IF:8.3,血清化学+网络药理学+SPR验证，解析中药瓜蒌改善COPD的多靶点机制！

题目：基于血清化学成分分析、网络药理学及实验研究瓜蒌抗COPD作用机制

英文名：Study on the mechanism of Trichosanthes kirilowii Maxim. against COPD based on serum chemical composition analysis, network pharmacology, and experimental study

杂志：Phytomedicine

影响因子：8.3

发表时间：2025年2月22日

研究背景：慢性阻塞性肺病（COPD）是一种以气流受限为特征的疾病，全球死亡率居第三。目前临床治疗主要依赖缓解症状的支气管扩张剂，但无法根治且副作用多。中药在治疗COPD方面显示出潜力，瓜蒌（Trichiosanthis Pericarpium，TP）作为清热化痰的代表药物，临床应用广泛，但其有效成分及作用机制尚不明确。

研究思路：本文通过血清化学成分分析预测瓜蒌中的潜在活性成分，利用网络药理学和分子对接技术预测作用靶点及通路，并通过体内外实验验证其药理作用，最后采用表面等离子共振（SPR）技术确定关键作用靶点，系统阐明瓜蒌对COPD的药理基础及作用机制。

 

研究结果：

1、瓜蒌血清化学成分和总黄酮的定性分析

在血液中鉴定出11种瓜蒌成分，其中大多数为黄酮类，包括槲皮素-3-O-β-芸香糖苷、Diosmetin、Chrysoeriol、木犀草素、木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖苷、芹菜素、芹菜素-7-葡萄糖苷、Diosmetin-7-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-α-D-核苷。更详细的信息列于图2和补充数据的表S4中。这一发现表明，瓜蒌的药效物质基础与其含有的黄酮类化合物密切相关，为该领域的进一步研究提供了基础。利用多反应监测模式并与标准物质比较，对TPTF的成分进行了评估。已鉴定的成分包括羟基苯甲酸、槲皮素-3-O-β-芸香糖苷、Diosmetin-7-葡萄糖苷、槲皮素、木犀草素-7-O-D-葡萄糖苷、Shannai酚、槲皮素、木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖苷、香草酸、芹菜素、Diosmetin。此外，对比分析表明，血清化学成分分析中检测的物质与TPTF高度一致，表明预期的黄酮定向分离已有效完成，为后续实验奠定了基础。

 

 

图1

3、TPTF在LPS和CSE刺激的BEAS-2B细胞中的保护作用

通过MTT法测定TPTF在20-100μg/ml范围内的细胞毒性。结果表明，在20-50μg/ml范围内无显著细胞毒性（图3A）。通过MTT法测定TPTF对CSE诱导的BEAS-2B细胞毒性的保护作用，5-50μg/ml的TPTF可逆转CSE诱导的细胞损伤（图3A）。此外，建立了两种细胞损伤模型以尽可能全面地模拟COPD中的上皮细胞损伤。在1%CSE刺激的BEAS-2B细胞中，IL-1β、IL-6和MUC5AC的mRNA水平显著升高，而TPTF降低了这些细胞因子的表达（图3B）。在5μg/mlLPS刺激的BEAS-2B细胞中，TPTF表现出相同的保护作用（图3C）。

 

图2

4、TPTF对COPD小鼠肺部炎症和黏液分泌的保护作用

建立COPD小鼠模型后，肺组织的肺泡完整性被破坏，导致肺大疱形成（图4A）。与模型组相比，TPTF给药组（COPD+TPTF-l组和COPD+TPTF-H组）肺泡间隔破裂减少，肺泡完整性改善。与此同时，TPTF给药组还显著减轻了模型诱导的气道基底层增厚、生化杯状细胞增多和气道炎症细胞浸润（图4A）。此外，AB-PAS染色结果显示，COPD模型小鼠气道黏蛋白分泌显著增加，而TPTF给药组显著减少（图4A）。与此一致，与黏蛋白合成和分泌密切相关的MUC5AC的过表达与模型组相比也被TPTF给药抑制（图4B和C）。这些结果表明，TPTF可以抑制COPD小鼠的肺损伤和黏液分泌。

考虑到炎症是COPD发展的主要病理机制，我们分析了肺组织中各种炎症因子的表达水平。结果表明，模型组中IL-1β、IL-6和IL-13的mRNA水平显著升高，而TPTF以剂量依赖性方式降低了这些高水平（图4B）。与观察到的mRNA水平一致，IL-1β、IL-6和IL-13的蛋白水平也呈现类似趋势，经CSE诱导后升高，随后经TPTF干预后降低（图4C）。总之，这些结果表明，TPTF可能通过抗炎途径有助于减轻肺损伤、减少黏液高分泌和减轻炎症。

 

