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基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機(jī)制

2021-07-23 07:28段燦燦王清純趙澤粉蔡秋雪晏仁義何天目王雅芝李桂琳張建永
食品工業(yè)科技 2021年13期
關(guān)鍵詞:金釵石斛靶點(diǎn)

段燦燦,王清純,趙澤粉,蔡秋雪,劉 方,晏仁義,何天目,王雅芝,李桂琳,張建永,

(1.遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)藥理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨特色民族藥教育部國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,貴州遵義 563003;2.遵義醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,貴州遵義 563009;3.雙鶴藥業(yè)(海南)有限責(zé)任公司,海南???570311;4.云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,云南瑞麗 678600)

神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)自身免疫病、神經(jīng)系統(tǒng)感染等在內(nèi)的一組系統(tǒng)性疾病[1]。隨著社會(huì)的老齡化嚴(yán)重,神經(jīng)系統(tǒng)疾病已成為導(dǎo)致人類死亡和殘疾的主要原因之一。據(jù)調(diào)查,截止到2017 年5 月,全球約4700 萬阿爾茲海默癥患者,預(yù)計(jì)到2030 年,將達(dá)到7470 萬[2]。目前臨床治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物雖然較多,但是藥物會(huì)造成一定的不良反應(yīng),如心理狀態(tài)異常、支氣管痙攣和血管性水腫等[3]。特別是阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病目前仍無較理想的藥物可用,因此研發(fā)新的神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物具有重要意義。

金釵石斛(Dendrobium nobileLindl)為蘭科植物金釵石斛的莖,因形像古代頭上的發(fā)釵而得名。主產(chǎn)廣西、貴州等地,具滋陰清熱,生津止渴等功效。目前從金釵石斛中已經(jīng)分離到了生物堿、酚類、黃酮類、等生物活性成分[4]?,F(xiàn)代藥理學(xué)發(fā)現(xiàn),金釵石斛具有抗腫瘤、抗衰老、增強(qiáng)免疫、改善記憶及抗白內(nèi)障等多種藥理活性[5]。如金釵石斛提取物能有效改善小鼠抑郁模型的行為學(xué)表現(xiàn),提高小鼠腦內(nèi)的多巴胺和5-羥色胺水平[6];金釵石斛可以通過提高超氧化物歧化酶水平及降低過氧化脂質(zhì)含量達(dá)到提高記憶的效果[7];金釵石斛生物總堿對(duì)脂多糖誘導(dǎo)大鼠海馬tau蛋白的高度磷酸化和炎癥等具有明顯的改善作用,同時(shí)可減輕海馬周圍神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[8];金釵石斛多糖可保護(hù)神經(jīng)元免受炎癥因子的毒性作用,通過拮抗脂多糖對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元混合培養(yǎng)體系,降低炎癥因子表達(dá)及抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活等機(jī)制[9?11]。因此,金釵石斛在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有很大的潛力,亟需深入挖掘金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的活性成分和作用靶點(diǎn),厘清金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在治療靶點(diǎn)及分子機(jī)制。

