网络药理学与分子对接阐明连翘苷在结直肠癌中的作用机制

Network Pharmacology and Molecular Docking Elucidate the Mechanism of Phillyrin in Colorectal Cancer.

作者信息Zu-Jian Hu, Guang-Jia Lv, Wei-Song Dong, Fan Zheng, Peng-Hua Yan, Shen-Lei Yu, Dan-Ni He, Bo-Yang Liu, Yuan-Yuan Gao, Dong-Yan Su, Yang-Yang Guo, Yong-Heng Bai, Heng-Yue Zhu
PMID41142018
发布时间2025-10-23
DOI10.1002/fsn3.71069

实验完整度

包含网络药理学预测、分子对接与动力学模拟,以及体外细胞功能实验(CCK-8、克隆形成、凋亡、迁移、侵袭)和Western blot机制验证,但缺乏体内实验。

主要模型

HT29人结直肠癌细胞系 HCT116人结直肠癌细胞系 TCGA和GEO(GSE18105)数据集

重点核对

细胞系:HT29和HCT116,购自中国科学院细胞库,培养于含10% FBS和1%青霉素-链霉素的DMEM 药物处理:连翘苷浓度0、0.1、0.2 mM,处理时间24小时 细胞活力检测:CCK-8法,检测波长450nm,重复至少三次 凋亡检测:Annexin V-FITC/PI染色,流式细胞术,处理24小时 Western blot检测:p-PI3K、p-AKT、p-mTOR表达,重复至少三次

摘要

连翘苷是传统中药连翘(Forsythia suspensa Vahl,木犀科)的重要活性成分,已显示出抗炎、抗氧化和抗肿瘤特性。然而,关于其在结直肠癌(CRC)中的治疗作用的研究很少。我们的研究旨在探讨连翘苷治疗CRC的潜在治疗效果和潜在机制。使用ChEMBL、HERB和SwissTargetPrediction数据库预测连翘苷的潜在靶点。使用TCGA和GEO数据库获取与CRC相关的靶点。之后,我们使用STRING网络数据库对共享基因进行蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析。在PPI网络中发现关键基因,随后使用基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库进行分析。使用流式细胞术对不同浓度连翘苷处理的结直肠癌细胞进行凋亡分析。此外,应用Western blot分析评估PI3K/AKT信号蛋白的表达,以证实网络药理学研究的结果。共筛选出250个连翘苷靶基因和4414个CRC相关靶点。通过PPI网络拓扑分析获得八个中心基因。GO和KEGG富集分析表明,连翘苷与多种信号通路密切相关,尤其是PI3K/AKT通路。在体外实验中,使用0.2 mM连翘苷处理导致HT29细胞凋亡率约为17%,HCT116细胞凋亡率约为21.1%。细胞迁移也显著受到抑制,处理24小时后,HT29的迁移降至对照组的约15.7%,HCT116的迁移降至对照组的约33.4%。进一步研究表明,PI3K/AKT/mTOR通路在决定连翘苷治疗结直肠癌的效果和前景中起重要作用。本研究揭示,连翘苷通过PI3K/AKT/mTOR通路抑制CRC细胞转移并诱导凋亡,凸显其作为未来结直肠癌治疗潜在候选药物的前景。

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
连翘苷对结直肠癌的治疗效果及其潜在机制是什么?
核心机制
连翘苷通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活,降低p-PI3K、p-AKT和p-mTOR的表达,从而抑制结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭,并诱导凋亡。
主要证据
体外实验显示,连翘苷处理后HT29和HCT116细胞活力降低、克隆形成减少、凋亡率升高(0.2 mM时约为17%和21.1%)、迁移率显著下降、侵袭能力受抑;Western blot显示p-PI3K、p-AKT、p-mTOR下调,PI3K过表达逆转其抑制作用。
研究意义
连翘苷作为结直肠癌潜在治疗药物的候选化合物,为未来临床开发提供理论基础。

