基于网络药理学和实验研究分析黄芪抗口腔黏膜下纤维性变的作用机制

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目的:口腔黏膜下纤维性变(oral submucous fibrosis,OSF)是胶原纤维在黏膜下层大量堆积的慢性进行性口腔黏膜疾病,具有癌变倾向,但缺乏有效、理想的治疗药物。黄芪(Astragalus,AST)是一种用药历史悠久的中药,其主要活性成分,如多糖类、黄酮类、皂苷类等,均具有抗纤维化作用,主要作用机制包括调控纤维化相关基因蛋白的表达,影响上皮间充质转化,调节炎症反应等。以上机制与OSF的发病密切相关,提示AST具有抗OSF的潜能。本研究通过网络药理学方法分析AST抗OSF的潜在有效活性成分、核心作用靶点及主要影响的生物功能、信号通路,运用分子对接技术,分析成分-靶点结合的可能性,并进行细胞分子学实验不仅进一步验证以上分析的准确性,而且初步探索了AST抗OSF的潜在作用机制,为AST治疗OSF提供理论及细胞分子学实验依据。方法:第一部分:ASI抗OSF的网络药理学分析在中药数据库TCMSP筛选AST的活性成分,上传至Swiss Target Prediction数据库匹配对应靶点,汇总得到AST相关作用靶点;在疾病相关靶点数据库(Gene Cards和OMIM数据库)检索OSF潜在治疗靶点,汇总、去重后得到OSF潜在治疗靶点;将AST及OSF相关靶点信息通过Venny分析得到“AST-OSF”交集靶点数据;将药物、成分、靶点、疾病数据信息通过Cytoscape软件两两匹配,构建“AST-成分-靶点-OSF”网络图;使用STRING数据库分析交集基因信息后进行PPI网络分析;并通过Metascape数据库对交集靶点进行GO生物功能和KEGG通路分析;将分析得到的药物活性成分及潜在作用靶点前五位通过Pymol、obgui、Au To Dock Tools-1.5.6等软件进行分子模拟对接,验证其结合可能性。第二部分:ASI抗OSF的细胞分子学实验制备不同浓度的槟榔碱(arecoline,ARE)、黄芪注射液(astragalus injection,ASI),分别作用于口腔黏膜成纤维细胞(Oral mucous fibroblasts,OMF)24小时后,利用CCK-8法检测两种药物对OMF的细胞毒性。利用含不同浓度ARE(0μg/ml、10μg/ml、20μg/ml、30μg/ml、40μg/ml)的培养基培养OMF 24小时后,采用RT-q PCR法检测肌成纤维细胞标志蛋白——α-肌动蛋白-2,(actin alpha 2,ACTA2)的表达量,以确定ARE刺激OMF转化为肌成纤维细胞的最佳浓度,后续实验采用最佳浓度建立肌成纤维细胞模型。并检测核心蛋白EGFR、VEGFA mRNA的表达,以明确ARE对两者的促进作用。建立细胞模型后去除ARE刺激,使用含不同浓度ASI(100 mg/ml、200 mg/ml、300 mg/ml、400mg/ml)的培养基培养,24小时后,采用RT-PCR检测标志蛋白ACTA2和预测的核心蛋白EGFR、AEGFA mRNA的表达量,从细胞分子学上进一步验证网络药理学数据的准确性,并初步探讨AST抗纤维化的潜在分子机制。结果:第一部分:ASI抗OSF的网络药理学分析AST包含21个潜在有效成分可通过68个作用靶点,发挥抗OSF作用的。分析“AST-成分-靶点-OSF”网络图得到AST的主要有效成分为华良姜素(Jaranol,JA)、3,9,-二-o-甲基尼森香豌豆紫檀酚(3,9-di-O-methylnissolin,39D)、异鼠李素(isorhamnetin,ISO)、黄芪紫檀烷苷(6AR)、山柰酚(kaempferol,KAE)等;PPI分析AST主要作用于OSF时排名前五的的核心靶点为EGFR、VEGFA、MAPK3、HRAS、JUN等;GO功能主要涉及损伤应答、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性的调节、细胞成分运动的调节、调节胞外基质和磷酸转移酶活性等178种生物过程(BP),65种细胞成分(CC)和63种分子功能(MF);KEGG通路富集分析发现AST作用于OSF的靶点主要影响PI3K-Akt、JAK-STAT等138条相关通路。AST主要活性成分与核心靶点均有结合可能。第二部分:ASI抗OSF的细胞分子学实验不同浓度ARE和ASI分别刺激OMF 24小时后,通过CCK-8法检测药物毒性,结果显示两种不同的药物均呈浓度依赖性的抑制OMF细胞活力,其IC50值分别为:120.0μg/ml、553.3mg/ml。ARE刺激OMF后的RT-PCR实验结果显示,随着ARE浓度的增加,肌成纤维细胞标志物ACTA2及核心蛋白EGFR、VEGFA mRNA表达量明显升高。其中当ARE浓度为20μg/ml时,提高ACTA2、EGFR、VEGFA mRNA的表达(P<0.01),当ARE浓度为30μg/ml和40μg/ml时,显著提高ACTA2、EGFR、VEGFA mRNA的表达(P<0.001),提示ARE成功导致OMF向肌成纤维细胞转化,并促进EGFR、VEGFA mRNA的表达。ASI干预后的RT-PCR结果显示,随着ASI浓度的增加,可抑制由ARE导致的ACTA2及EGFR、VEGFA mRNA表达升高。其中300mg/ml和400mg/ml的ASI下调ACTA2 mRNA表达的效果显著(P<0.05);而100mg/ml的ASI可明显下调EGFR和VEGFA mRNA的表达(P<0.05),且随着ASI浓度增加,抑制效果增强。结论:1.网络药理学发现黄芪包含的华良姜素、3,9,-二-o-甲基尼森香豌豆紫檀酚、异鼠李素、黄芪紫檀烷苷、山柰酚等25个潜在有效成分,通过作用于EGFR、VEGFA等68个潜在作用靶点,影响损伤应答、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性的调节、细胞成分运动的调节、调节胞外基质和磷酸转移酶活性等生物功能,并调控PI3K-Ak等信号通路发挥抗OSF的作用。2.细胞实验中槟榔碱可诱导OMF活化为肌成纤维细胞并上调EGFR、VEGFA mRNA的表达,促进OSF的发生;而ASI可抑制由ARE导致OMF活化、下调核心靶点EGFR、VEGFA发挥抗OSF的作用。3.ASI可能成为通过多成分、多靶点及途径抗OSF的有效药物。
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