网络药理学与整合生物信息学分析确定PDE1A为吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的关键靶点

Network pharmacology and integrative bioinformatics analyses identify PDE1A as a key target of pirfenidone in idiopathic pulmonary fibrosis.

作者信息Jing Wu, Haseeb Khaliq, Yanyan Ke, Qudrat Ullah, Sheikh Arslan Sehgal, Xue Yi
PMID41961843
期刊PLoS One
发布时间2026-04-10
DOI10.1371/journal.pone.0342991

实验完整度

研究包含网络药理学和生物信息学分析、分子对接、分子动力学模拟和MST实验验证,以及基于公共数据集的表达验证,但缺乏体内外功能实验的直接验证。

主要模型

IPF相关基因数据集(GSE10667、GSE110147、GSE226249) PDE1A蛋白(分子对接与MST实验)

重点核对

GSE226249数据集中IPF组与正常组、IPF+吡非尼酮组与IPF组的样本分组 MST实验中吡非尼酮的浓度范围(1000 µM至0.0305 µM)和Kd值(15.1 μM) 分子对接中PDE1A与吡非尼酮的结合能(-6.4 kcal/mol)及关键氨基酸残基(H219、H263) 分子动力学模拟中的RMSD和RMSF分析结果

摘要

吡非尼酮是一种抗纤维化药物,已被证明可以有效治疗特发性肺纤维化(IPF)。然而,其确切的作用机制和临床疗效仍需进一步研究和验证。本研究首先通过GeneCards数据库鉴定与IPF相关的致病基因。随后通过PubChem和SwissTargetPrediction筛选吡非尼酮的潜在靶点,并通过维恩图分析确定重叠靶点。对潜在靶基因进行富集分析,以确定吡非尼酮作用涉及的关键生物学过程和通路。随后通过GSE10667和GSE110147数据集鉴定主要靶基因。通过分子对接和微量热泳动(MST)预测PDE1A与吡非尼酮的亲和力。最后,通过GSE226249数据集的数据验证吡非尼酮对PDE1A的表达和抗纤维化作用。PDE1A由GeneCards和SwissTargetPrediction鉴定,被发现是吡非尼酮抗纤维化作用的重要介质。富集分析揭示了环核苷酸介导的信号传导和cAMP介导的信号传导等生物学过程。KEGG通路分析进一步将吡非尼酮的活性与钙信号传导、味觉传导、吗啡依赖、肾素分泌和嘌呤代谢等通路联系起来。分子对接、分子动力学(MD)模拟和MST结果揭示了吡非尼酮与PDE1A之间的强结合亲和力。MD模拟显示复合物的稳定性。观察到复合物的RMSD分析在整个模拟过程中稳定在0.6至0.8 nm之间,但RMSF显示波动极小。GSE226249数据集的数据证实,PDE1A的上调促进纤维化,而吡非尼酮下调PDE1A,从而发挥其抗纤维化作用。吡非尼酮通过PDE1A介导抑制IPF的进展,为其治疗机制提供了见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的确切分子机制和关键靶点是什么?
核心机制
吡非尼酮通过下调PDE1A表达,从而抑制纤维化进程。
主要证据
通过网络药理学分析确定PDE1A为潜在靶点,分子对接和MST实验证实吡非尼酮与PDE1A结合(Kd=15.1 μM),GSE226249数据集显示吡非尼酮处理降低PDE1A表达。
研究意义
研究结果为吡非尼酮治疗IPF的临床应用提供了实验基础,并为理解其作用机制提供了新线索,为IPF的精准医疗开辟了新途径。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

基于数据库挖掘的IPF相关基因和吡非尼酮靶点鉴定

识别IPF相关的致病基因和吡非尼酮的潜在作用靶点

使用GeneCards数据库检索IPF相关基因,使用PubChem和SwissTargetPrediction预测吡非尼酮的潜在靶点,并通过维恩图分析确定重叠靶点。

2

功能富集分析

探究潜在靶点涉及的生物学过程和通路

利用Metascape平台对重叠靶点进行GO和KEGG通路富集分析。

3

核心靶基因的确定与表达验证

从候选靶点中确定核心靶基因,并验证其在IPF中的表达差异

通过GSE10667和GSE110147数据集鉴定差异表达基因,并与药物靶点结合确定核心靶基因PDE1A,进一步在数据集中验证其表达水平,并进行ROC曲线分析。

4

分子对接与分子动力学模拟

预测并评估吡非尼酮与PDE1A的结合模式和稳定性

使用AutoDock Vina进行分子对接,使用GROMACS进行200 ns的分子动力学模拟,分析RMSD、RMSF、Rg、SASA、氢键和结合自由能。

5

微量热泳动(MST)实验验证结合亲和力

实验验证吡非尼酮与PDE1A的结合亲和力

使用MST技术测定吡非尼酮与PDE1A的结合亲和力,包括蛋白标记、荧光检测和结合亲和力测量。

6

数据集验证吡非尼酮对PDE1A表达的影响

验证PDE1A在IPF中的表达变化及吡非尼酮对PDE1A表达的影响

分析GSE226249数据集,比较正常组、IPF组和IPF+吡非尼酮组中PDE1A的表达水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

靶点与差异基因筛查
表达验证与统计分析

产品清单

实验环节名称品牌货号
PDE1A重组蛋白SinoBiologicalP89-30H
吡非尼酮SelleckS2907
RED-tris-NTA染料----
AutoDock Vina--1.2.5
GROMACS----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
靶点与差异基因筛查
数据库版本和筛选阈值,GEO数据集样本分组(正常、IPF、IPF+吡非尼酮)
阅读提示:Materials and methods:GeneCards数据库检索、PubChem和SwissTargetPrediction靶点预测、GEO数据集样本分组
功能富集分析
富集分析平台(Metascape)、统计阈值(富集分数>1.5,最小重叠≥3个基因,Benjamini-Hochberg校正)
阅读提示:Materials and methods:Functional enrichment analysis
分子相互作用分析
PDE1A蛋白结构(AlphaFold3预测,UniProt ID: P5475)、吡非尼酮结构(PubChem CID: 40632)、分子对接软件及参数、MST实验条件(配体浓度范围、Kd值)
阅读提示:Materials and methods:Molecular docking、Molecular dynamics simulations、MicroScale Thermophoresis (MST) assay
表达验证与统计分析
GEO数据集(GSE226249)的样本分组、统计方法(one-way ANOVA, Tukey's post hoc test)
阅读提示:Materials and methods:Validation of PDE1A expression in the GSE10667, GSE110147, and GSE226249 datasets、Statistical analysis