四君子汤治疗帕金森病的分子靶点与机制:来自网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和实验验证的证据

Molecular targets and mechanisms of Sijunzi decoction in the treatment of Parkinson's disease: evidence from network pharmacology, molecular docking, molecular dynamics simulation, and experimental validation.

作者信息Yang Jiang, Wanfeng Wu, Le Xie, Yue Zhou, Kailin Yang, Dahua Wu, Wenfeng Xu, Rui Fang, Jinwen Ge
PMID39660000
发布时间2024-11-26
DOI10.3389/fphar.2024.1487474

实验完整度

中

包含网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和细胞实验验证,但缺乏动物模型和体内实验。

主要模型

SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞 6-OHDA诱导的SH-SY5Y细胞凋亡模型

重点核对

6-OHDA处理浓度:70 µM,处理时间24小时 SJZD给药浓度:25、50、75、100、125、150 μg/mL SJZD分组:SJZD-L (75 μg/mL),SJZD-M (100 μg/mL),SJZD-H (125 μg/mL),对照组 CCK-8检测细胞活力,450 nm波长测定吸光度 Western blot检测p-PI3K、p-AKT、Bcl-2、Bax、Caspase-3表达,β-actin作为内参

摘要

目的:通过网络药理学、分子对接和分子动力学模拟,并辅以实验验证,探讨四君子汤(SJZD)治疗帕金森病(PD)的分子机制。方法:检索BATMAN-TCM、GeneCards和DisGeNet数据库,筛选SJZD的活性成分和治疗靶点。使用Cytoscape(3.7.1)创建成分-靶点网络图。使用STRING平台构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络。使用Bioconductor数据库和RX64(4.0.0)软件对核心靶基因进行基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析。通过分子对接和动力学模拟分析SJZD活性成分与靶点之间的结合位点和结合能。最后,通过细胞计数试剂盒-8(CCK-8)和蛋白质印迹法(WB)验证SJZD的治疗效果和机制。结果:本研究在SJZD中鉴定出188种活性化合物、1568个药物靶点、2069个PD靶点和451个与PD相关的交集靶点。根据网络分析,三磷酸腺苷、十三烷酸、十六烷酸、十五烷酸和腺苷被确定为SJZD治疗PD的核心成分。PPI网络中Degree值最高的五个靶点是AKT1、INS、TNF、IL-6和TP53。GO和KEGG富集分析进而确定,施用SJZD治疗PD可能涉及异物刺激和生物刺激反应等过程。此外,可能涉及与糖尿病并发症相关的AGE-RAGE和cAMP信号通路。分子对接和动力学模拟显示,IL-6和AKT1与腺苷结合最佳。实验结果表明,SJZD通过激活PI3K/AKT信号通路并调节Bcl-2和Bax等凋亡因子的表达,显著减少6-OHDA诱导的SH⁃SY5Y细胞凋亡。结论:SJZD通过多种成分靶向多种通路,在凋亡和神经元保护过程中至关重要。值得注意的是,PI3K/AKT通路是一个已验证的SJZD-PD靶点,为PD的临床精准用药提供了参考。

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
四君子汤治疗帕金森病的潜在分子靶点和作用机制是什么?
核心机制
SJZD通过激活PI3K/AKT信号通路,上调p-PI3K、p-AKT和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,下调促凋亡蛋白Bax和Caspase-3的表达,从而抑制细胞凋亡。
主要证据
网络药理学预测了核心成分和靶点(如AKT1、IL-6),分子对接和动力学模拟显示IL-6和AKT1与腺苷结合最佳;细胞实验证实SJZD显著减少6-OHDA诱导的SH-SY5Y细胞凋亡,并调控PI3K/AKT通路和凋亡相关蛋白的表达。
研究意义
本研究提供了SJZD活性成分、靶点和作用机制的信息,为PD的临床精准用药提供参考,并支持健脾疗法在PD中的应用。

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

网络药理学筛选活性成分和靶点

识别SJZD治疗PD的潜在活性成分和靶点。

利用BATMAN-TCM数据库筛选SJZD四种草药(白术、茯苓、甘草、人参)的活性成分和靶点;通过GeneCards和DisGeNet数据库获取PD相关靶点;取交集获得SJZD-PD共同靶点。

2

构建网络并鉴定核心成分和靶点

确定SJZD治疗PD的关键活性成分和核心靶点。

使用Cytoscape构建“SJZD-活性成分-交集靶点”网络,基于Degree值筛选核心成分;利用STRING数据库构建PPI网络,计算Degree值筛选核心靶点。

3

GO和KEGG富集分析

预测SJZD治疗PD涉及的生物学过程、细胞组分、分子功能和信号通路。

利用Bioconductor数据库和RX64软件对451个共同靶点进行GO和KEGG富集分析。

4

分子对接和分子动力学模拟

验证核心活性成分与核心靶点的结合亲和力及复合物稳定性。

对核心成分(十三烷酸、十五烷酸、十六烷酸、三磷酸腺苷、腺苷)与核心靶点(AKT1、INS、TNF、IL-6、TP53)进行分子对接;对得分最高的三个复合物(IL-6-腺苷、AKT1-腺苷、TNF-三磷酸腺苷)进行200 ns的分子动力学模拟,计算RMSD、Rog、RMSF和结合自由能。

5

细胞实验验证

验证SJZD对6-OHDA诱导的SH-SY5Y细胞凋亡的影响及其机制。

使用CCK-8检测不同浓度SJZD对6-OHDA处理的SH-SY5Y细胞活力的影响;通过Western blot检测PI3K/AKT通路相关蛋白(p-PI3K、p-AKT)和凋亡相关蛋白(Bax、Bcl-2、Caspase-3)的表达。

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/F12培养基AbiowellAW-M006
胎牛血清AbiowellAWC0227a
青霉素-链霉素AbiowellAWH0529a
96孔板NEST703001
6-羟基多巴胺Sigma-AldrichH4381
CCK-8试剂Dojindo--
Bax抗体Proteintech50599-2-Ig
Bcl-2抗体Proteintech26593-1-AP
Caspase-3抗体Proteintech19677-1-AP
p-PI3K抗体ProteintechBs-5570R
p-AKT抗体Proteintech66444-1-Ig
β-actin抗体Proteintech--
ECL发光试剂ThermoFisher Scientific--
RIPA裂解液----

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
网络药理学筛选
BATMAN-TCM筛选阈值(相关分数>20,p<0.05),GeneCards和DisGeNet的评分阈值
阅读提示:参见Methods 2.1和2.2
PPI网络构建
物种设置为“Homo sapiens”,置信度阈值“medium confidence (0.400)”
阅读提示:参见Methods 2.4
分子对接
使用的核心化合物和靶点列表,对接软件和评分函数
阅读提示:参见Methods 2.6和Results 3.7
分子动力学模拟
模拟时间(200 ns),力场参数(ff14SB),水模型(TIP3P),温度(300 K),集成(NPT)
阅读提示:参见Methods 2.7
细胞培养和药物处理
SH-SY5Y细胞来源,培养基组成,6-OHDA浓度(70 µM)和时间(24小时),SJZD浓度范围和分组
阅读提示:参见Methods 2.8和2.9
Western blot
一抗稀释比例,二抗稀释比例,内参β-actin,蛋白上样量等
阅读提示:参见Methods 2.10