猫须草(Orthosiphon stamineus)抗非酒精性脂肪肝病的作用机制:来自系统药理学和分子对接方法的见解

Mechanism of action of Orthosiphon stamineus against non-alcoholic fatty liver disease: Insights from systems pharmacology and molecular docking approaches.

作者信息Salah Abdulrazak Alshehade, Raghdaa Hamdan Al Zarzour, Vikneswaran Murugaiyah, Sharoen Yu Ming Lim, Huda Ghaleb El-Refae, Mohammed Abdullah Alshawsh
PMID36465851
发布时间2022-11
DOI10.1016/j.jsps.2022.09.001

实验完整度

包含体外细胞实验(细胞毒性、脂肪积累、抗氧化)和计算分析(系统药理学、分子对接),但缺乏动物模型或患者样本的验证。

主要模型

HepG2细胞

重点核对

HepG2细胞系 脂肪酸混合物(棕榈酸和油酸1:2)浓度0.5 mM处理24小时 猫须草提取物浓度35、75、150 µg/ml 处理时间点24、48、72小时 每组重复数n=3

摘要

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是代谢综合征最常见的并发症之一,由肝脏中脂肪过度积累引起。猫须草(Orthosiphon stamineus),又称Orthosiphon aristatus,是一种药用植物,可能对各种代谢紊乱具有潜在的有益作用。本研究旨在探讨猫须草对肝脂肪积累的体外抑制作用,并进一步采用计算系统药理学方法鉴定猫须草生物活性化合物的药代动力学特性,并预测其抗NAFLD的分子机制。方法:使用HepG2细胞评估猫须草叶乙醇提取物对细胞毒性、脂肪积累和抗氧化活性的影响。利用LC/MS和两个生物信息学数据库,即中药综合数据库(TCMID)和中药分子机制生物信息学分析工具(BATMAN-TCM),鉴定猫须草的生物活性化合物。对预测的生物活性化合物靶点进行通路富集分析,以系统概述其分子作用机制,同时使用分子对接验证预测的靶点。结果:共鉴定出27种生物活性化合物,对应50个潜在的NAFLD相关靶点。猫须草通过调节多种细胞过程发挥抗NAFLD作用,包括氧化应激、线粒体β-氧化、炎症信号通路、胰岛素信号通路和脂肪酸稳态通路。猫须草显著靶向多种氧化应激调节因子,包括JNK、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、NFKB1、PPAR和AKT1。分子对接分析证实了对潜在靶点的高亲和力预测,而体外实验表明猫须草能够抑制肝脏脂肪积累。结论:通过计算系统药理学方法,猫须草在NAFLD中的潜在有益作用通过多种化合物、多个靶点和多细胞组分的组合得以体现。

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
猫须草(Orthosiphon stamineus)如何通过其生物活性化合物发挥抗非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的作用?
核心机制
猫须草通过多化合物、多靶点作用,调节氧化应激(JNK、NF-κB1等)、炎症信号通路、胰岛素信号、PPAR信号及脂肪酸代谢等通路,从而改善NAFLD。
主要证据
体外实验显示猫须草提取物(150 µg/ml)显著抑制HepG2细胞中脂肪酸诱导的脂肪积累,并提高抗氧化酶GPx和SOD活性;分子对接证实化合物与靶点(如GSK3B、PPARA等)具有高结合亲和力。
研究意义
该研究为理解猫须草抗NAFLD的分子机制提供了第一步,有助于开发新的治疗策略。