由于中藥多成分-多靶點(diǎn)-多通路的特點(diǎn),難以厘清其具體治病機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是由系統(tǒng)生物學(xué)及多向藥理學(xué)等多學(xué)科的交叉融合,運(yùn)用基因組學(xué)、代謝組學(xué)、可視化和分子對(duì)接等多種技術(shù),揭示“化合物-基因-通路-疾病”之間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,多維度分析疾病的致病基礎(chǔ),探索藥物干預(yù)后的藥理學(xué)機(jī)制,并通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證、評(píng)估藥物的有效性、作用機(jī)制及不良反應(yīng),從而發(fā)現(xiàn)高效、低毒的藥物[12]。如有研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法,探討了二至丸預(yù)防阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)的物質(zhì)基礎(chǔ)和機(jī)制,發(fā)現(xiàn)了二至丸治療AD的有效成分可能是槲皮素、香葉醇、β-谷甾醇、橙花醇和厄立地黃,其作用機(jī)制可能與Wnt、MAPK和PI3K-AKT-M Tor三種信號(hào)途徑有關(guān)[13]。有研究基于中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法,分析得出四逆散可以通過調(diào)節(jié)G蛋白偶聯(lián)受體蛋白信號(hào)通路、cAMP系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)遞質(zhì)分泌等途徑發(fā)揮抗抑郁作用[14]。故本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探索金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的分子機(jī)制,以期為后續(xù)深入研究其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及治療機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫和分析平臺(tái)(TCMSP);PubChem數(shù)據(jù)庫;Chemical Book數(shù)據(jù)庫;ADMETlab數(shù)據(jù)庫;Swiss Target Prediction數(shù)據(jù)庫;TargetNet數(shù)據(jù)庫;UniProt數(shù)據(jù)庫;比較毒理基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(CTD);功能關(guān)聯(lián)蛋白網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(STRING);生物學(xué)信息注釋數(shù)據(jù)庫(DAVID);AutoDock Vina軟件;ChemBioDraw 13.0 軟件;Cytoscape 3.6.1軟件。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 金釵石斛化學(xué)成分的收集 檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫,包括中國(guó)知網(wǎng)、萬方、數(shù)據(jù)庫SinoMed (http://www.sinomed.ac.cn)、Pubmed (http://pubmed.com.cutestat.com)和TCMSP數(shù)據(jù)庫(http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php)[15?16],得到金釵石斛中的活性成分。再利 用 Pubchem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)、Chemical Book(http://www.chemicalbook.com)和ADMETlab (http://admet.scbdd.com)數(shù)據(jù)庫等平臺(tái)驗(yàn)證其成分結(jié)構(gòu),并采用ChemBioDraw13.0 軟件繪制其分子結(jié)構(gòu),保存為“sdf”文件。

1.2.2 金釵石斛成分潛在靶點(diǎn)預(yù)測(cè) 采用TargetNet(http://targetnet.scbdd.com) 在線數(shù)據(jù)庫預(yù)測(cè)成分的潛在靶點(diǎn),以準(zhǔn)確性(Accuracy,AUC)≥0.7 為遴選條件,其中AUC代表采用模型方法的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率,篩選Uniprot_ID、Protein、Prob(>0.9)等靶點(diǎn)的作用的潛在靶點(diǎn)群,同時(shí)本研究是針對(duì)人體,故再利用Uniprot (http://www.uniprot.org)數(shù)據(jù)庫篩選人源的潛在靶點(diǎn)。

1.2.3 金釵石斛成分-靶點(diǎn)互作網(wǎng)絡(luò) 采用Cytoscape 3.6.1 軟件,構(gòu)建金釵石斛“成分-靶點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò),運(yùn)用Network analysis插件分析網(wǎng)絡(luò)特征指標(biāo)度(degree)和介數(shù)(Betweenness),獲取主要藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和關(guān)鍵靶點(diǎn)。

1.2.4 靶點(diǎn)-疾病互作網(wǎng)絡(luò) 將靶點(diǎn)導(dǎo)入CTD數(shù)據(jù)庫(https://ctdbase.org/tools/batchQuery.go)進(jìn)行相關(guān)疾病的分析,剔除非神經(jīng)系統(tǒng)疾病的靶點(diǎn)。采用Cytoscape 3.6.1 軟件,構(gòu)建“靶點(diǎn)-疾病”互作網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步以Network analysis插件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的Degree和Betweenness進(jìn)行分析。同時(shí)根據(jù)人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫(http://www.omim.org)對(duì)不同類別疾病歸納和分類。

