骨愈灵胶囊活性成分治疗骨质疏松的生物信息学分析

背景:临床研究表明骨愈灵胶囊对骨质疏松症治疗有效,但作用机制不明确。目的:文章旨在通过生物信息学中的分子对接技术筛选骨愈灵胶囊中作用于骨质疏松症相关靶蛋白的活性成分。方法:利用中药系统药理学数据库及分析平台(TCMSP)和中药综合数据库(TCMID)筛选骨愈灵胶囊中的化学成分,筛选条件为生物利用度≥20%,类药性值≥0.18。根据文献和数据库记载构建骨质疏松症相关靶蛋白库。通过Discovery Studio 2016(DS 2016)软件进行药物的吸收、分布、代谢、排泄和毒性(Absorption,Distribution,Metabolism,Excretion,Toxicity,ADMET)预测和分子对接。结果与结论:(1)在中药数据库中筛选并下载骨愈灵胶囊的生物利用度较好的潜在活性成分130个,通过Discovery Studio 2016软件的ADMET预测功能筛选得到63个吸收良好、低毒性的活性成分,如L-α-甘油棕榈酸酯、芝麻素等;(2)通过查阅文献和数据库,选取与骨质疏松有确切相关性的17个膜蛋白受体,如对细胞生长分化具有调节作用的细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)、AKT、糖原合成酶激酶3β(GSK3β)等;主要与有丝分裂原激活的蛋白激酶信号通路、骨形态发生蛋白信号通路等通路有关,可能通过调节间充质干细胞的生长和分化,促进骨形成;(3)分子对接结果表明苏式-二羟基脱氢二松柏醇、(23E)-20,25-二羟基达玛-23-烯-3-酮、L-α-甘油棕榈酸酯、芝麻素、(24S)-20,24-环氧-25-羟基达玛树脂-3-酮与细胞外信号调节激酶1/2、蛋白激酶、糖原合成酶激酶3等膜蛋白具有较高对接得分,可能主要通过调节丝裂原活化蛋白激酶信号通路治疗骨质疏松;(4)上述结果证实,骨愈灵胶囊中的活性成分苏式-二羟基脱氢二松柏醇、(23E)-20,25-二羟基达玛-23-烯-3-酮、L-α-甘油棕榈酸酯、芝麻素、(24S)-20,24-环氧-25-羟基达玛树脂-3-酮可能通过与细胞外信号调节激酶1/2、蛋白激酶、糖原合成酶激酶3β等膜蛋白结合,调控丝裂原活化蛋白激酶、骨形态发生蛋白、Wnt、雌激素受体等信号通路,进而发挥治疗骨质疏松的疗效,为进一步展开相关实验研究提供大数据分析基础及思路。

基于L1000数据集筛选骨质疏松症的潜在治疗化合物

目的:应用L1000微干扰数据集筛选治疗骨质疏松症的化合物,通过多种生物信息学的方法评价及细胞学活性验证,旨在发现新的骨质疏松症治疗药物。方法:在GEO数据库中检索与骨质疏松症相关的数据,利用R语言的limma包对数据集进行基因表达量的差异分析;通过MetaScape数据平台对差异表达基因进行通路富集分析。利用分析得到的骨质疏松症差异基因表达谱,在“连接图”数据库的L1000数据集中,匹配潜在治疗化合物。通过Autodock_Vina软件将匹配化合物与骨代谢靶点进行分子对接研究,利用pkCSM数据库对匹配化合物的ADMET(吸收、分布、代谢、排泄、毒性)特征进行计算分析,通过细胞增殖活性实验对候选化合物的活性进行研究。结果:分析骨质疏松症的表达谱数据集,共获得195个与骨质疏松症相关的差异表达基因,表达量显著上调的基因有127个,表达量显著下调的基因有68个;差异表达基因富集的GO生物过程共有146个;富集的KEGG信号通路共有9条,富集的Reactome基因集共有9个。在L1000数据集中匹配到潜在治疗化合物共10个,分别为己烯雌酚、PLX-4720、美西林、KU-C103428N、土大黄苷、马拉韦罗、奎宁、MST-312、利培酮、CO-102862。通过分子对接研究,发现匹配化合物具有多靶点的特性,与化合物对接活性较好的主要有碳酸酐酶Ⅱ(CAⅡ)、孕酮受体(PGR)、雌激素受体β(ERβ)、骨形态发生蛋白2(BMP2)等骨质疏松症的靶点。通过pkCSM数据库对潜在治疗化合物的ADMET性质计算表明,美西林具有较好的ADME性能和较低的毒性,综合评价较好;细胞增殖实验结果显示20μg/mL的美西林对成骨细胞的增殖效果最为显著。结论:通过L1000数据集,筛选得到的骨质疏松症治疗候选化合物美西林,具有较好的ADMET特征和促成骨细胞增殖的活性。