图3

5、靶点收集、PPI网络构建与分析

利用SwissTargetPrediction平台预测TPTF的靶点。对数据进行系统汇总和去重后，共得到173个靶点（图5A）。在数据库中搜索与COPD相关的靶点。合并数据并去除重复和低分值后，建立了2427个COPD靶点数据库。两个靶点数据库的交集显示95个潜在治疗靶点（图5B）。将95个潜在靶点上传至STRING11.0数据库构建PPI网络（图5C），然后使用Cytoscape软件重建。在该网络中，节点大小对应度值，表明每个靶点的重要性。确定的十个最突出的节点（TNF、TP53、AKT1、SRC、EGFR、ESR1、PTGS2、MMP9、PIK3CA和BCL2L1）被归类为主要治疗靶点（图5C）。GO富集和KEGG通路分析：利用DAVID平台进行GO富集和KEGG通路分析。生物过程（BP）、分子功能（MF）和细胞组分（CC）的前30个术语分别在不同图中呈现（图5D、5E、5F）。此外，靶点在KEGG分析中的前30个信号通路的详细信息如图所示（图5G）。主要通路包括癌症通路（hsa05200）、PI3K-Akt信号通路（hsa04151）、非小细胞肺癌（hsa05223）、VEGF信号通路（hsa04370）和小细胞肺癌（hsa05222）（图5E）。

 

图4

6、分子对接

基于瓜蒌血清化学成分的定性分析和TPTF的定性分析，关键成分为槲皮素、Diosmetin、Shannai酚、芹菜素及其糖苷。此外，关键靶点为EGFR、MMP9、BCL2L1和PIK3CA。使用AutoDockTools对它们进行分子对接研究，获得16个对接结果（图6A）。结合能越低，表明该成分与靶点的亲和力越强。所有组的结合能均小于-7.1（详细数据见图6），表明成分之间的结合可以自发发生。因此，使用PYMOL软件将16种对接模式可视化，如图6B、6C、6D和6E所示。

 

图5

TPTF对EGFR信号通路的影响：网络药理学研究揭示了表皮生长因子受体（EGFR）这一PI3K/AKT（磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B）信号通路上游靶点的重要发现。结果验证表明，CSE确实导致肺组织中EGFR显著增加。相反，TPTF显著降低了EGFR的表达水平（图7A和7B）。此外，CSE可显著升高小鼠肺中PI3K和AKT的磷酸化水平，而TPTF逆转了AKT的磷酸化水平，并具有降低PI3K磷酸化的趋势（图7C、7D、7E和7F）。此外，由于CES，IL-13的表达升高，以及嗜酸性粒细胞趋化因子（Eotaxin，IL-13的下游效应物，详细信息见图S2），这会导致气道嗜酸性粒细胞浸润并诱导呼吸道炎症（Berkman，2001）。STAT3是一种重要的炎症调节因子，不仅是EGFR、IL-6和IL-13的重要下游信号分子，还调节IL-13的表达。为了评估TPTF对STAT3的潜在影响，我们分析了STAT3的表达和磷酸化水平，发现CSE可显著增加磷酸化STAT3和STAT3的水平。相反，TPTF显著降低了p-STAT3的表达（图7G和图7H）。因此，TPTF似乎通过抑制EGFR/STAT3信号通路来减轻炎症和肺损伤。

 

图6

7、SPR实验结果

为了研究哪些物质可以特异性结合EGFR受体并下调EGFR表达，我们采用SPR技术评估物质与EGFR的亲和力。SPR提供高精度、实时和无标记的测量，是评估分子相互作用的强大工具。九种小分子（槲皮素、Diosmetin、Shannai酚、芹菜素、及其糖苷等）在不同梯度浓度（25、12.5、6.25、3.125、1.25μM）下与芯片上的EGFR进行测试，测量并拟合结合能和KD值。在测试的九个小分子中，三个分子与EGFR表现出快速结合和快速解离模式（图8）。它们的KD值分别为1.591×10⁻⁵M、3.589×10⁻⁵M和3.234×10⁻⁵M，表明这些化合物可以明确结合EGFR。槲皮素-3-O-β-芸香糖苷与EGFR的结合能力优于槲皮素，芹菜素-7-O-葡萄糖苷优于芹菜素，木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖苷优于木犀草素，它们都是一对黄酮苷及其苷元，这说明黄酮苷在结合亲和力方面优于苷元。

 

图7

总结：本研究通过多学科整合方法，揭示了瓜蒌中总黄酮（TPTF）通过抑制EGFR/PI3K/AKT和EGFR/STAT3信号通路，减轻COPD炎症和黏液高分泌的机制，为开发新型COPD治疗药物提供了理论依据。星生物深耕生信分析十余载，有丰富的实验方案、完善的下游验证、机制研究服务，一对一专属服务为您排忧解难，助您轻松应对毕业和晋升！