基于计算生物学技术和实验验证探讨黄芪、当归有效成分治疗特发性肺纤维化的分子机制

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1研究目的基于计算生物学技术中的网络药理学和分子对接技术探索黄芪、当归有效成分治疗特发性肺纤维化的信号通路及作用机制,并用细胞实验进行验证,证明黄芪、当归治疗特发性肺纤维化具有多成分-多靶点-多通路的作用。2研究方法2.1网络药理学方法通过TCMSP、TCMID、Batman数据库查找黄芪、当归药物成分和对应靶点,通过Genecard、OMIM数据库查找特发性肺纤维化疾病靶点,利用韦恩图求药物靶点与疾病靶点的交集靶点,利用交集靶点绘制PPI网络图,并使用Cytoscape软件中的CytoNCA插件功能对PPI网络进行拓扑分析,选出Degree值较高的靶点,这些靶点可能是黄芪当归治疗特发性肺纤维化的核心靶点。利用DAVID数据库对交集靶点进行GO分析和KEGG通路富集分析,依据KEGG通路富集分析中的P值和富集靶点数,找出靶点对应的成分,绘制“药物-成分-靶点-通路”网络图。查找文献,选择通路图中要研究的通路,绘制网络通路图,并根据网络通路中的靶点找出对应的成分,利用Autodock Vina软件对靶点和成分进行分子对接。2.2细胞实验验证选取Ⅱ肺泡上皮细胞(A549),复苏细胞、传代,将A549细胞接种在6孔细胞培养板中,每孔5×105个细胞数,分为空白组、DMSO组、IL-6组、IL-6+槲皮素组、IL-6+厚朴酚组、IL-6+槲皮素+厚朴酚组,每组设置3个复孔,24h后每组给予对应的药物,4h后收集细胞,Western blot检测JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3和α-SMA、β-Actin的蛋白表达量,RT-qPCR检测HIF-1α、α-SMA、GAPDH mRNA表达量,验证槲皮素和厚朴酚对IL-6/JAK2/STAT3/HIF-1α信号通路的作用。3研究结果3.1网络药理学研究结果通过TCMSP、TCMID、Batman数据库查找黄芪、当归药物成分和对应靶点,共获得黄芪、当归药物成分355个,药物靶点1588个;通过Genecard、OMIM数据库查找特发性肺纤维化疾病靶点,共获得疾病靶点1035个;通过绘制韦恩图,共获得260个交集靶点,通过PPI网络图可获得260个节点,2034条边,表明260个靶点能够发生相互作用;将260个交集靶点进行GO分析和KEGG通路富集分析,主要涉及HIF-1信号通路、JAK-STAT信号通路、PI3K-AKT信号通路、MAPK信号通路等,通过成分-靶点-通路图,发现Degree值较高的靶点主要为IL-6、STAT3、TNF等,分子对接结果显示:IL-6与槲皮素结合,JAK2与厚朴酚结合时,结合能相对较低,对接活性较强。3.2细胞实验研究结果Western blot结果显示:与空白组相比,IL-6组JAK2磷酸化水平显著增加,与IL-6组相比,IL-6+槲皮素组JAK2磷酸化水平显著降低,具有显著统计学差异(P<0.01);与空白组相比,IL-6组JAK2和STAT3磷酸化水平显著升高,α-SMA的蛋白表达量显著增加,与IL-6组相比,IL-6+厚朴酚组JAK2和STAT3磷酸化水平显著降低,α-SMA的蛋白表达量显著降低,具有显著统计学差异(P<0.01);与IL-6+厚朴酚相比,IL-6+槲皮素+厚朴酚组的STAT3磷酸化水平显著降低,具有显著统计学差异(P<0.01)。qPCR结果显示:与空白组相比,IL-6组HIF-1α、α-SMA的mRNA表达量显著增加,具有显著统计学差异(P<0.01),与IL-6组相比,IL-6+厚朴酚组HIF-1α、α-SMA的mRNA表达量显著降低,具有显著统计学差异(P<0.01),与IL-6+厚朴酚相比,IL-6+槲皮素+厚朴酚组的HIF-1α、α-SMA的mRNA表达量显著降低,具有显著统计学差异(P<0.01)。4结论黄芪、当归对药中的有效成分槲皮素和厚朴酚对Ⅱ型肺泡上皮细胞的EMT具有一定的抑制作用,且两药联合应用比单用效果更好,其治疗机制可能为抑制IL-6/JAK2/STAT3/HIF-1α通路的表达,降低α-SMA的表达,抑制EMT的发生,从而抑制细胞间充质转化,细胞质基质沉积减少,从而发挥抗纤维化的作用,此细胞实验结果与网络药理学和分子对接的相关结果一致。
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