基于网络药理学和PI3K-Akt通路调控实验验证的紫草油治疗特应性皮炎机制探索

Exploration of the mechanism of Lithospermum erythrorhizon oil in treating atopic dermatitis based on network pharmacology and experimental validation of the PI3K-Akt pathway regulation.

作者信息Weisheng Hu, Yinlan Wang, Yingjie Zhou, Junbao Shi, Zengyan Li, Xiaoling Jiang, Qinyuan Wu, Changming Zhong, Huilan Weng, Sijie Ouyang, Yuan Jing, Xianxiang Cai, Mingda Ye, Ning Huang
PMID39906865
期刊Heliyon
发布时间2025-01-10
DOI10.1016/j.heliyon.2025.e41707

实验完整度

包含网络药理学预测、PPI网络、GO/KEGG富集、基因-miRNA网络分析及DNCB诱导AD小鼠模型的体内实验验证,涵盖症状评分、组织病理、ELISA和Western blot。

主要模型

DNCB诱导的BALB/c小鼠AD模型

重点核对

网络药理学筛选条件:OB≥30%、符合类药五规则、Probability>0 DNCB诱导AD模型:0.5%和1.0% DNCB溶液,第1-3天200μL 0.5%致敏,第4、7天起100μL 1.0%激发,后续隔周激发 药物干预:紫草油200μL每日两次涂于背部皮损,持续两周 阳性对照:1%吡美莫司乳膏50mg每日两次,持续两周 检测指标:皮肤病变评分(EASI)、HE染色、ELISA(IL-4、IL-13)、Western blot(PI3K、p-PI3K、Akt、p-Akt)

摘要

Objective: This study aimed to explore the molecular mechanisms of Lithospermum erythrorhizon oil in treating atopic dermatitis (AD), with a particular focus on its regulatory effect on the PI3K-Akt signaling pathway.Methods: Utilizing a network pharmacology approach integrated with experimental validation, we identified active components and potential targets of Lithospermum erythrorhizon oil via TCMSP, ChemSrc, PubChem, and PharmMapper. Common targets were selected by intersecting these with AD-related targets from GeneCards. A protein-protein interaction (PPI) network was built using STRING, and functional analysis Gene Ontology (GO) and pathway enrichment Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) were performed on Metascape. A Gene-miRNA regulatory network was constructed on miRTarBase and NetworkAnalyst, with miRNA functions annotated by miEAA. An AD mouse model induced by DNCB was established to evaluate Lithospermum erythrorhizon oil's therapeutic efficacy, its influence on inflammatory markers, and the PI3K-Akt pathway.Results: Fifteen common targets were found to be crucial in AD pathogenesis. The PPI network, constructed using STRING, revealed interactions among 13 nodes and 42 edges, with Cytoscape analysis highlighting 10 core targets. GO and KEGG analyses were significant in biological processes like cell migration and inflammatory response regulation, and in pathways such as IL-17 signaling and PI3K-Akt signaling. The Gene-miRNA network suggested Lithospermum erythrorhizon oil may regulate miRNAs like hsa-mir-124-3p and hsa-let-7b-5p. Experimental results showed that Lithospermum erythrorhizon oil significantly improved AD symptoms in mice, reduced IL-4 and IL-13 levels, and decreased p-PI3K, p-PI3K/PI3K, p-Akt, and p-Akt/Akt expression, inhibiting PI3K-Akt pathway activation.Conclusion: Lithospermum erythrorhizon oil exerts multi-target, multi-pathway therapeutic effects in AD, potentially through suppressing Th2-mediated immune responses and the PI3K-Akt signaling pathway, suggesting novel avenues for AD treatment strategies.

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
紫草油治疗特应性皮炎(AD)的分子机制,特别是其对PI3K-Akt信号通路的调控作用。
核心机制
紫草油通过抑制PI3K-Akt信号通路的激活,降低Th2型细胞因子IL-4和IL-13的水平,从而减轻AD的炎症反应。
主要证据
网络药理学预测及DNCB诱导AD小鼠模型实验验证显示,紫草油显著降低皮肤病变评分,减少表皮增厚和炎症浸润,并降低IL-4、IL-13水平及p-PI3K、p-PI3K/PI3K、p-Akt、p-Akt/Akt表达。
研究意义
为紫草油作为AD潜在治疗药物提供理论基础,并提示靶向PI3K-Akt通路可能为AD治疗提供新策略。

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

网络药理学靶点预测

预测紫草油的活性成分及其潜在作用靶点。

利用TCMSP、ChemSrc、PubChem、PharmMapper数据库筛选紫草油活性成分靶点,通过UniProt标准化,筛选条件为OB≥30%、符合类药五规则、Probability>0。