基于生物信息学筛选银杏叶中的促成骨活性成分

目的通过生物信息学的方法筛选银杏叶中具有促成骨作用的有效成分。方法利用TCMSP平台筛选银杏叶中的有效成分,通过文献查找MAPK和BMP等相关通路上的蛋白,利用Autodock Vina对受体与蛋白进行分子对接,并将对接结果中对接分数排名前20的化合物进行吸收、分布、代谢和排泄和毒性的预测。通过细胞增殖和RT-PCR实验验证胡萝卜苷的促成骨增殖和促进TAK1、AKT1 mRNA表达的效果。结果胡萝卜苷相对于其他化合物,具有较低的肝毒性、较低的突变性以及促进成骨细胞增殖和促进TAK1、AKT1 mRNA的表达等性质。结论银杏叶中胡萝卜苷是一种较好的促成骨活性成分,可为中药银杏叶在骨疾病方面提供思路。

基于虚拟筛选的丹参促成骨化合物筛选及活性验证

目的:借助虚拟筛选技术对丹参促成骨化合物进行筛选并通过体外实验对其活性进行验证。方法:TCMSP数据库查询丹参的活性成分;通过Autodock vina进行分子对接,CCK-8实验考察对细胞的增殖作用,碱性磷酸酶(ALP)活性实验、DAPI-鬼笔环肽双染以及茜素红染色观察促成骨作用。结果:根据分子对接及文献检索最终筛选得到丹参素、丹酚酸B、丹参酮ⅡA和隐丹参酮4种活性成分。CCK-8实验结果显示,丹酚酸B能够促进MC3T3-E1小鼠前成骨细胞的增殖。ALP活性实验发现,丹参素和丹酚酸B能显著增加MC3T3-E1细胞的ALP活性。DAPI-鬼笔环肽双染及茜素红染色实验进一步证明了丹酚酸B对MC3T3-E1细胞具有一定的促成骨作用。结论:通过分子对接技术筛选出来的丹酚酸B在经过活性验证后,证明其具有一定的促成骨作用。

基于QSAR机器学习模型结合“久病致瘀”理论对丹参治疗慢性疼痛的分子机制研究

目的:运用定量结构-活性关系(QSAR)机器学习模型和分子对接技术预测丹参治疗慢性疼痛相关的活性成分,并结合“久病致瘀”理论以及网络药理学探讨丹参治疗慢性疼痛的分子机制。方法:首先通过中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)和人类基因组数据库(GeneCards)收集丹参化学成分和慢性疼痛作用靶点,筛选核心靶标,通过STRING数据库进行蛋白质相互作用(PPI)网络分析;然后对交集靶标进行基因本体(GO)富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析;最后运用QSAR机器学习模型以及分子对接技术筛选丹参治疗慢性疼痛的活性成分和核心靶点。结果:(1)筛选获得丹参与慢性疼痛的交集靶标55个、潜在活性成分55个,通过PPI分析发现丝氨酸/苏氨酸激酶1(AKT1)、表皮生长因子受体(EGFR)、白介素(IL)-6等核心靶标;(2)通过功能富集分析得到细胞组成45个,分子功能87个,生物过程1 450个,信号通路140条,涉及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)、IL-17、缺氧诱导因子1(HIF-1)、环磷腺苷(cAMP)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信号通路;(3)通过QSAR模型和分子对接发现丹参中的鼠尾草呋萘嵌苯、表丹参螺缩酮内脂、salvianan A、异丹参酮Ⅱ和丹酚酸C是治疗慢性疼痛的活性成分。结论:丹参治疗慢性疼痛的活性成分为二萜类化合物,其作用机制可能与调节AKT1介导的信号通路密切相关。