糖尿病（Diabetes mellitus,DM）是一种以胰岛素绝对或相对缺乏、并由此导致的高血糖为特征的代谢性疾病,其发病率在全球范围内逐年快速增长。1型糖尿病（Type 1 diabetes melitus,T1DM）和2型糖尿病（Type 2 diabetes melitus,T2DM）是糖尿病的主要分型,且均为肾脏疾病的独立危险因素。研究表明,即使接受常规降糖治疗,依然有30%以上的糖尿病患者并发慢性肾脏损伤。因此,开发具有降糖并缓解肾脏损伤的药物对于糖尿病肾脏并发症的预防与治疗具有重要意义。人参（Panax Ginseng C.A.Mey）是治疗糖尿病的经典中药之一。近年来研究表明,人参及其药效成分具有显著调节糖尿病大鼠血糖与胰岛功能的作用,但其防治糖尿病肾脏损伤的药效作用及其作用机制,尚缺乏系统整体性研究。代谢组学和转录组学系统生物学中主要研究方法,能够对机体应对外界刺激下内源性小分子代谢物和基因表达整体变化进行系统分析,目前已成为揭示中药药效阐释的有力手段。因此,本研究整合基于液质联用技术的代谢组学方法与有参转录测序（RNA-seq）的肾脏组织转录组学研究方法,从代谢和基因层面对人参水提物防治T1DM和T2DM大鼠肾脏损伤的作用机制进行深入研究,探索和阐明人参防治糖尿病肾脏损伤的科学内涵。主要研究内容包括以下几个方面:1.人参水提物防治糖尿病大鼠肾脏损伤的药效学与代谢组学研究本研究中,采用药效学结合代谢组学方法考察人参水提物对糖尿病大鼠肾脏损伤的药效作用与代谢调控机制。分别建立HFD联合低剂量STZ诱导的T2DM大鼠模型和高剂量STZ诱导的T1DM大鼠模型,给予人参水提物治疗四周,考察人参水提物对糖尿病大鼠糖脂代谢紊乱、胰岛功能和肾脏功能的影响。结果表明,人参水提物可显著缓解两种糖尿病模型大鼠高血糖和脂质紊乱,并能够明显降低糖尿病大鼠血清尿素氮和肌酐含量,延缓肾脏病理形态的改变。而后,本研究采集人参水提物治疗糖尿病大鼠四周后血清和尿液样本,利用UPLC-QTOF/MS方法结合多元统计和生物信息学等方法分析血清和尿液代谢轮廓,鉴定并分析人参水提物治疗糖尿病大鼠的代谢标志物和及其生物学意义。结果显示,人参水提物可显著改善T2DM和T1DM所致大鼠血清和尿液代谢轮廓的改变,共获得人参水提物治疗T2DM大鼠的25种血清和23种尿液代谢物标志物,主要包括苯丙氨酸、组氨酸、柠檬酸和尿嘧啶等,分布于色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、嘌呤和嘧啶等代谢途径;而人参水提物调控T1DM大鼠的代谢标志物30种（血清16种、尿液14种）,则包括乳酸、甲酚硫酸盐、异柠檬酸、丙酮酸和乙酸等,涉及氨基酸（苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢、色氨酸代谢）和能量代谢（TCA循环、丙酮酸循环、糖酵解/糖异生）等代谢途径的调节作用。人参水提物对T2DM大鼠氨基酸代谢轮廓调节作用较T1DM的作用更为显著,而人参水提物对T1DM大鼠能量代谢的调节作用较好,主要通过抑制T1DM大鼠丙酮酸代谢,而促进下游糖酵解和TCA循环、增加机体对葡萄糖的代谢,从而发挥能量代谢调控作用。氨基酸代谢（苯丙氨酸代谢通路、色氨酸代谢等）、糖代谢（TCA循环和糖酵解/糖异生）、和亚油酸代谢是人参水提物调节两类糖尿病大鼠模型的共同代谢途径,且与肠道菌群失调、肾功能障碍和能量代谢失衡等糖尿病和糖尿病肾病进展的驱动因素密切相关。由此可见,人参水提物可能通过调节氨基酸代谢紊乱、维持能量代谢稳态和调控肠道菌群结构相关的代谢过程,在糖尿病疾病发挥延缓糖尿病肾脏损伤进程的药效作用。2.人参水提物防治糖尿病大鼠肾脏损伤的肾脏转录组学研究本研究采用基于RNA-seq的转录组学方法测定人参水提物对T1DM和T2DM大鼠肾脏基因表达的影响,整合代谢组学关联分析,探究人参水提物防治糖尿病大鼠肾脏损伤的作用机制。首先,转录组学测定结果表明,人参水提物可显著回调T2DM和T1DM引起的大鼠肾脏基因轮廓变化,结合生物信息学分析,共获得人参水提物调节的T2DM大鼠肾脏差异基因1634个,涉及细胞表面受体信号通路、跨膜转运蛋白活性、PPAR信号通路、苯丙氨酸代谢、柠檬酸代谢、糖酵解/糖异生等途径,其中关键差异基包括Ppara、Pck1、Fbp2、G6pc、Hk2等;而人参干预T1DM肾脏的差异基因数量为325个。