通过整合代谢组学和网络药理学分析理解黄精来源的外泌体样纳米颗粒抗乳腺癌的机制

背景：黄精具有悠久的药用和食用历史，因其丰富的药理活性而受到研究者的广泛关注。研究发现，植物来源的外泌体样纳米颗粒（PELNs）在生物医学领域具有巨大潜力，例如作为治疗疾病的天然纳米药物或作为药物递送的载体。然而，目前尚无关于黄精来源的外泌体样纳米颗粒（PSELNs）抗肿瘤的研究。方法：本研究采用超速离心法提取PSELNs，并使用透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）和动态光散射（DLS）对其进行表征。采用蛋白质组学和代谢组学分析PSELNs的成分，并使用Herb数据库筛选活性代谢物。利用OMIM和TTD数据库分析活性代谢物，我们进一步推测其可能具有抗乳腺癌（BC）活性。采用网络药理学分析PSELNs抗BC的可能机制，主要包括潜在靶点的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析、基因本体论（GO）分析生物学过程和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析相关信号通路。之后，从GEO数据库检索BC相关数据，并通过生物信息学分析网络药理学筛选的关键基因的临床表达和生存预后。采用分子对接和分子动力学（MD）模拟验证PSELNs中活性代谢物与其靶点的结合。最后，采用CCK-8法验证PSELNs对BC的抑制作用。结果：首先，TEM、NTA和DLS证实PSELNs成功分离。然后，蛋白质组学从PSELNs中鉴定出18种蛋白质成分，包括ATP合酶亚基α、蛋白Ycf2和甘露糖/唾液酸结合凝集素。代谢组学从PSELNs中鉴定出357种代谢成分，并通过口服生物利用度（OB）进一步筛选出23种活性代谢物，包括瑟丹内酯、黄芩素和6-姜酚等。通过分析23种活性代谢物，推测PSELNs可能具有抗BC的药理活性。之后，通过网络药理学筛选出PSELNs抗BC的23个关键靶点。KEGG和GO富集分析显示MAPK信号通路、PI3K-Akt信号通路和AMPK信号通路参与了PSELNs的抗BC作用。通过对BC临床样本中23个关键靶点的生物信息学分析，发现除ESR1显著上调外，CAV1、FGF2和PPARG均显著下调。4个靶点的表达水平与生存状态呈正相关。通过分子对接和MD模拟验证了这4个靶点与PSELNs中活性代谢物的结合，发现瑟丹内酯与ESR1、黄芩素与PPARG、6-姜酚与ESR1的结合可以保持稳定。最后，通过CCK-8法验证了PSELNs对BC细胞（MDA-MB-231）的抑制作用。结论：这是首次对PSELNs进行抗肿瘤研究。已证实其具有抗BC活性，其机制可能与PSELNs中活性代谢物调控的ESR1和PPARG等靶点有关。这项工作为后续更多相关研究奠定了基础和参考。关键词：黄精，外泌体样纳米颗粒，乳腺癌，代谢组学，网络药理学，生物信息学。