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Exploring the molecular mechanism of curcumin in intervening renal injury based on network pharmacology

  • Bi Yuqing ,
  • Kong Xinyue ,
  • Feng Rui ,
  • Qu Lingzhi ,
  • Liu Tianxiang ,
  • Du Li ,
  • Wu Kaiwen ,
  • Gao Xiaoli ,
  • He Ying
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  • Department of Biology and Food Engineering,Lyuliang University, Lyuliang 033000, China

Received date: 2025-10-13

  Online published: 2026-04-29

Abstract

Curcumin is a natural polyphenol extracted from Curcuma longa of the Zingiberaceae family. It can be used as a feed additive and has been widely applied in livestock and poultry breeding. To explore the molecular mechanism of curcumin in intervening renal injury, potential targets of curcumin were identified via network pharmacology based on data from databases including TCMSP, PubChem, and SwissTargetPrediction. Gene Ontology (GO) functional enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis were subsequently performed on the intersecting targets. The results revealed 64 potential therapeutic targets of curcumin and 5 815 renal injury‑related targets, among which 55 core intersecting targets were obtained. GO enrichment indicated that these targets were mainly involved in biological processes such as the regulation of cell proliferation and apoptosis; cellular components including nuclear structure and membrane systems; and molecular functions related to core kinase activity and specific signal transduction. KEGG pathway enrichment demonstrated that the core targets were predominantly enriched in cancer‑specific pathways such as pancreatic cancer and colorectal cancer, signal transduction networks including the HIF‑1 and PI3K‑Akt pathways, as well as inflammation‑related pathways such as the PD‑L1/PD‑1 immune checkpoint pathway. Comprehensive analysis suggested that curcumin may exert a protective effect against renal injury by regulating multiple signaling pathways including HIF‑1 and PI3K‑Akt, thereby inhibiting inflammatory responses and alleviating oxidative damage, reflecting the characteristic multi‑target and multi‑pathway synergistic intervention. This study provides a reference for the further development and utilization of curcumin resources.

Cite this article

Bi Yuqing , Kong Xinyue , Feng Rui , Qu Lingzhi , Liu Tianxiang , Du Li , Wu Kaiwen , Gao Xiaoli , He Ying . Exploring the molecular mechanism of curcumin in intervening renal injury based on network pharmacology[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2026 , 32(8) : 84 -87 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.08.020

姜黄素是从姜科植物姜黄中提取的天然多酚类化合物,是姜黄发挥药理作用的主要活性成分[1-2]。其化学结构为二芳基庚烷类,具有β-二酮结构及苯酚基团,赋予其独特的生物学活性和较广泛的药理作用谱,具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗纤维化以及调节自噬等多种生物活性,在农业领域(动物保健、饲料添加剂开发)具有较高的应用潜力。在肾损伤、缺血再灌注损伤及糖尿病肾病等肾脏疾病模型中,姜黄素均表现出显著的肾脏保护作用[3-5]。黄乐等[6]和Gao等[7]研究表明,姜黄素能够减轻肾小管上皮细胞损伤、抑制肾脏炎症反应和氧化应激。尽管姜黄素药理潜力巨大,但其作用靶点分散、生物利用度较低且机制复杂交织,导致单一途径的实验研究方法难以系统、全面地揭示其整体作用机制。因此,采用能够体现“多靶点—多通路”协同干预理念的网络药理学方法,对于系统阐释姜黄素治疗急性肾损伤的整合机制具有重要价值。
网络药理学以“多靶点—多通路”为研究理念,通过构建“药物—靶点—疾病”相互作用网络,系统揭示中药多成分、多途径协同作用机制,为阐释中药复杂药理体系提供了思路[8-10]。本研究基于网络药理学方法,整合姜黄素作用靶点与急性肾损伤疾病靶点,构建蛋白质相互作用网络,筛选关键靶点与信号通路,旨在阐释姜黄素治疗AKI的潜在分子机制,为姜黄素的进一步开发与应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 姜黄素潜在作用靶点筛选

通过中药系统药理学数据库(TCMSP,https://tcmsp-e.com/)检索“姜黄素”,在公共化学(PubChem)数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)获取姜黄素的化学结构(CID:969516),导入SwissTargetPrediction数据库(http://www.swisstargetprediction.ch/),预测其作用靶点[11]。将所有靶点通过UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)转换为标准基因名,去除重复靶点后,得到姜黄素潜在作用靶点集合。

1.2 急性肾损伤相关疾病靶点收集

在人类孟德尔遗传数据库(OMIM,https://omim.org/)中通过关键词“acute renal injury”检索急性肾损伤相关疾病靶点,汇总后转换为标准基因名,去除重复靶点,得到急性肾损伤疾病靶点集合[12]

