通过网络药理学及实验验证探讨白皮杉醇对类风湿关节炎的治疗作用

来源 :延安大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cjc013
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背景:类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一种全身炎症性疾病,主要症状为外周关节疼痛、肿胀和僵硬。在病理生理上RA主要表现为滑膜的炎症,是最常见的炎症性关节炎。RA影响关节的滑膜细胞和软骨细胞,可导致滑膜炎症、软骨损伤和骨侵蚀,局部浸润性滑膜组织的形成是RA的特征性表现,滑膜改变随疾病进展而变化。RA的病因尚不完全明确,遗传因素占患病风险的60%,其他重要的风险因素包括性别及吸烟等。RA发展到晚期造成关节破坏最终致残,具有重大的社会影响,然而目前尚无确切而有效的根治策略,临床上RA治疗以缓解症状为主。作为白藜芦醇的羟基化类似物和代谢产物,白皮杉醇(Piceatannol,PIC)具有多种生物学功能,不仅具有抗氧化和抗炎的特性,而且对于癌症、糖尿病、心脏疾病和神经疾病都具有一定的治疗作用。本研究通过网络药理学和实验验证探讨PIC对RA的治疗作用。方法:使用Swiss Target Prediction数据库、Comparative Toxicogenomics数据库和STITCH数据库预测PIC的靶基因。从基因表达综合数据库(Gene expression omnibus,GEO)下载GSE77298和GSE1919数据集。Perl进行数据合并,R进行批次校正。R的“limma”包进行差异分析并获得RA滑膜组织和正常滑膜组织的差异表达基因(Different expression genes,DEGs)。PIC的靶基因与DEGs取交集,获得可能作为PIC治疗RA的潜在靶点。DAVID对交集基因进行基因本体论(Gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析。STRING构建蛋白-蛋白互作(Proteinprotein interaction,PPI)网络,Cytoscape进行可视化。Cytoscape的MCODE插件和Cyto Hubba插件综合分析得到Hub基因,DAVID对Hub基因进行GO和KEGG富集分析。使用UniProt数据库、PDB数据库、Chem Office软件、Py MOL软件、AutoDockTools软件和Vina软件对PIC和Hub基因进行分子对接,以确定靶向关系。Connectivity Map数据库预测Hub基因的靶向药物,初步验证PIC是否可以作为RA潜在的治疗靶点。Gene Cards数据库鉴定Hub基因中的免疫特异性基因,以进一步确定PIC治疗RA的潜在靶点。免疫特异性表达基因与Hub基因的交集基因中,对能反向预测出PIC的基因构建竞争性内源性RNAs(Competitive endogenous RNAs,ce RNAs)网络。Target Scan数据库、mi RWalk数据库和mi RDB数据库预测靶向的mi RNAs。star Base数据库和Lnc Base数据库预测靶向的lnc RNAs。从GEO下载RA滑膜组织的lnc RNA芯片数据集(GSE103578),R的“limma”包进行差异分析获得DEGs和差异表达lnc RNAs(Different expression lnc RNAs,DELncs)。靶向lnc RNAs与DELncs取交集进而构建ce RNAs网络。对ce RNAs网络中的基因进行基因集富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA)。对于PIC对RA的治疗作用,我们进行了一定的实验验证。CCK8检测细胞活力,细胞凋亡和周期分布用流式细胞术检测,Westerning Blot检测蛋白表达水平,RT-q PCR检测m RNA表达水平。结果:PIC预测出181个靶基因。GSE77298和GSE1919数据集鉴定出1780个DEGs,取交集得到35个基因作为PIC治疗RA的潜在靶点。对这35个基因构建PPI网络,Cytoscape的MCODE插件和Cyto Hubba插件综合分析得到6个Hub基因:SYK、CXCL8、TNF、NFKB1、PPARG和CASP8。分子对接结果显示PIC与6个Hub基因都具有很好的结合活性。15个免疫特异性表达基因与Hub基因取交集得到3个基因:SYK、NFKB1和CASP8。Connectivity Map数据库发现PIC与SYK具有对应的靶向关系。对SYK进一步构建ce RNAs网络,SYK共预测出80个mi RNAs和1156个lnc RNAs。GSE103578共筛选出560个DEGs与DELncs。1156个靶向lnc RNAs与560个DEGs和DELncs取交集得到10个PIC治疗RA的潜在lnc RNAs。根据这10个lnc RNAs及其对应的mi RNAs构建ce RNAs网络。最终我们得到13条PIC治疗RA的潜在ce RNAs轴:SYKhsa-mi R-6783-3p-AC022532.1、SYK-hsa-mi R-330-3p-GABPB1-IT1、SYK-hsa-mi R-6783-3p-KRTAP5-AS1、SYK-hsa-mi R-330-3p-AL590617.2、SYK-hsa-mi R-3064-5pAC004224.2、SYK-hsa-mi R-6504-5p-AC004224.2、SYK-hsa-mi R-6783-3p-C8orf31、SYK-hsa-mi R-6783-3p-MMP25-AS1、SYK-hsa-mi R-3064-5p-AL157832.1、SYKhsa-mi R-6504-5p-AL157832.1、SYK-hsa-mi R-512-3p-AC060780.1、SYK-hsa-mi R-1269a-AL160006.1、SYK-hsa-mi R-1269b-AL160006.1。富集结果综合分析发现PIC对RA的治疗机制可能与NOD样受体信号通路、RIG-I样受体信号通路、NF-k B信号通路、Toll样受体信号通路和Fc epsilon RI信号通路有关。进一步的实验验证结果发现PIC降低了RA-MH7A细胞的增殖活力,促进RA-MH7A细胞凋亡。PIC使RA-MH7A细胞周期阻滞于G2/M期。此外,PIC对分子靶点的m RNA水平验证说明SYK、NFKB1和CASP8极有可能是PIC治疗RA的有效靶点。结论:通过生物信息学及网络药理学分析得到了6个PIC治疗RA的可能的潜在靶点(SYK、CXCL8、TNF、NFKB1、PPARG和CASP8),并通过分子对接确定了PIC与这6个基因的靶向关系。免疫特异性分析进一步确定为3个靶点(SYK、NFKB1和CASP8)。Connectivity Map数据库反向验证了PIC与SYK的靶向关系。ce RNAs网络的构建及分析最终得到了PIC治疗RA的可能的潜在ce RNA调节轴。富集分析得到了PIC治疗RA的潜在信号通路。CCK8实验发现PIC可以降低RA-MH7A细胞的增殖活力。用流式细胞仪和Westerning Blot检测发现PIC可以促进RA-MH7A细胞凋亡。用流式细胞仪检测发现PIC使RAMH7A细胞周期阻滞于G2/M期。对PIC的分子靶点SYK、NFKB1和CASP8进行了m RNA表达水平的验证。我们得出结论:PIC能够抑制RA-MH7A细胞的增殖活力,促进RA-MH7A细胞凋亡,阻滞RA-MH7A细胞周期于G2/M期。SYK、NFKB1和CASP8极有可能是PIC的有效靶点。SYK、NFKB1和CASP8等潜在靶点以及生物信息学分析得出的潜在ce RNA调节轴和潜在信号通路为PIC治疗RA的进一步研究提供了方向。本研究结果对RA的治疗提供了新的可能,PIC有可能作为RA治疗的潜在药物。
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