通过分子对接、分子动力学和实验验证探究鼠尾草酸对急性呼吸窘迫综合征的保护机制及治疗潜力

Exploring the protective mechanisms and therapeutic potential of carnosic acid against acute respiratory distress syndrome through molecular docking, molecular dynamics and experimental verification.

作者信息Quan Li, Lili Ding, Haijun Sun, Weichao Ding, Mengmeng Wang, Zhaorui Sun, Congxue Ma
PMID41668995
发布时间2026-01-28
DOI10.3892/etm.2026.13077

实验完整度

包含网络药理学预测、分子对接与分子动力学模拟、体外MH-S细胞实验和体内小鼠ARDS模型验证,功能验证(抑制焦亡、减轻氧化应激)及机制验证(Nrf2抑制剂ML385反转效应)明确。

主要模型

LPS/ATP刺激的MH-S小鼠肺泡巨噬细胞 LPS诱导的急性呼吸窘迫综合征小鼠模型(BALB/c)

重点核对

种属与细胞系:MH-S小鼠肺泡巨噬细胞;体内模型使用雄性BALB/c小鼠(8周龄,21-25g) 分组:体内实验分为对照组、LPS组、CA组(40 mg/kg)、CA+ML385组(40 mg/kg CA + 30 mg/kg ML385);体外实验分为对照组、LPS/ATP组、CA-10(10 μM)、CA-20(20 μM) 体外刺激条件:LPS(1 µg/ml)处理4 h,ATP(5 mM)处理30 min;CA处理48 h 小鼠模型:LPS(10 mg/kg)腹腔注射诱导ARDS;CA(40 mg/kg)和ML385(30 mg/kg)在LPS注射后30 min腹腔给药 检测终点:肺损伤评分、肺湿干比、PaO2/PaCO2、BALF中炎症因子(IL-1β、IL-18)、氧化应激指标(MDA、MPO、SOD)、NLRP3通路蛋白表达、7天生存率

摘要

在本研究中,采用网络药理学预测与实验验证相结合的方法,阐明鼠尾草酸(CA)对急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的保护机制和治疗益处。首先进行网络药理学分析,以确定CA在ARDS中的关键靶点和通路。使用小鼠肺泡巨噬细胞(MH-S细胞)进行体外研究,以检查CA对脂多糖(LPS)/ATP诱导的细胞焦亡和氧化应激的影响。通过Annexin V/PI染色、IL-1β和IL-18水平的测量以及焦亡相关基因的表达分析来评估细胞焦亡。氧化应激的评估涉及测量丙二醛、髓过氧化物酶和超氧化物歧化酶水平,以及细胞内活性氧(ROS)水平。采用Western blotting和免疫荧光分析研究核因子E2相关因子2(Nrf2)的表达和核转位。此外,建立体内ARDS小鼠模型,通过评估肺损伤、炎症和氧化应激标志物进一步验证CA的治疗效果。网络药理学分析揭示Nrf2是CA的关键分子靶点,通路富集分析强调其参与ROS稳态和程序性细胞死亡通路。分子对接分析表明CA与Nrf2之间具有稳定的结合亲和力。体外实验分析显示,CA显著减少LPS/ATP诱导的细胞焦亡和氧化应激,从而减少细胞凋亡,下调焦亡相关基因表达,并增强MH-S细胞中Nrf2的表达和核转位。在体内ARDS小鼠模型中的验证表明,CA治疗有效减轻肺部病理损伤,抑制焦亡信号通路并降低氧化应激生物标志物。本综合研究表明,CA可能通过靶向Nrf2、抑制氧化应激和细胞焦亡来保护ARDS。这些发现提供了对CA作用机制的理解,并支持其在ARDS管理中的进一步转化研究。

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
鼠尾草酸(CA)是否通过靶向Nrf2抑制氧化应激和NLRP3介导的细胞焦亡,从而对急性呼吸窘迫综合征(ARDS)发挥保护作用?
核心机制
CA通过激活Nrf2/HO-1通路减轻氧化应激,并通过Nrf2依赖性机制抑制NLRP3炎性小体活化、CASP1激活和GSDMD裂解,从而抑制细胞焦亡。
主要证据
网络药理学和分子对接/分子动力学预测Nrf2为关键靶点;体外MH-S细胞实验显示CA显著抑制LPS/ATP诱导的焦亡和氧化应激;体内小鼠ARDS模型验证CA减轻肺损伤、改善生存率,且ML385(Nrf2抑制剂)可反转其保护作用。
研究意义
研究揭示了CA通过Nrf2-NLRP3调控轴保护ARDS的新机制,为CA作为ARDS潜在治疗药物提供了理论基础,并支持进一步的转化研究。

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

网络药理学预测CA治疗ARDS的靶点和通路

识别CA与ARDS的共同作用靶点和富集通路,预测可能机制。

使用SwissTargetPrediction获取CA靶点(106个),从GeneCards和DisGeNET数据库收集ARDS相关基因(496个),取交集得19个共同靶点;通过Metascape进行GO和KEGG富集分析,构建PPI网络识别核心靶点。