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

植物提取物制备

获取猫须草粗提物用于后续实验

采集猫须草叶片,干燥研磨后用100%乙醇通过浸渍法提取,过滤并浓缩得到粗提物。

2

细胞培养与细胞毒性评估

评估猫须草提取物对HepG2细胞的毒性,确定非毒性浓度

HepG2细胞用含EMEM培养基培养,以不同浓度猫须草提取物处理,CCK-8法检测细胞活力。

3

细胞内脂肪积累检测

评估猫须草提取物对脂肪酸诱导的HepG2细胞脂肪积累的影响

用棕榈酸和油酸混合物诱导细胞脂肪变性,再用猫须草提取物处理,Nile Red染色检测脂肪积累。

4

抗氧化活性检测

评估猫须草提取物对细胞氧化应激和脂质过氧化的影响

脂肪酸诱导的HepG2细胞用猫须草提取物处理,检测MDA水平、SOD和GPx活性。

5

生物活性化合物鉴定与筛选

鉴定猫须草中的生物活性成分并筛选具有药物相似性和口服生物利用度的化合物

通过LC/MS分析鉴定成分,结合TCMID和BATMAN-TCM数据库筛选,以OB≥50%和DL≥0.18为标准过滤。

6

靶点预测与网络构建

预测生物活性化合物的潜在靶点并构建交互网络

使用BATMAN-TCM和SwissTargetPrediction预测靶点,与NAFLD相关基因取交集,构建网络并聚类。

7

通路富集分析

分析潜在靶点涉及的生物学通路以理解作用机制

使用PANTHER、KEGG(DAVID)和Reactome数据库进行通路富集分析。

8

分子对接验证

验证生物活性化合物与预测靶点的结合亲和力

将9种化合物与10个靶点进行分子对接,计算结合亲和力和抑制常数。

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
乙醇R&M Chemical--
Whatman 1号滤纸Whatman--
旋转蒸发仪BüchiR-200
Eagle极限必需培养基ATCC30-2003
非必需氨基酸SAFCM7145
青霉素-链霉素溶液ATCC30-2300
胰蛋白酶-EDTA溶液文中未明确说明--
CCK-8检测试剂盒MedChem ExpressHY-K0301
磷酸盐缓冲液Sigma-AldrichP4417
棕榈酸Sigma-AldrichP0500
油酸Alfa AesarALF 031997.06
尼罗红Sigma19123
赫斯特33342SigmaB2261
丙二醛比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K025-S
超氧化物歧化酶比色检测试剂盒Canvax BiotechCA061
谷胱甘肽过氧化物酶比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K096-S
安捷伦6500系列四极杆飞行时间液质联用系统Agilent--
C18色谱柱文中未明确说明--
PyMOL文中未明确说明2.4
AutoDock Vina文中未明确说明1.1.2
Discovery Studio可视化工具文中未明确说明21.1

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
细胞培养
HepG2细胞来源(ATCC)、培养基(EMEM)、非必需氨基酸浓度(1X)、青霉素-链霉素浓度(100 IU/mL和100 μg/mL)、培养温度(37°C)和CO2浓度(5%)
阅读提示:Materials and Methods 2.2.1
细胞毒性检测
细胞密度(4000细胞/孔)、血清浓度(未明确)、处理浓度系列(1000至15.6 µg/ml)、时间点(24,48,72小时)、CCK-8孵育时间(2小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.2.2, Figure 1B
脂肪积累诱导
脂肪酸混合物比例(棕榈酸:油酸=1:2)、BSA结合比例(1:5)、浓度(0.5 mM)、诱导时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.2.3, Results 3.1.1, Figure 1C
药物处理
猫须草提取物浓度(35,75,150 µg/ml)、处理时间(24,48,72小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.2.3, Results 3.1.1, Figure 1D
抗氧化检测
诱导条件(0.5 mM FA 24小时)、处理浓度(35,75,150 µg/ml)、处理时间(24小时)、裂解液(1% SDS)、检测方法(MDA、SOD、GPx)
阅读提示:Materials and Methods 2.2.4, Results 3.1.2, Figure 2
化合物鉴定
LC/MS条件(C18柱、20分钟、流速1 mL/min)、样品浓度(1 mg/mL)、筛选标准(OB≥50%, DL≥0.18)
阅读提示:Materials and Methods 2.3, Results 3.2, Table 1
靶点预测
软件参数(BATMAN-TCM score cutoff=20, adjusted P≤0.05;SwissTargetPrediction默认参数)、数据库版本
阅读提示:Materials and Methods 2.6
通路富集分析
数据库(PANTHER, DAVID/KEGG, Reactome)、FDR阈值≤0.05、物种(Homo sapiens)
阅读提示:Materials and Methods 2.7
分子对接
软件(AutoDock Vina 1.1.2)、exhaustiveness=20、modes=50、energy range=3.0 kcal/mol、网格盒覆盖整个蛋白、能量最小化步数(5000步)
阅读提示:Materials and Methods 2.8, Table 4