其次,转录组学整合代谢组学关联分析,人参水提物可显著调节T2DM大鼠PPAR信号通路、氨基酸代谢和能量代谢途径中关键基因和代谢标志物的产生,发挥肾脏保护作用;而人参水提物主要参与T1DM肾脏氨基酸和脂质代谢的调节。利用RT-q PCR方法进一步验证其对T1DM肾脏代谢相关差异基因（B3galt2、Mogat2和Pipox）和炎症反应相关差异基因（Ilb、Il21r、Clec7a和Cd84）等m RNA表达具有显著回调作用。在基础上,综合转录组学结果发现,人参水提物对T2DM和T1DM共同调控的差异基因共有68个,主要包括Tlr7、Hk2、Clec5a和Mogat2等,共同调控的核心通路为TLR信号通路、NF-κB信号通路和趋化因子信号通路等驱动DN进展的炎症反应过程密切相关联,表明改善糖尿病大鼠肾脏炎症反应,可能是人参防治糖尿病鼠肾脏损伤进程。综上,本部分从基因水平阐明人参水提物防治糖尿病大鼠肾脏损伤的作用机制,初步明确可能TLR和NF-κB等炎症信号通路可能是人参水提物干预T1DM和T2DM肾脏损伤的共同关键机制。3.人参防治糖尿病肾脏损伤的网络药理学分析采用网络药理学方法,探究人参水提物干预糖尿病肾脏损伤进展的潜在药效成分与作用靶点。首先,基于网络药理学数据库筛选人参潜在活性成分及其靶点,共获得人参活性成分66个,成分相关靶点132个。生物信息学功能富集分析结果显示,人参成分靶点主要为膜蛋白复合物和转运复合体构成蛋白,并参与细胞间信号转导的正调控、炎症因子应答等生物过程,与TLR信号通路、NOD样受体信号和胰岛素信号等KEGG通路相关联。其次,整合网络药理学与转录组学结果,分析发现人参水提物防治肾病损伤的差异基因和人参活性成分靶点信息,发现其共同富集于TLR信号通路和趋化因子信号通路等与炎症反应相关通路。在此基础上,利用分子对接方法,验证网络药理学分析中11种活性成分与TLRs、IL1B、TNF、PTGS2、IKBKB、JUN、PPARG和GSK3B等关键靶点间的相互作用。结果显示,人参活性成分Panaxadiol、Ginsenoside-Rh4和Frutinone A可与TLRs形成稳定构象,可能抑制其蛋白表达与活性,进而阻抑TLR/NF-κB信号通路的活化。综上,转录组学与网络药理学分析相关联,进一步明确人参及其活性成分能够通过TLRs/NF-κB通路介导的炎症反应,改善糖尿病肾脏损伤中炎症环境,发挥防治糖尿病肾脏损伤的作用机制。4.人参水提物对糖尿病肾脏损伤中TLR4/NF-κB/NLRP3通路调控作用的研究基于代谢组学、转录组学和网络药理学的结果,本部分采用western blot等分子生物学方法,验证人参水提物对两种糖尿病大鼠模型肾脏中TLR家族中关键差异基因和TLR4/NF-κB/NLRP3炎症通路的调控作用。结果证明,人参水提物可显著回调T1DM和T2DM引起的大鼠肾脏组织中TLR2、TLR4、TLR7和TLR9蛋白和m RNA的表达变化,并调节NLRP3炎性小体相关蛋白和m RNA表达,抑制炎性因子释放。同时,为进一步验证人参水提物对肾脏炎症反应的调节作用,本研究以巨噬细胞细胞系RAW264.7为研究对象,采用高糖条件处理巨噬细胞模拟体内糖尿病环境,考察不同浓度人参水提物对巨噬细胞增殖、活化及TLR4/NFκB/NLRP3通路的调节作用。结果表明,人参水提物对低糖条件和高糖条件下巨噬细胞活力无明显影响;而低浓度和高浓度的人参水提物均可显著抑制TLR4蛋白表达,与高糖引起的巨噬细胞NLRP3炎性小体相关蛋白NLRP3和ASC的过表达,阻抑NLRP3炎性小体活化,进而减少巨噬细胞中NLRP3炎性小体产物IL-18和IL-1β的分泌。本部分研究,利用体内糖尿病动物模型和高糖诱导的体外巨噬细胞模型,确证人参水提物能够抑制糖尿病肾脏中TLR4/NF-κB/NLRP3通路的活化,缓解糖尿病引发的肾脏炎症反应,进而防治糖尿病肾病损伤进展的作用机制。综上所述,本研究以人参水提物为研究对象,利用传统药理学评价方法,明确人参水提物对糖尿病大鼠肾脏损伤的保护作用;整合代谢组学、转录组学与网络药理学分析方法,从代谢-基因-活性成分多层面出发,系统揭示人参水提物防治糖尿病大鼠肾脏损伤的分子机制;同时,利用体内糖尿病动物模型和体外高糖诱导的巨噬细胞模型,阐明人参水提物通过抑制TLR4/NF-κB/NLRP3通路介导的炎症反应,防治糖尿病肾脏损伤进展的作用机制。本研究结合先进的分析技术手段,探讨中药的作用机制,为阐明人参水提物防治糖尿病肾脏损伤的作用机制提供理论依据,同时也为中药作用机制的系统研究提供了新的方法路线。