网络药理学、分子对接和非靶向代谢组学揭示清肺通络膏改善呼吸道合胞病毒肺炎的多靶点效应的分子机制

Network pharmacology, molecular docking, and untargeted metabolomics reveal molecular mechanisms of multi-targets effects of Qingfei Tongluo Plaster improving respiratory syncytial virus pneumonia.

作者信息Mengfei Yang, Xiuying Zhang, Qing Liu, Yongxue Wang
PMID39606255
发布时间2024-07-29
DOI10.1016/j.chmed.2024.07.007

实验完整度

包含网络药理学预测、分子对接验证、RSV大鼠模型体内实验(HE染色、ELISA、Western blot)及血清代谢组学分析等多个独立证据层级,并进行了功能与机制验证。

主要模型

RSV感染SD大鼠模型 HEp-2细胞(用于病毒扩增) GSE6802、GSE77087、GSE38900数据集

重点核对

RSV-long株滴度:10 TCID50(10^-3)病毒液100 μL,经鼻内接种连续3天 QFP给药剂量:10.5 g/kg(生药量),外敷背部30分钟,每天1次,连续5天 大鼠品系、性别和体重:雄性SD大鼠,体重50-70 g Western blot检测PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT、HIF-1α、NOS2蛋白表达

摘要

目的:清肺通络膏(QFP)是一种改良的中医院内制剂,因其在治疗呼吸道合胞病毒(RSV)肺炎方面具有良好的临床疗效、便利性、经济性和患者依从性,是一种有吸引力的治疗选择。本研究旨在从减轻肺部炎症的角度探讨QFP对RSV大鼠的作用机制,并进一步探讨QFP影响下RSV大鼠血清代谢物和代谢通路的变化。方法:本研究采用网络药理学方法和分子对接结合分子生物学和代谢组学从多维角度筛选和验证治疗靶点。利用开放的在线数据库推测有效成分和疾病的基因靶点。然后,我们使用String数据库检查药物和疾病共同靶点的基本相互作用。进行在线富集分析以预测功能通路。应用分子对接来发现必需成分与关键基因靶点之间的结合模式。最后,我们在RSV诱发的大鼠肺炎模型中证明了QFP的抗炎能力,并结合代谢组学结果解释了其机制。结果:共确定19个关键靶点为核心靶点:肿瘤坏死因子(TNF)、诱导型一氧化氮合酶2(NOS2)、丝裂原活化蛋白激酶14(MAPK14)、G1/S特异性细胞周期蛋白-D1(CCND1)、信号转导和转录激活因子1-α/β(STAT1)、原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src(SRC)、细胞肿瘤抗原p53(TP53)、白细胞介素-6(IL6)、缺氧诱导因子1-α(HIF1A)、RAC-α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT1)、信号转导和转录激活因子3(STAT3)、热休克蛋白HSP 90-α(HSP90AA1)、酪氨酸蛋白激酶JAK2(JAK2)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1(CDKN1A)、丝裂原活化蛋白激酶3(MAPK3)、表皮生长因子受体(EGFR)、myc原癌基因蛋白(MYC)、蛋白c-Fos(FOS)和转录因子p65(RELA)。QFP主要通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/RAC AKT通路、HIF-1通路、IL-17通路、TNF通路和MAPK通路治疗RSV肺炎。动物实验证明QFP能有效改善RSV诱导的肺部炎症。QFP治疗共有28种代谢物发生显著变化,其中4条代谢通路与网络药理学分析的KEGG通路一致,提示它们可能是与治疗相关的关键过程。结论:这些结果为QFP作为一种有前景的抗RSV药物的作用机制提供了重要的见解。

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
清肺通络膏治疗呼吸道合胞病毒肺炎的作用机制是什么?包括其关键活性成分、核心靶点和代谢通路。
核心机制
QFP可能通过抑制PI3K/AKT信号通路(主要作用于AKT磷酸化)及其下游HIF-1α和NOS2的表达,减轻RSV诱导的肺部炎症,并调节脂质和氨基酸代谢(如亚油酸代谢、花生四烯酸代谢)来改善炎症反应。
主要证据
网络药理学预测19个核心靶点(如AKT1、EGFR、IL6),分子对接显示芹菜素、黄芩素、大黄素等与多个靶点结合;动物实验中QFP降低肺指数、病理评分和血清IL-6水平,抑制p-AKT、HIF-1α和NOS2蛋白表达;代谢组学发现28种差异代谢物,富集到亚油酸代谢、花生四烯酸代谢等通路。
研究意义
QFP作为一种有前景的抗RSV药物,其多靶点、多通路的作用机制可能为儿童RSV肺炎提供有效的治疗选择,并有助于理解中药复方的作用机理。

