被归为13个主要类别：黄酮类、生物碱类、香豆素类、苯丙素类、联苄类、萜类、脂质类、脂肪酸类、有机酸类、酚类、木脂素类和O-糖苷类化合物。黄酮类是最丰富的类别，其次是生物碱类和脂质类。

热图分析显示，3DOE中显著富集了黄酮类（如维采宁-1、维采宁-2、AXA、异牡荆素、夏佛托苷）、萜类、O-糖苷类、苯丙素类、联苄类、酚类、木脂素类和有机酸类。相反，生物碱类、香豆素类、脂质类和脂肪酸类在1DOE中主要富集（图4D）。为验证这些发现，采用已建立的色谱方法对六种黄酮类成分——维采宁-1、维采宁-2、夏佛托苷、异夏佛托苷、芦丁和柚皮素——进行定量，HPLC结果进一步表明，3DOE假鳞茎中芦丁为代表的黄酮类显著富集（图4C）。

5.多组学关联分析

基于上述数据，我们进一步进行了Spearman相关性分析，以确定与治疗效果相关的植物成分与小鼠一般状态指标、生化指标和代谢物之间的相关性（图5）。在我们的实验中，正常组、模型组和治疗组之间显示显著差异的一般状态指标和生化指标包括cAMP/cGMP、cAMP、肛温、LDH、游泳试验、肝指数。根据相关性分析结果，与这些指标显著相关的血浆代谢物包括花生四烯酸、L-5-氧代脯氨酸、焦谷氨酸、D-(+)-苹果酸、血浆蛋白C（PC）(20:5/22:5)、Phe-His、溶血磷脂酰胆碱（LPC）(22:5)、辛酰肉碱、(R)-3-羟基丁酸、LPC(16:0)、LPC(17:1)、L-酪氨酸、鞘氨醇、牛磺酸。其中LPC(22:5)、辛酰肉碱、(R)-3-羟基丁酸、LPC(16:0)、LPC(17:1)与植物成分的相关性最为显著。

根据相关性结果，与铁皮石斛抗疲劳功效关联最强的植物化学成分主要包括黄酮类（如圣草酚、柚皮素、槲皮素）、多酚类（koaburaside、gigantol、vanilloloside）、木脂素（(+)-lyoniresinol 9'-O-葡萄糖苷）、新木脂素（acanthoside B）、萜类（对伞花烃、倍半萜schleicherastatin 5）、联苄类（dendrocanidin B）以及苯丙素类。

更多结果和补充图表：doi： 10.3389/fcell.2026.1797074

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