2

获取紫草油与AD的共同靶点

识别紫草油与AD相关的共同靶点。

从GeneCards数据库获取AD相关靶点,与紫草油靶点进行匹配,得到15个共同靶点。

3

构建PPI网络并筛选核心靶点

揭示共同靶点间的相互作用,识别核心靶点。

将共同靶点导入STRING数据库构建PPI网络,利用Cytoscape进行可视化及拓扑分析,筛选出10个核心靶点。

4

GO功能和KEGG通路富集分析

分析共同靶点的生物学功能和参与的信号通路。

利用Metascape平台进行GO生物过程和KEGG通路富集分析。

5

构建基因-miRNA调控网络

预测紫草油通过miRNA调控靶基因的可能机制。

从miRTarBase获取miRNA-基因互作数据,通过NetworkAnalyst构建网络,并利用miEAA进行miRNA的GO和KEGG富集分析。

6

建立AD小鼠模型

验证紫草油的体内治疗效果。

使用DNCB诱导BALB/c小鼠AD模型,通过症状和病理变化确认模型成功。

7

分组及药物干预

评估紫草油对AD小鼠的治疗作用。

将模型小鼠随机分为空白组、模型组、阳性对照组和治疗组,进行紫草油或吡美莫司乳膏局部治疗。

8

皮肤病变评分及组织病理学评估

评估紫草油对AD皮肤病变的改善作用。

在实验第14天和28天进行皮肤病变评分,HE染色观察组织病理变化。

9

ELISA检测炎症因子

检测紫草油对Th2型细胞因子IL-4和IL-13的影响。

取小鼠皮肤组织匀浆,用ELISA试剂盒检测IL-4和IL-13浓度。

10

Western blot检测通路蛋白

验证紫草油对PI3K-Akt通路蛋白表达的影响。

提取皮肤组织总蛋白,通过Western blot检测PI3K、p-PI3K、Akt和p-Akt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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
紫草油--Z0510402
1%吡美莫司乳膏MEDA PharmaH20170004
小鼠IL-4 ELISA试剂盒BiosdeeEK0405
小鼠IL-13 ELISA试剂盒BiosdeeEK0425
PI3激酶p110δ多克隆抗体Proteintech21708-1-AP
AKT多克隆抗体Proteintech10176-2-AP
磷酸化PI3激酶p110δ (Tyr524)抗体Biossbs-5587R
磷酸化Akt (Thr308)抗体Biossbs-2720R
常规蛋白分子量标准品(10-180 kDa)Wuhan SanyingPL00001
SDS-PAGE凝胶制备试剂盒BosterAR0138
Tris-甘氨酸-SDS电泳缓冲液(1×粉末)BosterAR0139
BCA蛋白定量试剂盒BosterAR0146
增强型RIPA裂解液BosterAR0102
蛋白酶抑制剂BosterAR1178
广谱磷酸酶抑制剂混合物(100×)BosterAR1183
Western一抗二抗稀释液BosterAR1017
快速转膜液BosterAR0042
TBS-T(含0.05% Tween-20)洗涤缓冲液BosterAR-0195
SDS-PAGE蛋白上样缓冲液(5×)BeyotimeP0015L
Western一抗二抗去除液(强碱性)BeyotimeP0025-1L
Immobilon®-PSQ PVDF膜,0.2 μmMerckISEQ00010
超灵敏化学发光检测试剂盒UyardS6010L
FRESCO17高速冷冻离心机Thermo Fisher Scientific--
YHM-10002电子天平Huizhou Yingheng Electronic Technology Co., Ltd.--
O71690K 0.5–10μl移液器Eppendorf--
J14538K 10-100μl移液器Eppendorf--
H41141L 100-1000μl移液器Eppendorf--
THZ-98C恒温摇床Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.--
AMR-100酶联免疫吸附测定仪Hangzhou Aosheng Instrument Co., Ltd.--
Opticlean-1300层流超净台Licon Bio-Medical Co.--
JID-17R冷冻离心机Guangzhou Jidi Instrument Co., Ltd.--
DYCP-31DN琼脂糖凝胶水平电泳仪Beijing Liuyi Biotechnology Co., Ltd.--
WP-UP-YJ-10实验室超纯水系统Sichuan Woteer Water Treatment Equipment Co., Ltd.--
IMS-30自动雪花制冰机Changshu Shuke Electric Appliance Co., Ltd.--
JXFTPRP-48研磨仪Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd.--
ND-100c超微量紫外可见分光光度计Hangzhou Mio Instruments Co., Ltd.--
凝胶玻璃板、固定夹Bio-Rad Laboratories--

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
网络药理学靶点预测
筛选标准(OB≥30%、类药五规则、Probability>0)、数据库版本、物种限定
阅读提示:Methods 2.1
共同靶点获取
GeneCards数据库关键词及筛选条件、Venny软件版本
阅读提示:Methods 2.2
PPI网络构建
STRING数据库参数(置信度≥0.4)、Cytoscape版本及插件
阅读提示:Methods 2.3
富集分析
Metascape平台参数(物种、FDR阈值)
阅读提示:Methods 2.4
基因-miRNA网络
miRTarBase版本、NetworkAnalyst参数、miEAA的FDR阈值
阅读提示:Methods 2.5
AD小鼠模型建立
小鼠品系、性别、年龄、体重、DNCB浓度和给药方案(第1-3天0.5% 200μL,第4、7天及之后1.0% 100μL)
阅读提示:Methods 2.6.4
药物干预
紫草油浓度和剂量(200μL每日两次)、阳性对照(50mg吡美莫司乳膏每日两次)、给药时间(两周)
阅读提示:Methods 2.6.5
皮肤病变评分
EASI评分标准、评分时间点(第14天和第28天)
阅读提示:Methods 2.6.6
组织病理学
固定液(10%福尔马林)、染色方法(HE)、观察倍数(×40)
阅读提示:Methods 2.6.7
ELISA检测
组织匀浆制备方法、试剂盒品牌及货号、操作步骤
阅读提示:Methods 2.6.8
Western blot检测
蛋白提取方法、上样量、抗体信息(品牌、货号、稀释比例)、显色方法
阅读提示:Methods 2.6.9
统计方法
统计软件(GraphPad Prism 9)、检验方法(ANOVA、Kruskal-Wallis等)、显著性水平(P<0.05)
阅读提示:Methods 2.7