1.2.5 作用靶點(diǎn)的PPI網(wǎng)絡(luò) 將獲取的相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病靶點(diǎn)進(jìn)行整合,采用STRING (https://stringdb.org)數(shù)據(jù)庫在線分析,獲取靶點(diǎn)之間的相互作用數(shù)據(jù),導(dǎo)入Cytoscape 3.6.1 軟件,重新構(gòu)建金釵石斛潛在作用靶點(diǎn)的PPI網(wǎng)絡(luò),利用Analyze network工具對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,采用gnoyiacGenerate style from statistics工具根據(jù)degree值的大小對(duì)靶點(diǎn)的大小和顏色進(jìn)行變換。

1.2.6 靶點(diǎn)蛋白的基因功能和通路分析 本研究采用在線分析數(shù)據(jù)庫DAVID(https://david.ncifcrf.gov)對(duì)金釵石斛作用的靶點(diǎn)進(jìn)行富集分析,基于ClueGO插件進(jìn)行基因功能及KEGG通路富集分析。設(shè)定閾值P-value<0.05,篩選主要靶點(diǎn)信號(hào)通路。并使用Omicshare(http://www.omicshare.com/tools/index.php/Home/Soft/trend)在線分析平臺(tái)對(duì)富集分析結(jié)果進(jìn)行可視化,進(jìn)一步整合探析金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要信號(hào)通路,揭示金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在分子機(jī)制。

1.2.7 分子對(duì)接 選擇成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中degree排名前6 的靶點(diǎn),同時(shí)選擇金釵石斛degree排名前10 的成分,采用AutoDock Vina軟件,將靶點(diǎn)與成分進(jìn)行分子對(duì)接驗(yàn)證,以其結(jié)合能(Binding energy)評(píng)價(jià)化合物和靶點(diǎn)的結(jié)合活性。一般認(rèn)為結(jié)合能越高,配體與受體的結(jié)合性越穩(wěn)定。當(dāng)結(jié)合能大于5.0,表明化合物靶點(diǎn)結(jié)合具有較好的結(jié)合活性。首先通過RCSB PDB(http://www.rcsb.org/)數(shù)據(jù)庫獲取靶點(diǎn)蛋白晶體結(jié)構(gòu),用OpenBabel軟件將成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)SDF格式轉(zhuǎn)化為PDB格式。使用AutoDock Vina得到對(duì)接活性位點(diǎn)、結(jié)合能和均方根偏差(RMSD)。最后運(yùn)用Pymol軟件對(duì)對(duì)接結(jié)果進(jìn)行可視化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 金釵石斛目標(biāo)化合物的篩選

本研究通過檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬方、數(shù)據(jù)庫SinoMed(http://www.sinomed.ac.cn)、Pubmed (http://pubmed.com.cutestat.com)和TCMSP數(shù)據(jù)庫(http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php)中報(bào)道的金釵石斛化學(xué)成分,共收集到47 個(gè)(表1)。

表1 金釵石斛中的化學(xué)成分信息Table 1 Chemical constituents of Dendrobium nobile

2.2 金釵石斛成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

如圖1 所示,金釵石斛“成分-靶點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)得到135 個(gè)節(jié)點(diǎn),其中47 個(gè)為化合物成分,88 個(gè)為預(yù)測(cè)靶點(diǎn)。它們由946 條邊相連構(gòu)成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò),邊代表化合物和靶點(diǎn)的相互作用關(guān)系,度值平均值為7,其中度值排名前6 的成分是Nobilin D(果香菊素D,degree=42)、Nobliomethylene(-,degree=38)、decumbic acid B(癸二酸B,degree=33)、(+)-dendrolactone((+)-樹內(nèi)酯,degree=32)、(?)-denobilone A((?)-二苯酮A,degree=30)和 Nobilin(果香菊素,degree=30),度值排名前6 個(gè)靶點(diǎn)分別是巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(MIF)、雌激素受體 2(ERS2)、芳香化酶(CYP19A1)、人乳腺癌抵抗蛋白(ABCG1)、Toll樣受體9(TLR9)、多巴胺受體-D5 抗原(DRD5),degree分別為37、37、35、33、32、32。

圖1 金釵石斛成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.1 Composition target network of Dendrobium nobile

