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学术   2024-10-12 19:00   上海  

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研究背景
动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)是一种以大中型动脉为主要累及部位的全身性疾病,呈隐匿性发展,仅靠药物或手术无法逆转,绝大多数患者死于动脉粥样硬化的急性并发症,因此,预防和治疗动脉粥样硬化仍是一个巨大的挑战
中草药是由中国传统医学发展而来的,先前的研究表明黄芩-黄连药(QLYD)治疗AS的效果明显,但其与AS的作用机制尚不清晰。因此,本研究旨在通过网络药理学、分子对接、生物信息学分析和实验验证等方法,探讨QLYD抗AS的潜在作用靶点和作用机制

研究结果

1.QLYD的活性成分和靶点鉴定
基于TCMSP数据库最终保留了49个有效成分及其225个靶点。应用Cytoscape软件构建QLYD活性成分及其靶点的网络,通过Cytoscape中的NetworkAnalyst分析得到的相关度最高的是槲皮素、汉黄芩素、植物甾醇、黄芩素和延胡索。根据文献报道,小檗碱是用于治疗AS的活性成分之一,也将其纳入后续分析。

图1. QLYD的活性成分与靶点之间的关系网络
2.QLYD抗AS关键靶点鉴定
作者从GeneCards、OMIM、DurgBank、DisGeNETCTD五个公共数据库中分别获得1221、145、53、239和64个AS潜在治疗靶点;从免费数据库GEO数据库GSE100927数据集GPL17077平台的基因表达谱数据中共获得355个上调差异基因和126个下调差异基因;上述所有基因取交集后,最终得到68个共有靶点。
(a-b)GSE100927数据集中AS样本与正常动脉样本之间DEGs的火山图(a)和热图(b);
(c)5个疾病数据库和GSE100927数据集中AS相关靶点的Venn图;
(d)图3c中至少两个数据库中出现的QLYD活性成分目标的Venn图。
3.PPI分析

使用STRING数据库基于上述获得的68个共有靶点构建PPI网络,并通过cytoHubba插件中的MCC算法获得5个核心靶点:IL6、VEGFA、AKT1、TNF和IL1B。通过MCODE插件进行靶点的蛋白质聚类,得到三种不同的蛋白质簇,进一步进行GO-BP分析,结果显示Cluster1参与了细胞迁移、凋亡信号通路的调控、炎症反应的调控和血管内皮生长因子生成等调控过程;Cluster 2参与了血液凝固的正向调节、上皮细胞凋亡过程的调节、活性氧代谢过程的调节和炎症反应等生物进程;Cluster 3参与了外源分解代谢过程、脂肪酸生物合成和代谢过程。

图3. PPI网络分析结果。
(a)共有靶点的PPI网络;
(b)具有前20度值的共有靶点条形图;    
(c)前5个核心靶点;
(d)MCODE插件分析中获得的三个蛋白簇;
(e)GO-BP分析中获得的三个蛋白簇。
4.分子对接

使用AutoDock Vina软件将图1中获得的五大核心成分(槲皮素、汉黄芩素、植物甾醇、黄芩素和延胡索)及文献中报道过的小檗碱与IL6、VEGFA、AKT1、TNF、IL1B、MAPK1、FOS等核心靶点进行分子对接分析,结果显示汉黄芩素与FOS结合活性为−9.4;小檗碱与FOS结合活性为−9.0;槲皮素与FOS结合活性为−8.2;小檗碱与AKT1结合活性为−8.2;小檗碱与TNF结合活性为−8.0。

图4. 核心靶点和核心成分之间的分子对接结果(亲和力最低的5个结果)。
(a)分子对接结果的热图;
(b)汉黄芩素与与FOS(结合活性:−9.4);
(c)小檗碱与FOS(结合活性:−9.0);
(d)槲皮素与FOS(结合活性:−8.2);
(e)小檗碱与AKT1(结合活性:−8.2);
(f)小檗碱与TNF(结合活性:−8.0)。
5.实验验证

为了进一步探究QLYD抗AS的作用机制,建立ApoE-/小鼠AS模型。免疫组化和免疫蛋白印迹结果表明QLYD可通过TLR4/NF-κB信号通路在一定程度上降低AS小鼠炎症水平,发挥其抗AS作用。

    
图5. QLYD干预AS小鼠的体内实验研究。
(a)HE染色、Masson染色、油红染色显示,QLYD能有效减少AS小鼠主动脉根部斑块面积,降低斑块胶原纤维含量,影响不大;
(b)脂质含量测定显示,QLYD降低AS小鼠血清中TC、TG、LDL-LC水平,影响不大;
(c)ELISA法测定炎症因子水平,结果显示QLYD能有效降低AS小鼠血清中TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18水平;
(d)RT-PCR结果显示,QLYD降低了TLR4 mRNA的表达水平,而对NF-κB p65 mRNA的表达水平影响较小;
(e-f)WB结果显示,与正常组相比,QLYD处理后TLR4蛋白水平明显降低,NF-κB p65蛋白表达水平没有明显变化,但其磷酸化水平明显被抑制。

文章小结

综上,文章紧抓近年来国家扶持的热点话题——中医药,采用常规网络药理学进行分析,利用分子对接和动物实验验证提升文章质量和创新性,不到1个月就被接收,可见期刊对于文章思路的青睐程度。在国家扶持的大好时机下,你还不点个在看+收藏,细细品味此思路,并换个中药速来复现?另外果叔也可以像该研究一样,提供全方位的思路设计及网络药理学等生信分析,为你的SCI之路保驾护航!面面俱到,只等你来~

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DOI:10.1016/j.biopha.2023.115210


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