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

网络药理学预测

预测QFP的潜在活性成分和RSV肺炎的疾病靶点,筛选共同靶点。

通过TCMSP和SwissTargetPrediction筛选QFP(大黄和黄芩)的活性成分(满足分子量<500、1<LogP<3等条件),获得398个药物靶点;通过OMIM、GeneCards、DrugBank和GEO(GSE6802, GSE77087, GSE38900)获得RSV肺炎相关靶点,取交集得到131个共同靶点。

2

PPI网络和富集分析

分析共同靶点的蛋白质相互作用,并富集与治疗相关的生物学通路。

使用STRING数据库构建PPI网络,Cytoscape软件进行可视化,CytoNCA插件筛选核心靶点(Degree、CC、BC超过中位数1倍);DAVID和Metascape进行GO和KEGG富集分析,识别关键信号通路。

3

分子对接验证

验证核心活性成分与核心靶点之间的结合活性。

从PDB获取靶蛋白结构,从TCMSP获取小分子配体结构,使用PyMOL去除水和配体,AutoDock 4.2进行分子对接,以结合自由能<−20.92 kJ/mol为有效。绘制热图和可视化。

4

动物实验验证

验证QFP对RSV肺炎大鼠的体内治疗效果,评估肺部炎症和关键蛋白表达。

21只雄性SD大鼠随机分为正常组、模型组、QFP组(每组6只)。模型组和QFP组经鼻内接种10 TCID50病毒液100 μL,连续3天;QFP组外敷QFP(10.5 g/kg)30分钟/天,连续5天。检测肺指数、HE染色病理评分、ELISA检测血清IL-6、Western blot检测PI3K/AKT通路、HIF-1α、NOS2蛋白。

5

血清代谢组学

分析QFP治疗对RSV大鼠血清代谢谱的影响,鉴定差异代谢物和相关代谢通路。

采集血清样本,使用UPLC-Q-TOF-MS进行代谢组学分析,经数据预处理和多元统计分析(OPLS-DA)鉴定差异代谢物(VIP>1,P<0.05),并进行通路富集分析(MetaboAnalyst)。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Agilent 1290 infinity UPLC液相色谱仪Agilent--
Triple TOF 5600+质谱仪AB SCIEX--
ACQUITY UPLC BEH Amide色谱柱Waters--
乙酸铵Sigma70221
甲醇Merck144282
大鼠IL-6 ELISA试剂盒Signalway AntibodyEK0519
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白浓度测定试剂盒BeyotimeP0009
聚偏二氟乙烯膜MilliporeIPVH00010
PI3K P85抗体Proteintech Group, Inc60225-1-Ig
p-PI3K P85抗体abclonalAP0854
AKT抗体Cell Signaling Technology9272
p-AKT抗体Cell Signaling Technology9271S
HIF-1α抗体CusabioCSB-PA000432
NOS2抗体CusabioCSB-PA003464
β-actin抗体Abcamab8227
山羊抗兔IgG-HRPThermo Fisher Scientific31460
大黄--2206063
黄芩--2207011
异氟烷----

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
QFP制备
药材(大黄和黄芩)的批次、提取溶剂(70%乙醇)、料液比、提取时间和次数
阅读提示:Materials and Methods 2.3.1
RSV生产和滴度
RSV-long株来源、在HEp-2细胞中扩增、TCID50测定
阅读提示:Materials and Methods 2.3.2
动物模型建立
动物品系(SD大鼠)、性别(雄性)、体重(50-70 g)、分组(正常、模型、QFP)、病毒接种剂量(10 TCID50/100 μL)、接种途径(滴鼻)、接种天数(连续3天)
阅读提示:Materials and Methods 2.3.3
QFP给药
QFP剂量(10.5 g/kg)、给药方式(外敷背部)、贴敷时间(30分钟)、给药天数(连续5天)
阅读提示:Materials and Methods 2.3.3
Western blot
一抗和二抗的稀释比例、封闭条件、孵育时间
阅读提示:Materials and Methods 2.3.7
血清代谢组学
样本制备、色谱条件、质谱条件和数据处理参数(VIP>1,P<0.05)
阅读提示:Materials and Methods 2.4