2.3 靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)分析

將靶點(diǎn)蛋白導(dǎo)入CTD數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行相關(guān)疾病的分析,查詢靶點(diǎn)關(guān)聯(lián)的疾病,刪除重復(fù)項(xiàng)后,列取前20 種疾病名稱及疾病分類,如表2 所示。再采用Cytoscape 3.6.1 軟件,構(gòu)建“靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。

圖2 金釵石斛靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Target disease network of Dendrobium nobile

表2 金釵石斛前20 個(gè)潛在作用靶點(diǎn)疾病名稱及疾病分類Table 2 Disease names and disease classification of the first 20 potential targets of Dendrobium nobile

2.4 金釵石斛作用靶點(diǎn)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

對(duì)金釵石斛成分的潛在作用靶點(diǎn)進(jìn)行合并整合,同時(shí)刪除重復(fù)的作用靶點(diǎn),總共得到88 個(gè)靶點(diǎn)蛋白,進(jìn)一步導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫中在線分析,限定人源物種,獲取88 個(gè)靶點(diǎn)的相互蛋白作用關(guān)系,將結(jié)果整合后導(dǎo)入Cytoscape 3.6.1 軟件構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)圖,如圖3 所示。PPI網(wǎng)絡(luò)共包括84 個(gè)節(jié)點(diǎn),1338 條邊,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)靶點(diǎn)蛋白,節(jié)點(diǎn)越大、顏色越紅,正方形越大,其degree值變大;邊表示蛋白之間的關(guān)聯(lián)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì),獲得 degree值排前 10 的關(guān)鍵蛋白分別為APP(degree=38)、SRC(degree=36)、CASP3(degree=34)、DRD2(degree=34)、TNF(degree=33)、PTGS2(degree=32)、OPRM1(degree=31)、CNR1(degree=31)、ADRA2A(degree=31)、HTR1A(degree=30),表明這些靶點(diǎn)蛋白在PPI網(wǎng)絡(luò)圖中的中心度較高,能與多個(gè)蛋白發(fā)生相互作用,提示其可能是金釵石斛作用的重要靶點(diǎn)。

圖3 金釵石斛潛在作用靶點(diǎn)的PPI網(wǎng)絡(luò)圖Fig.3 PPI network of potential targets of Dendrobium nobile

2.5 GO(Gene ontology)生物進(jìn)程分析

將金釵石斛作用的88 個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行GO生物進(jìn)程分析,得到生物進(jìn)程層級(jí)關(guān)系(如圖4 所示),共有759 個(gè)生物進(jìn)程,其中排名前10 的生物進(jìn)程(表3),主要涉及細(xì)胞對(duì)藥物的反應(yīng)、痛覺、對(duì)雌二醇的反應(yīng)、肽酰蘇氨酸磷酸化、阿片受體信號(hào)通路、慢性炎癥反應(yīng)等方面,提示金釵石斛可能調(diào)控以上生物進(jìn)程來治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

圖4 靶點(diǎn)的GO生物進(jìn)程層級(jí)關(guān)系Fig.4 The hierarchy of go biological process of target

表3 金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病靶點(diǎn)的生物進(jìn)程分析結(jié)果Table 3 Biological process analysis results of Dendrobium nobile in the treatment of nervous system diseases

2.6 KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析

采用DAVID在線分析平臺(tái)對(duì)金釵石斛作用的88 個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG通路富集分析,結(jié)果如圖5 所示。KEGG的富集程度主要通過影響因子(Rich factor,RF)、P值及參與調(diào)控通路上的基因個(gè)數(shù)進(jìn)行綜合分析,其中RF指差異表達(dá)的基因中位于該通路條目的基因數(shù)目與所有注釋基因中位于該通路條目的目的基因總數(shù)的比值,富集的程度隨RF大小變化。對(duì)結(jié)果整合分析發(fā)現(xiàn)靶點(diǎn)主要富集于Sphingolipid signaling pathway、Cocaine addiction以及Serotonergic synapse這三條信號(hào)通路。

