基于网络药理学及实验验证探讨甘草苷治疗帕金森病的作用机制

目的应用网络药理学方法预测和分析甘草苷治疗帕金森病的作用机制,并选取凋亡信号通路进行细胞水平实验验证。方法从BATMAN-TCM、PharmMapper、SEA、SuperPred、SwissTargetPrediction等数据库获取甘草苷的作用靶点,从OMIM、GeneCards、CTD等数据库获取帕金森病相关基因。将甘草苷的预测靶点和帕金森病相关基因取交集,通过Cytoscape软件利用交集靶点构建“药物-靶点-疾病”网络并进行可视化;运用Cytoscape软件的BisoGenet插件对交集靶点构建PPI网络,通过CytoNCA插件进行拓扑学计算并经度中心性(Degree centrality,DC)和中介中心性(Between centrality,BC)两步筛选获得核心PPI网络;采用R软件运行Bioconductor程序包进行GO和KEGG富集分析;运用Cytoscape软件构建“基因-通路”网络,筛选出网络的关键靶点,并将其与甘草苷进行分子对接;采用Western blot方法验证甘草苷对6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)诱导的SH-SY5Y细胞Caspase-3、Bax、Bcl-2、p-PI3K和p-AKT等凋亡通路关键蛋白表达与活化的调控作用。结果共获得甘草苷靶点343个,帕金森病相关基因1328个,二者交集靶点为46个;经拓扑学分析获得核心PPI网络,包含108个节点和2298条边;GO功能分析得到的1543个条目主要与凋亡调控、细胞周期与节律、DNA合成及分解代谢有关;凋亡、PI3K-AKT、NF-κB、TGF-β、HIF-1、FoxO等97条KEGG信号通路被显著富集;“基因-通路”中筛选的关键蛋白及分子对接结果显示TP53、AKT1及RELA可能是甘草苷治疗帕金森病的关键靶点;Western blot结果显示,与6-OHDA组相比,给与甘草苷处理后Bax和Cleaved-Caspase-3的表达水平明显减少(P<0.05),Bcl-2的表达水平显著增加(P<0.01);p-PI3K和p-AKT磷酸化水平明显增多(P<0.01)。结论网络药理学分析提示甘草苷可通过调控多种生物学过程和相关信号途径治疗帕金森病;细胞水平实验证明了甘草苷对6-OHDA损伤神经细胞的保护作用,并初步证实了其对凋亡信号通路的调控作用,为进一步阐明甘草苷治疗帕金森病的分子机制奠定了基础。

基于网络药理学和分子对接探讨炙黄芪拮抗阿霉素心肌损伤的机制研究

目的:基于网络药理学和分子对接技术探讨黄芪拮抗阿霉素心肌损伤“多成分-多靶点-多途径”的整体药理作用特征和具体机制,并选取JNK和凋亡信号通路进行细胞水平实验验证。方法:以网络药理学为手段,通过中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)检索并筛选黄芪的活性成分,并结合PharmMapper获取其对应的靶点;通过GeneCards、OMIM、DrugBank和PharmGKB数据库检索阿霉素心肌损伤相关靶点;对交集靶点通过STRING数据库与Cytoscape软件构建“黄芪有效成分-靶点”网络及“蛋白质-蛋白质互作”网络并依据拓扑学分析进行核心网络筛选;通过R软件对核心网络基因进行GO和KEGG富集分析;利用Cytoscape软件构建“信号通路-靶点”网络并根据连接度筛选核心靶点;利用AutoDock软件进行目标成分与关键靶点的分子对接,采用PyMOL软件对最优结果进行可视化。采用Western blot法验证炙黄芪对阿霉素诱导的AC16细胞JNK、c-Jun、c-Fos蛋白表达及其磷酸化水平和凋亡相关蛋白Caspase-3、BAX和BCL-2表达与活化的调控作用。结果:筛选出黄芪活性成分33个,对应280个无重靶点;获得阿霉素心肌损伤相关基因1368个;二者交集靶点为138个,映射了黄芪25个有效成分;“黄芪有效成分-靶点”网络中靶点最多的前10位成分为槲皮素、山柰酚、芒柄花黄素、7-O-甲基异丁香酚、异鼠李素、毛蕊异黄酮、(Z)-1-(2,4-二羟基苯基)-3-(4-羟基苯基)丙基-2-烯-1-酮、黄芪甲苷I、黄芪甲苷IV、3,9-二-O-黄芪紫檀烷。由STRING数据库对交集靶点构建的PPI网络经拓扑学筛选得到了包括MAPK8、MAPK1、AKT1、MAPK14等23个靶点构成的核心PPI网络;对核心网络靶点的GO分析得到1806个条目,KEGG分析共富集到包括MAPK信号通路、TNF信号通路、凋亡信号通路等137条通路。“信号通路-靶点”网络结果显示,MAPK8、MAPK1、AKT1、MAPK14为具有最高连接度的核心靶点。分子对接显示,黄芪靶点最多的前10位有效成分与4个核心靶点的结合能均<-7.0 kcal/mol。炙黄芪400、500μg/mL可明显增加损伤的心肌组织的存活率,Western blot结果显示,与阿霉素组相比,给予炙黄芪处理后损伤的心肌细胞p-JNK/JNK、p-c-Jun/c-Jun、p-c-Fos/c-Fos、BAX和cleaved-Caspase-3/Caspase-3表达明显下调(P<0.05或P<0.01),BCL-2表达明显上调(P<0.05)。结论:黄芪可通过多种机制拮抗阿霉素心肌损伤,其多种成分通过作用于MAPK信号通路中多个核心基因而抑制心肌细胞凋亡,这可能是黄芪发挥对阿霉素损伤心肌保护作用的主要机制。