2

分子对接和动力学模拟预测CA与Nrf2的稳定结合

在原子水平验证CA与关键靶点Nrf2(NFE2L2)的结合模式和稳定性。

使用AutoDock Tools进行分子对接,评估10个对接位点的结合亲和力;对最高亲和力构象进行100 ns的MD模拟,分析系统稳定性、结合自由能和关键残基贡献。

3

体外MH-S细胞模型评估CA对焦亡和氧化应激的影响

验证CA对LPS/ATP诱导的MH-S细胞焦亡和氧化应激的抑制作用。

使用CCK-8测定CA细胞毒性;通过LDH释放、Annexin V/PI染色评估焦亡;Western blot和RT-qPCR检测NLRP3、ASC、CASP1、GSDMD表达;ELISA检测IL-1β/IL-18;测量MDA、MPO、SOD活性;DCFH-DA检测ROS;Western blot和免疫荧光检测Nrf2表达和核转位。

4

体内小鼠ARDS模型验证CA的治疗效果

在整体动物水平验证CA对LPS诱导ARDS的保护作用及机制。

建立LPS诱导的ARDS小鼠模型,分组处理;评估血气指标、肺组织病理(H&E)、肺湿干比、生存率;检测BALF中炎症因子(IL-1β/IL-18)、LDH、氧化应激指标(MDA、MPO、SOD);Western blot和RT-qPCR检测NLRP3、ASC、CASP1、GSDMD、Nrf2、HO-1表达;IHC检测GSDMD。

5

Nrf2依赖性机制验证

证实CA的保护作用依赖于Nrf2激活,并介导对NLRP3焦亡和氧化应激的抑制。

使用Nrf2抑制剂ML385预处理,观察CA对NLRP3炎性小体、氧化应激指标及生存率的改善作用是否被消除。

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
脂多糖Sigma Aldrich; Merck KGaAL4391
ML385MEDCHEMEXPRESS LLCHY-100523
DMEM培养基Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.12100
RIPA裂解液Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.R0010
三磷酸腺苷Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.A9310
NLRP3抗体Cell Signaling Technology, Inc.15101
ASC抗体Cell Signaling Technology, Inc.67824
CASP1抗体Cell Signaling Technology, Inc.24232
GSDMD抗体Cell Signaling Technology, Inc.39754
Nrf2抗体Cell Signaling Technology, Inc.12721
HO-1抗体Cell Signaling Technology, Inc.43966
GAPDH抗体Cell Signaling Technology, Inc.2118
二抗Cell Signaling Technology, Inc.7074
荧光二抗Cell Signaling Technology, Inc.8889
IL-1β ELISA试剂盒Wuhan Elabscience Biotechnology Co., Ltd.E-EL-R0012c
IL-18 ELISA试剂盒Wuhan Elabscience Biotechnology Co., Ltd.SEA064Ra
MDA检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-1-2
MPO检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA044-1-1
SOD检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA001-3-2
LDH检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC0016
Annexin V-FITC/PI染色试剂盒Sigma Aldrich; Merck KGaAAPOAF
DCFH-DA荧光探针Beyotime BiotechnologyS0033
山羊血清Beyotime BiotechnologyC0265
BCA蛋白定量试剂盒Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.PC0020
CCK-8试剂盒Beyotime BiotechnologyC0037
RT-qPCR试剂盒Beyotime BiotechnologyD7268S
增强型ECL显影试剂盒Beyotime BiotechnologyP0018

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
细胞培养与处理
MH-S细胞(小鼠肺泡巨噬细胞)培养条件:DMEM+10%FBS+1%青霉素/链霉素,37°C,5% CO2;处理:LPS 1 µg/ml处理4h,ATP 5mM处理30min,CA 10或20 µM处理48h
阅读提示:Materials and methods,Cell culture
动物模型与给药
雄性BALB/c小鼠(8周龄,21-25g),随机分组(n=6/组,生存实验n=9/组);LPS(10 mg/kg,i.p.)诱导ARDS;30min后给予CA(40 mg/kg)或CA+ML385(30 mg/kg CA+30mg/kg ML385);对照组给予PBS
阅读提示:Materials and methods,Animals and treatments
肺损伤评估
血气和PaO2/FiO2计算;左肺固定于4%多聚甲醛,H&E染色,肺损伤评分(0-8分);右肺用于W/D比测定(60°C干燥72h)
阅读提示:Materials and methods,Animals and treatments;Figure legends (Fig. 5)
焦亡检测
细胞上清或BALF中LDH、IL-1β、IL-18水平;Western blot检测NLRP3、ASC、CASP1、GSDMD;RT-qPCR检测上述基因mRNA;IHC检测GSDMD阳性率
阅读提示:Materials and methods (ELISA, LDH release, Western blotting, RT-qPCR, IHC);Figure legends (Fig. 3, Fig.6)
氧化应激检测
细胞上清或BALF中MDA、MPO、SOD水平;细胞内ROS用DCFH-DA探针检测;Nrf2和HO-1蛋白及mRNA表达;Nrf2核转位用免疫荧光
阅读提示:Materials and methods (Assessment of ROS, oxidative stress markers, Western blotting, Immunofluorescence);Figure legends (Fig.4, Fig.7)
生存分析
LPS诱导后7天观察期,每天两次监测死亡率;对照组、LPS组、CA组、CA+ML385组(n=9/组)
阅读提示:Materials and methods,Animals and treatments (survival study);Figure 5G