圖5 前20 個(gè)KEGG通路富集氣泡圖(P<0.05)Fig.5 Enrichment bubble diagram of the first 20 KEGG pathways (P<0.05)

2.7 分子對(duì)接驗(yàn)證

為驗(yàn)證金釵石斛成分預(yù)測(cè)靶點(diǎn)的準(zhǔn)確性,本研究采用AutoDock Vina軟件對(duì)11 個(gè)degree較大的成分和6 個(gè)靶點(diǎn)根據(jù)默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行分子對(duì)接,以結(jié)合能(Binding energy)作為篩選條件,結(jié)合能越小表明對(duì)接結(jié)果越好。對(duì)于多構(gòu)象的對(duì)接結(jié)果,篩選出結(jié)合能最低的對(duì)接構(gòu)象,如表4 所示。大部分化合物與分子靶點(diǎn)對(duì)接結(jié)合能絕對(duì)值大于5.0,表明分子對(duì)接結(jié)果良好,驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。運(yùn)用Pymol軟件,根據(jù)結(jié)合能的大小選出每個(gè)靶點(diǎn)蛋白對(duì)接最好的化合物進(jìn)行可視化分析,結(jié)果如圖6 所示,其中ESR2 與化合物C25、MIF與化合物C42、CYP19A1 與化合物C32 均可以形成氫鍵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步整合探析金釵石斛的藥效物質(zhì)提供理論參考。

表4 金釵石斛作用的4 個(gè)靶點(diǎn)與11 個(gè)成分的分子對(duì)接得分Table 4 Molecular docking scores of 4 targets and 11 components of Dendrobium nobile

圖6 ESR2、MIF、ABCG2、CYP19A1 與化合物結(jié)合能最低的最佳對(duì)接構(gòu)象Fig.6 The best docking conformation of ESR2,MIF,ABCG2,CYP19A1 and the compounds with the lowest binding energy

3 討論與結(jié)論

石斛作為藥用始見于《神農(nóng)本草經(jīng)》,金釵石斛是藥用石斛主流品種之一,具有益胃生津、滋陰清熱的功效[17?18]。有研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛葉總黃酮具有較好的抗氧化、抑制Aβ42 蛋白聚集及螯合金屬離子的能力,體外具有抗AD活性[19];金釵石斛總堿對(duì)APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力具有改善作用[20]。然而其具體作用機(jī)制尚不清楚,因此,本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)接和分子對(duì)接整合分析。

本研究通過構(gòu)建多元生物網(wǎng)絡(luò),篩選到金釵石斛活性成分47 個(gè),作用靶點(diǎn)88 個(gè),富集疾病多與帕金森、阿爾茨海默癥及精神、記憶障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān),可能與鞘脂信號(hào)通路和5-羥色胺突觸有關(guān)。根據(jù)degree的大小,成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)金釵石斛發(fā)揮作用來源的主要活性成分有Nobilin D(degree=42)、Nobliomethylene(degree=38 )、decumbic acid B(degree=33)、(+)-dendrolactone(degree=32)、(?)-denobilone A(degree=30)和 Nobilin(degree=30)。表明這些成分可能是金釵石斛發(fā)揮治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。上述成分的實(shí)驗(yàn)藥理學(xué)結(jié)果也進(jìn)一步佐證了預(yù)測(cè),其中有研究發(fā)現(xiàn)Nobliomethylene可顯著增加貓免疫缺陷病毒模型誘導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能病理變化,如腦干聽覺誘發(fā)電位延遲[21]。但其他Nobilin D、decumbic acid B、(+)-dendrolactone、(?)-denobilone A、Nobilin的相關(guān)活性尚不清楚,亟需對(duì)其潛在靶點(diǎn)進(jìn)一步驗(yàn)證分析。進(jìn)一步探尋這些化合物的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析可知,金釵石斛這些成分作用的核心靶點(diǎn)包括MIF(degree=37)、ERS2(degree=37)、CYP19A1(degree=35)、ABCG2(degree=33)、TLR9(degree=32)、DRD5(degree=32)等。目前,關(guān)于以上主要活性成分作用于核心靶點(diǎn)的研究的文獻(xiàn)報(bào)道較少,但分子對(duì)接結(jié)果顯示,MIF、ERS2、CYP19A1D等核心靶點(diǎn)能夠與Nobliomethylene、decumbic acid B、(?)-denobilone A等主要活性成分較好對(duì)接,因此,對(duì)金釵石斛中的活性化合物及作用機(jī)制值得進(jìn)一步深入研究。

