维拉帕米对H1N1流感病毒感染的药物再利用:网络药理学与实验验证揭示的多靶点策略

Drug Repurposing of Verapamil for H1N1 Influenza Virus Infection: A Multi-Target Strategy Revealed by Network Pharmacology and Experimental Validation.

作者信息Yan Cao, Jiajing Wu, Xuena Li, Feifan Qiu, Shuo Wang, Bingshuo Qian, Lingjun Fan, Yueqi Wang, Kun Xue, Junkui Zhang, Beilei Shen, Yuwei Gao
PMID41898398
发布时间2026-03-10
DOI10.3390/ijms27062534

实验完整度

包含体外细胞实验(CCK-8、WB、IF)、体内小鼠模型(生存、肺指数、病毒载量)、分子动力学模拟和网络药理学分析,并进行功能验证(NF-κB通路)。

主要模型

MDCK细胞 BALB/c小鼠(H1N1-UI182致死性感染模型)

重点核对

体外实验使用MDCK细胞,病毒感染(MOI=0.5) 维拉帕米浓度梯度(3.125、6.25、12.5、25、50 µM) 体内实验使用BALB/c小鼠,维拉帕米剂量(6.25、3.125、1.5625 mg/kg/天) 给药方式:腹腔注射(i.p.) 生存率和体重监测至14天

摘要

甲型流感病毒(IAV)感染构成重大公共卫生威胁。严重的流感病毒感染可诱发强烈的炎症反应和肺损伤,导致严重临床症状甚至死亡。目前抗流感药物的效用常受到副作用和耐药株出现的限制。基于L型电压门控钙通道(L-VGCCs)在流感病毒复制中的关键作用,本研究探讨了经典L型钙通道拮抗剂维拉帕米对H1N1-UI182病毒的抗病毒活性及机制。维拉帕米是一种L型钙通道阻滞剂,广泛用于心血管疾病的治疗,且安全性良好。通过分子动力学(MD)模拟和网络药理学分析,我们预测了维拉帕米与靶蛋白(PDB id:6JPA)的稳定结合模式及其潜在的多靶点网络。在体外,维拉帕米在MDCK细胞中对H1N1-UI182表现出抗病毒活性,提高了感染细胞的存活率并降低了病毒核蛋白(NP)表达。在致死性H1N1-UI182感染小鼠模型中,维拉帕米治疗显著提高了存活率,减轻了体重下降和肺部病理损伤,表现出剂量依赖性的保护作用。肺组织分析显示,维拉帕米有效降低了肺指数和病毒载量,抑制了核因子kappa B(NF-κB)信号通路的激活,并降低了关键炎症因子的表达,从而减轻了细胞因子风暴。给药方案比较表明,预治疗可获得最佳疗效,提示维拉帕米主要在病毒生命周期的早期阶段发挥作用。本研究系统阐明维拉帕米通过调节NF-κB通路发挥抗病毒和免疫调节作用。网络药理学分析提示多个靶点和通路的潜在参与,包括EGFR、SRC和磷脂酶D信号通路,为未来机制研究提供了假说。本文支持针对耐药流感病毒的药物再利用策略,并强调其临床转化的巨大潜力。

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
维拉帕米是否对H1N1流感病毒感染具有抗病毒作用,其潜在机制是什么?
核心机制
维拉帕米通过抑制NF-κB信号通路的激活,降低促炎细胞因子的表达,从而减轻炎症反应和肺损伤,同时抑制病毒复制。
主要证据
体外实验显示维拉帕米降低H1N1-UI182感染MDCK细胞中NP表达;体内实验显示维拉帕米提高致死性感染小鼠的存活率,减轻体重下降和肺损伤,降低肺指数和病毒载量,并抑制p65磷酸化和炎症因子表达。
研究意义
维拉帕米可能作为治疗严重流感的药物再利用候选,尤其对耐药病毒株可能有效,但其广谱抗病毒活性和具体靶点需进一步验证。

