基于网络药理学和分子对接的黄芪治疗心力衰竭的机制研究

Mechanism of Astragalus membranaceus (Huangqi, HQ) for treatment of heart failure based on network pharmacology and molecular docking.

作者信息Qiuxiang Chen, Juan Wang, Lihua Sun, Bayinsilema Ba, Difei Shen
PMID38780500
发布时间2024-05
DOI10.1111/jcmm.18331

实验完整度

中

包含网络药理学分析、分子对接和心肌细胞体外实验,验证了活性成分对细胞肥大、炎症及ESR1表达的影响,但缺少动物模型和患者样本等体内验证。

主要模型

H9c2大鼠心肌细胞系 Ang II诱导的心肌细胞肥大模型

重点核对

细胞系:H9c2(ATCC CRL-1446) 处理浓度:Ang II 1 μM,槲皮素20 μM,异鼠李素50 μM,毛蕊异黄酮20 μM,山奈酚20 μM,芒柄花素20 μM 处理时间:24小时 实验重复:3次生物学重复 统计方法:Student's t检验和单因素方差分析(Tukey事后检验),显著性水平p < 0.05

摘要

心力衰竭是老年人死亡的主要原因。中药作为一种经过验证的替代治疗方案,已被用于治疗心力衰竭,其费用较低且不良反应较少。本研究共获得黄芪的15种活性成分;其中,异鼠李素、槲皮素、毛蕊异黄酮、芒柄花素和山奈酚被发现与心力衰竭相关。Ang II显著增大心肌细胞体积,而槲皮素、异鼠李素、毛蕊异黄酮、山奈酚或芒柄花素可部分减小。Ang II显著上调ANP、BNP、β-MHC和CTGF的表达,而槲皮素、异鼠李素、毛蕊异黄酮、山奈酚或芒柄花素处理部分下调ANP、BNP、β-MHC和CTGF的表达。黄芪的5种活性成分通过抑制TNF-α、IL-1β、IL-18和IL-6的水平减轻了Ang II诱导的心肌细胞炎症。分子对接显示异鼠李素、槲皮素、毛蕊异黄酮、芒柄花素和山奈酚能通过分子间作用力与其靶蛋白ESR1良好结合。槲皮素、毛蕊异黄酮、山奈酚或芒柄花素处理促进了Ang II刺激的心肌细胞中ESR1和磷酸化ESR1的表达水平;然而,异鼠李素处理对ESR1和磷酸化ESR1的表达水平没有影响。总之,我们的结果全面阐明了黄芪抗心力衰竭的生物活性成分、潜在靶点和分子机制。异鼠李素、槲皮素、毛蕊异黄酮、芒柄花素和山奈酚可能是黄芪的主要活性成分,通过调节ESR1表达主导其对心力衰竭的心脏保护作用,这为黄芪调节心肌肥厚和心力衰竭的临床应用提供了基础。

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
黄芪中的主要活性成分及其潜在分子机制是否能在心力衰竭治疗中发挥心脏保护作用?
核心机制
黄芪中的槲皮素、毛蕊异黄酮、山奈酚和芒柄花素通过促进ESR1和磷酸化ESR1的表达,进而抑制Ang II诱导的心肌细胞肥大和炎症;异鼠李素虽能减轻肥大和炎症,但对ESR1表达无影响。
主要证据
基于TCMSP数据库筛选出15种活性成分,结合GSE25765差异表达基因分析及分子对接,鉴定出5种与心力衰竭相关的成分;体外实验显示这些成分可减小Ang II诱导的H9c2细胞面积、下调肥大标志物(ANP、BNP、β-MHC、CTGF)及炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-18、IL-6),并通过Western blot和ELISA检测到ESR1表达上调。
研究意义
为黄芪调节心肌肥厚和心力衰竭的临床应用提供了潜在机制依据。

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

活性成分筛选与网络构建

从黄芪中筛选活性成分并预测其作用靶点,构建成分-靶点-通路网络。

利用TCMSP数据库筛选黄芪活性成分(OB≥40%,DL≥0.2),从NPASS和PubChem获取成分信息及药物靶点;从GSE25765获取心力衰竭相关差异表达基因,取交集获得391个共有靶点,并通过KEGG富集分析和Cytoscape构建网络。

2

分子对接验证

验证5种活性成分与核心靶点ESR1的结合能力。

从PDB下载ESR1蛋白结构(PDBID:7jkw),从PubChem下载配体结构,使用AutoDockTools-1.5.6进行分子对接,计算结合能。

3

心肌细胞肥大模型建立与药物处理

建立Ang II诱导的H9c2心肌细胞肥大模型,并观察5种活性成分的干预效果。

H9c2细胞用1 μM Ang II处理24小时,同时分别加入20 μM槲皮素、50 μM异鼠李素、20 μM毛蕊异黄酮、20 μM山奈酚或20 μM芒柄花素,检测细胞形态和肥大标志物表达。

4

炎症因子检测

评估5种活性成分对Ang II诱导的心肌细胞炎症反应的影响。

通过qRT-PCR和ELISA检测TNF-α、IL-1β、IL-18和IL-6的mRNA及蛋白水平。

5

ESR1表达检测

检测5种活性成分对Ang II诱导的心肌细胞中ESR1及磷酸化ESR1表达的影响。

采用Western blot和ELISA检测ESR1和磷酸化ESR1的蛋白水平。

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
杜尔贝科改良伊格尔培养基ATCC30-2002
胎牛血清ATCC30-2020
槲皮素Sigma-Aldrich20
异鼠李素Sigma-Aldrich50
毛蕊异黄酮Sigma-Aldrich20
芒柄花素Sigma-Aldrich20
抗α-肌动蛋白抗体Cell Signaling3134
FITC标记的山羊抗兔IgG----
DAPI----
RNeasy小型试剂盒Qiagen--
SYBR Premix Ex TaqTakara--
RIPA裂解液Beyotime--
抗ESR1抗体Affinity BiosciencesAF6058
抗磷酸化ESR1抗体Affinity BiosciencesAF3058
HRP标记的山羊抗兔IgG H&L二抗Abcamab6721
TNF-α ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E11987r
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0012c
IL-18 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0567c
IL-6 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E04640r
ESR1 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E06848r
GraphPad Prism 8GraphPad Software--

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
网络药理学分析
数据库版本、筛选阈值(OB≥40%,DL≥0.2)、差异表达基因阈值(|logFC|>1,p<0.05)
阅读提示:Methods部分2.1-2.5
分子对接
靶蛋白结构(PDBID: 7jkw)、配体结构来源、对接软件版本(AutoDockTools-1.5.6)及结合能计算参数
阅读提示:Methods部分2.6
细胞培养与处理
细胞系(H9c2)、培养基(DMEM)、血清浓度(10% FBS)、培养条件(37°C, 5% CO2)、Ang II浓度(1 μM)、化合物浓度(20 μM/50 μM)、处理时间(24小时)
阅读提示:Methods部分2.7
肥大与炎症检测
免疫荧光染色抗体(anti-α-actinin)、qRT-PCR引物序列、ELISA试剂盒货号
阅读提示:Methods部分2.8-2.11
统计检验
生物学重复数(3次)、统计方法(Student's t检验或单因素方差分析)及显著性阈值(p<0.05)
阅读提示:Methods部分2.12