1.3 交集靶点获取

使用Venny 2.1.0在线工具(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)对姜黄素潜在作用靶点与急性肾损伤疾病靶点取交集,获得“姜黄素—急性肾损伤”核心作用靶点。

1.4 GO功能富集分析

将核心靶点导入注释、可视化与综合发现(DAVID)数据库(https://david.ncifcrf.gov/),设置物种为“Homo sapiens”,进行GO功能富集分析(包括生物过程、细胞组分、分子功能)。以P<0.05为筛选标准(排除无统计学意义的结果),使用Origin 2021软件绘制GO功能富集柱状图[13]

1.5 KEGG通路富集分析

将核心靶点导入DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/),设置物种为“Homo sapiens”,进行KEGG通路富集分析,以P<0.05为筛选标准(排除无统计学意义的结果),使用Origin 2021软件绘制KEGG通路富集气泡图[14]

2 结果与分析

2.1 潜在靶点韦恩图分析

图1可知,经TCMSP、SwissTargetPrediction查询及去重后,共获得姜黄素潜在作用靶点64个,包括TNF、IL6、FLT3等;从OMIM数据库中获得急性肾损伤相关疾病靶点11 630个,取度值大于中位数的靶点作为急性肾损伤的疾病靶点,共5 815个,包括STAT3、AKT1、GSK3B等。通过Venny 2.1.0取交集,最终得到“姜黄素—急性肾损伤”核心作用靶点55个(STAT3、AKT1、EGFR等)。
图1 姜黄素—急性肾损伤交集靶点韦恩图

2.2 GO功能富集分析

运用DAVID数据库进行富集分析、代谢通路的整合及可视化处理。以P<0.05为条件进行筛选,得到120个生物学过程,39个细胞组分,64个分子功能,其中排名前10的如图2所示。在生物学过程层面,这些靶点在细胞增殖、凋亡调控、磷酸化修饰及炎症反应等关键生物过程中显著富集;在细胞组分层面,这些基因在细胞核结构、膜系统、细胞质区室以及特殊功能结构等多个关键细胞组分中显著富集;在分子功能层面,主要通过影响核心激酶功能、信号转导特异性、表观遗传调控等,进而实现对急性肾损伤的调控。
图2 GO功能富集分析

(A)~(C)分别为生物学过程、细胞组分、分子功能。

2.3 KEGG通路富集分析结果

通过KEGG通路富集分析,共筛选出82条与姜黄素治疗急性肾损伤显著相关的信号通路(P<0.05),并从中挑选前30条关键途径进行深入探讨。由图3可知,关键基因主要富集于三大类关键信号通路:多种癌症特异性通路,包括胰腺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌等实体瘤通路以及急性髓系白血病血液癌症通路;核心信号转导网络,特别是EGFR/ErbB信号通路、PI3K-Akt信号通路、HIF-1信号通路和FoxO信号通路,这些通路共同构成了细胞增殖、生存和应激应答的关键调控网络;免疫与感染相关通路,包括PD-L1/PD-1免疫检查点通路、多种病毒感染通路以及结核病等炎症相关通路。这些通路之间存在着紧密的内在联系,形成了生长信号接收(EGFR)→细胞内信号转导(PI3K-Akt)→基因表达调控(HIF-1、FoxO)→免疫检查点调节(PD-1/PD-1)的完整信号传导链条,表明这些基因在癌症发生发展、治疗耐药和免疫微环境调控中发挥着核心作用。
图3 KEGG通路富集程度气泡图

3 结论与讨论

本研究基于网络药理学研究方法,探讨了姜黄素治疗急性肾损伤的潜在作用靶点、信号通路及分子作用机制,结果表明,姜黄素通过作用于AKT1、EGFR等关键靶点,调控HIF-1、AGE-RAGE等多条信号通路,抑制氧化应激、炎症反应及细胞凋亡,从而在多环节发挥急性肾损伤保护作用,为其临床应用及药物开发提供了理论依据,也为姜黄素作为急性肾损伤辅助治疗药物的开发提供了新思路。然而,本研究仍存在一定局限性。首先,网络药理学分析主要基于数据库预测与生物信息学工具,其结果仍需通过体外与体内实验进一步验证。其次,姜黄素在体内的生物利用度较低,其实际作用浓度与靶点结合效率尚不明确,未来研究可结合药物动力学数据,更真实地模拟其在体内的作用网络。此外,本研究未考虑姜黄素代谢产物可能发挥的作用,其活性形式与靶点互作机制有待深入探索。在后续研究中,可结合分子对接、基因敲除、蛋白质组学等技术,对关键靶点与通路进行实验验证,进一步明确姜黄素在急性肾损伤中的具体作用机制。同时,探索姜黄素与其他药物联用的协同效应,或通过剂型改良提高其靶向性与生物利用度,推动其在临床中的应用。
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