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

体外抗病毒活性评估

评估维拉帕米在细胞水平对H1N1病毒的抗病毒活性。

在MDCK细胞中,用不同浓度维拉帕米处理H1N1-UI182感染细胞,通过CCK-8检测细胞活力,Western blot和免疫荧光检测NP表达。

2

体内保护效果评估

评估维拉帕米在致死性H1N1感染小鼠模型中的保护作用。

BALB/c小鼠感染H1N1-UI182后,给予不同剂量维拉帕米处理,监测体重和生存率,并分析肺指数、肺组织病理、病毒载量和炎症因子表达。

3

不同给药方案比较

比较维拉帕米预治疗、后治疗及预+后联合治疗对致死性H1N1感染小鼠的效果。

BALB/c小鼠感染H1N1-UI182,分别给予维拉帕米预治疗、后治疗或联合治疗,监测体重、生存率、肺病变和NP表达。

4

分子动力学模拟与结合分析

预测维拉帕米与L型钙通道亚基的结合模式和动态相互作用。

使用PDB结构6JPA,通过CDOCKER打分评价结合构象,进行100ns分子动力学模拟,分析RMSD、RMSF、Rg、氢键和结合自由能。

5

网络药理学分析

预测维拉帕米治疗H1N1的潜在多靶点和信号通路。

通过SwissTargetPrediction和GeneCards数据库获取维拉帕米靶点与H1N1疾病靶点,取交集后构建PPI网络并进行KEGG和GO富集分析。

6

分子机制验证

验证维拉帕米对NF-κB通路和炎症因子表达的影响。

通过Western blot检测肺组织中p65、p-p65及炎症因子(IL-6、IL-10、IL-1β、TNF-α)表达,qPCR和ELISA检测mRNA和蛋白水平。

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
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Gibco10438026
细胞计数试剂盒-8BeyotimeC0039
维拉帕米MCE52-53-9
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3569
磷酸盐缓冲液SolabioP1020
曲拉通X-100BeyotimeP0096
牛血清白蛋白Sigma9048-46-8
抗甲型流感病毒核蛋白抗体GeneTexGTX125989
FITC标记二抗Biossbs-0295G-FITC
NP抗体Abcamab104870
β-肌动蛋白抗体Abcamab6276
IL-1β抗体Proteintech16806-1-AP
IL-10抗体CSTD13A11
IL-6抗体CSTD5W4V
IFN-β抗体CSTD2J1D
p65抗体CSTD14E12
p-p65抗体CST93H1
山羊抗兔IgGBeyotimeA0208
山羊抗小鼠IgGBeyotimeA0216
HiPure通用RNA提取试剂盒MagenR4130-03
PrimeScript逆转录试剂盒TakaraRR047A
小鼠细胞和趋化因子ELISA检测试剂盒Elabscience--
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0010S
AlphaFold3----

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
体外实验
细胞系:MDCK;病毒株:H1N1-UI182;维拉帕米浓度梯度(3.125-50 µM);感染复数(MOI=0.5);检测时间点(36和48小时)
阅读提示:参见Methods第4.1、4.2节及Figure 1图注
体内实验
小鼠品系(BALB/c)、年龄(6-8周)、体重(15-20g);病毒接种途径(鼻内);维拉帕米剂量(高/中/低);给药途径(腹腔注射);给药时间(感染前2天预给药,感染后5天);样本量(n=10/组)
阅读提示:参见Methods第4.4.1节及Figure 2图注
给药方案比较
给药方案(pre、post、pre+post);维拉帕米剂量(6.25 mg/kg/天);给药途径(腹腔注射);监测时间(14天)
阅读提示:参见Methods第4.4.2节及Figure 5图注
分子动力学模拟
靶蛋白结构(PDB ID: 6JPA);力场参数;模拟时间(100 ns);温度(300 K);压力(1 atm)
阅读提示:参见Methods第4.5节
网络药理学
数据库版本(SwissTargetPrediction、GeneCards、STRING、Cytoscape、DAVID);阈值(概率>0.1,置信度0.4)
阅读提示:参见Methods第4.6节