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

靶点与疾病靶点筛选

预测连翘苷的潜在靶点并识别CRC相关靶点,为后续网络分析提供基础。

使用ChEMBL、HERB、SwissTargetPrediction数据库预测连翘苷潜在靶点,利用TCGA和GEO(GSE18105)数据库获取CRC差异表达基因。

2

药物-靶点-疾病网络及PPI网络构建

分析连翘苷与CRC靶点间的相互作用,识别核心靶点。

利用VennDiagram包获取交集基因,Cytoscape构建CTD网络;STRING数据库构建PPI网络,cytoHubba插件用五种算法筛选中心靶点。

3

GO和KEGG富集分析

探究核心靶点参与的生物学过程、细胞组分、分子功能及信号通路。

使用R包(org.Hs.eg.db、clusterProfiler、AnnotationHub、ggplot2)进行GO和KEGG富集分析。

4

分子对接与分子动力学模拟

验证连翘苷与核心靶点的结合亲和力及复合物稳定性。

使用AutoDockTools进行盲对接,GROMACS进行100ns MD模拟,分析RMSD、RMSF、Rg和氢键数。

5

细胞活力与凋亡检测

评估连翘苷对结直肠癌细胞活力和凋亡的影响。

CCK-8法检测细胞活力,Annexin V-FITC/PI染色流式细胞术检测凋亡。

6

增殖与转移能力检测

评估连翘苷对细胞增殖、迁移和侵袭的影响。

克隆形成实验检测增殖,划痕实验检测迁移,Transwell实验检测侵袭。

7

PI3K/AKT/mTOR通路蛋白检测

验证连翘苷对PI3K/AKT/mTOR信号通路关键蛋白表达的影响。

Western blot检测p-PI3K、PI3K、p-AKT、AKT、p-mTOR、mTOR表达,并进行PI3K过表达回补实验。

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
连翘苷MedChemExpressHY-N0482
β-肌动蛋白抗体AffinityAF7018
AKT抗体Abcamab8805
p-PI3K抗体AffinityAF3242
p-AKT抗体CST4060s
PI3K抗体AffinityAF6241
mTOR抗体Proteintech66888-1-Ig
p-mTOR抗体AffinityAF3308
山羊抗兔IgG-HRPAffinityS0001
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
细胞计数试剂盒-8GlpBio--
Annexin V-FITC和PI凋亡检测试剂盒Elabscience--
HT29细胞系Chinese Academy of Sciences--
HCT116细胞系Chinese Academy of Sciences--
RIPA裂解液Beyotime--
基质胶----
Transwell小室Costar--

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
细胞系:HT29和HCT116;培养基:DMEM含10% FBS和1%青霉素-链霉素;培养条件:37°C,5% CO2
阅读提示:Methods 2.8 Cell Culture
药物处理
连翘苷浓度:0、0.1、0.2 mM;处理时间:24小时;溶剂和对照:文中未明确说明
阅读提示:Methods 2.9-2.13
细胞活力检测
CCK-8检测:细胞接种密度、处理时间、CCK-8孵育时间(37°C 2小时)、检测波长450nm
阅读提示:Methods 2.9 CCK-8 Assay
凋亡检测
细胞接种密度5×10^4/孔;Annexin V-FITC/PI染色条件:4°C避光15-20分钟;流式细胞术分析
阅读提示:Methods 2.11 Apoptosis Assay
迁移和侵袭检测
划痕实验:细胞融合度90%,划痕后0和24小时拍照;Transwell:细胞密度5×10^4/室,下层含20% FBS培养基
阅读提示:Methods 2.12 Cell Migration Assay; Methods 2.13 Cell Invasion Assay
Western blot
蛋白上样量50 ng/20 μL;SDS-PAGE浓度10%;一抗孵育:4°C过夜;二抗孵育;ECL显色
阅读提示:Methods 2.14 Western Blotting Analysis