代谢组学结合分子对接与动力学模拟研究黄连藤(Fibraurea recisa Pierre)治疗慢性荨麻疹的作用机制

Metabolomics combined with molecular docking and dynamics simulation to investigate the mechanism of action of Fibraurea recisa Pierre in the treatment of chronic urticaria.

作者信息Tian Xiao, Jie Tao, Jiaoyang Tan, Zhourong Zhao, Liping Yang, Chao Zhang, Xiaohua Duan
PMID40469983
发布时间2025-05-21
DOI10.3389/fphar.2025.1571819

实验完整度

包含大鼠模型、组织病理、炎症因子检测、代谢组学、网络药理学、分子对接与动力学模拟及Western blotting等多层级验证。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠CU模型 大鼠皮肤组织 大鼠血浆

重点核对

卵清蛋白诱导CU模型:第0、2、4天腹腔注射1 mg OVA,第14天注射2 mg OVA FRP给药剂量:高剂量40 mg/kg,低剂量20 mg/kg,灌胃给药 抓挠行为评估:末次OVA注射后10分钟开始,持续20分钟计数 Western blotting检测p-Akt和p-PI3K表达:使用皮肤组织,样本量n=3 分子对接结合能阈值:小于-7.0 kcal/mol视为稳定结合

摘要

背景:本研究利用大鼠模型,结合网络药理学、代谢组学以及分子动力学和动力学模拟数据的组合分析,研究了黄连藤(FRP)治疗慢性荨麻疹(CU)的作用机制,为其临床应用提供了理论依据。方法:将二十四只Sprague-Dawley大鼠分为对照组、模型组、高剂量FRP组(40 mg/kg体重)和低剂量FRP组(20 mg/kg体重)。通过卵清蛋白诱导CU模型。采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC/MS)评估FRP中各组分的含量。评估不同组大鼠的抓挠行为、基于苏木精/伊红染色的皮肤组织病理学变化,以及炎症因子和肥大细胞脱颗粒指标的水平。使用代谢组学、网络药理学、分子对接和动力学模拟以及Western blotting分析FRP的作用机制。结果:基于UPLC/MS数据分析,我们在FRP中鉴定了2,206种化合物。数据显示FRP中的主要活性成分为巴马汀、药根碱和去甲乌药碱。FRP给药显著降低了抓挠频率、皮肤组织的病理特征、炎症因子水平和肥大细胞脱颗粒程度。基于代谢组学和网络药理学数据的组合分析,磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信号通路被确定为FRP的关键靶点。分子对接和分子动力学模拟表明Akt与巴马汀、药根碱和去甲乌药碱的结合强烈且稳定。Western blotting证实FRP在CU模型中增加了皮肤组织中p-Akt和p-PI3K的水平。结论:FRP通过上调PI3K-Akt信号通路调节炎症,显著改善了CU的症状和病理变化。

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
黄连藤(FRP)治疗慢性荨麻疹(CU)的作用机制是什么?
核心机制
FRP通过上调PI3K-Akt信号通路,抑制肥大细胞脱颗粒和炎症介质的释放,从而减轻CU的炎症反应。
主要证据
在卵清蛋白诱导的CU大鼠模型中,FRP治疗降低了抓挠频率、皮肤病理损伤、炎症因子(IL-4, IL-6, IL-12, IFN-γ)水平、血清IgE、LTB4、HIS水平,并增加p-Akt和p-PI3K蛋白表达;分子对接和动力学模拟显示Akt与巴马汀、药根碱、去甲乌药碱稳定结合。
研究意义
FRP可作为治疗CU的潜在药物,为临床应用提供依据,但需进一步临床试验验证疗效和安全性。

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

建立大鼠CU模型并分组给药

建立慢性荨麻疹大鼠模型,并评估FRP不同剂量的干预效果。

将24只SD大鼠分为对照组、模型组、FRP高剂量组(40 mg/kg)和低剂量组(20 mg/kg),除对照组外,通过腹腔注射卵清蛋白(OVA)诱导CU模型,于第0、2、4天注射1 mg OVA,第14天注射2 mg OVA。模型建立后第5-14天,对照组和模型组灌胃等量蒸馏水,FRP组灌胃相应剂量FRP水提物。

2

行为学评估抓挠频率

评估FRP对CU大鼠瘙痒症状的缓解作用。

末次OVA注射后10分钟,在20分钟内计数各组大鼠的抓挠次数。

3

皮肤组织病理学检查

观察FRP对CU大鼠皮肤组织病理变化的影响。

取大鼠背部皮肤,4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,切片5μm厚,进行H&E染色,在光镜下观察皮肤组织病理变化。

4

检测炎症因子和免疫指标

评估FRP对CU大鼠炎症反应和免疫相关指标的调节作用。

通过ELISA检测皮肤组织中IL-4、IL-6、IL-12、IFN-γ水平,血清中IgE、LTB4、HIS水平;通过甲苯胺蓝染色检测皮肤肥大细胞数量和脱颗粒;通过免疫组化检测MCT和EPX表达。

5

代谢组学分析

识别CU模型和FRP治疗后的差异代谢物及相关代谢通路。

取模型组和FRP-H组大鼠血浆,进行LC-QTOF/MS分析,通过PCA、PLSDA、OPLS-DA等多元统计方法筛选差异代谢物(VIP>1, P<0.05),并进行KEGG通路富集分析。

6

网络药理学分析

预测FRP活性成分的潜在作用靶点及信号通路。

基于UPLC/MS检测到的FRP成分,通过SwissADME筛选活性成分,利用Swiss Target Prediction预测靶点,与疾病靶点(OMIM、TTD、Genecards)取交集,构建PPI网络,并进行GO和KEGG富集分析。

7

分子对接和分子动力学模拟

验证FRP活性成分与核心靶点(Akt)的结合稳定性。

将Akt与巴马汀、药根碱、去甲乌药碱进行分子对接,并利用Gromacs程序进行分子动力学模拟,分析RMSD、RMSF、回旋半径、氢键数、溶剂可及表面积和MMPBSA结合自由能。

8

Western blotting验证PI3K/Akt通路蛋白表达

验证FRP对PI3K/Akt信号通路蛋白表达的影响。

提取各组大鼠皮肤组织蛋白,通过Western blotting检测Akt、p-Akt、PI3K、p-PI3K蛋白表达水平。

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
甲醇Merch--
Agilent 1260 Infinity III 液相色谱系统Agilent Technologies, Inc.--
Agilent 5 TC-C18 色谱柱Agilent Technologies, Inc.588925-902
IL-4 ELISA试剂盒SolarbioSEKR-0004
IL-6 ELISA试剂盒SolarbioSEKR-0005
IL-12 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0064c
IFN-γ ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0009
IgE ELISA试剂盒SolarbioSEKR-0019
LTB4 ELISA试剂盒CusabioCSB-E08035r
HIS ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0032c
甲苯胺蓝溶液ServicebioG1032
抗TPSAB1抗体Proteintech13343-1-AP
抗EPX抗体Biossbs-3881R
液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪Sciex--
Waters HSS T3 色谱柱Waters--
Akt抗体Abcamab8805
p-Akt抗体Abcamab38449
PI3K抗体Abcamab191606
p-PI3K抗体Abcamab182651
β-actin抗体Abcamab8229
兔抗小鼠IgG H&L (HRP)Abcamab6728
山羊抗兔IgG H&L (HRP)Abcamab6721
Tanon 6600发光成像工作站Tanon Corporation--
氯雷他定MCEHY-17043
卵清蛋白Sigma AldrichS7951
巴马汀对照品Chengdu Alpha Biotechnology Co., Ltd.AB1049
药根碱对照品Chengdu Alpha Biotechnology Co., Ltd.AB0536
去甲乌药碱对照品Chengdu Alpha Biotechnology Co., Ltd.AB0718

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
动物模型建立
SD大鼠品系、性别、年龄、体重;OVA诱导方案(剂量、时间点、注射方式);实验环境(温度、湿度、光周期)
阅读提示:Methods 2.1, 2.4
给药方案
FRP制备方法(煎煮条件);给药剂量(40 mg/kg, 20 mg/kg);给药途径(灌胃);给药持续时间
阅读提示:Methods 2.1, 2.4
行为学评估
抓挠行为观察时间点、持续时长;抓挠定义
阅读提示:Methods 2.5
组织病理检测
皮肤组织固定液、固定时间;切片厚度;染色方法(HE, 甲苯胺蓝)
阅读提示:Methods 2.6, 2.8
炎症因子检测
检测指标(IL-4, IL-6, IL-12, IFN-γ);样本类型(皮肤组织匀浆);ELISA试剂盒品牌和货号;样本量
阅读提示:Methods 2.7
血清指标检测
采血方法;离心条件;检测指标(IgE, LTB4, HIS);ELISA试剂盒品牌和货号
阅读提示:Methods 2.10
代谢组学分析
样本类型(血浆);样本量;预处理方法;LC-MS条件;差异代谢物筛选标准(VIP>1, P<0.05)
阅读提示:Methods 2.11
网络药理学分析
成分筛选标准;靶点预测数据库和阈值;疾病靶点数据库;PPI网络构建参数;核心靶点筛选标准
阅读提示:Methods 2.12
分子对接和动力学模拟
配体(palmatine, jatrorrhizine, coclaurine);受体(Akt);对接软件和参数;模拟时间;结合自由能计算(MMPBSA)
阅读提示:Methods 2.12, 3.10
Western blotting
蛋白提取方法;抗体信息(品牌、货号、稀释比);样本量;内参蛋白
阅读提示:Methods 2.13