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)是一種進(jìn)行性免疫介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病。隨著時(shí)間的推移,中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)炎癥和神經(jīng)退行性通路的慢性激活會(huì)導(dǎo)致永久性神經(jīng)功能障礙的累積。MIF是一種多功能細(xì)胞因子,在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental Allergic Encephalomyelitis,EAE)的MS小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)MIF在調(diào)節(jié)炎癥病理發(fā)展中樞神經(jīng)系統(tǒng)效應(yīng)器機(jī)制中起關(guān)鍵作用。在MS腦組織的檢查中,發(fā)現(xiàn)MIF在活躍炎癥區(qū)域高度表達(dá),提示MIF可能對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)有深遠(yuǎn)的影響。這些研究說明了MIF在EAE期間促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)巨噬細(xì)胞活化和募集的能力:這兩種中樞神經(jīng)系統(tǒng)效應(yīng)器機(jī)制對(duì)EAE進(jìn)展至關(guān)重要。MIF對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞具有有效的促炎作用,并使與中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫介導(dǎo)的組織損傷相關(guān)的促炎基因表達(dá)譜極化[22?24]。有研究發(fā)現(xiàn)AD女性受試者中ESR2 等位基因(s4986938,rs867443)對(duì)AD具有顯著的保護(hù)作用,相反CYP19A1 的G等位基因(rs11638442,rs11632698)可能提升AD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[22]。有研究發(fā)現(xiàn)ABCG2 在人體腦內(nèi)皮組織高表達(dá),提示其可能與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)[25]。有研究發(fā)現(xiàn)EAE小鼠的發(fā)育過程中,TLR9 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高表達(dá),且與EAE發(fā)展有關(guān)[26]。有研究發(fā)現(xiàn),樹突狀細(xì)胞的DRD5 受刺激后可增強(qiáng)炎癥,加速EAE的進(jìn)展,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)EAE小鼠樹突狀細(xì)胞中的DRD5 缺乏可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有炎癥潛能的CD4+T細(xì)胞亞群的頻率降低[27]。綜上可知,金釵石斛可通過多靶點(diǎn)治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。此外,通過“化合物-靶點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)和“靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)整合分析,為后期在各類型神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中,選取具有潛力的活性化合物及靶點(diǎn)進(jìn)行研究,可進(jìn)一步有效揭示其分子機(jī)制。

本研究基于在線分析系統(tǒng)DAVID進(jìn)行通路富集分析發(fā)現(xiàn),核心靶點(diǎn)主要與3 個(gè)通路Sphingolipid signaling pathway、Cocaine addiction以及Serotonergic synapse有關(guān)。其中,可卡因通過阻斷多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白并抑制多巴胺再攝取,從而導(dǎo)致突觸間隙中多巴胺持續(xù)作用于DRD1、DRD5 等相應(yīng)受體,誘發(fā)Cocaine addiction[28],而核心靶點(diǎn)TLR9 激動(dòng)劑可拮抗可卡因成癮,并能阻止運(yùn)動(dòng)過度效應(yīng)[29]。核心靶點(diǎn)ABCG2 是重要的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,可通過靶向腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)Sphingolipid signaling pathway向P-糖蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),提高CNS藥物治療療效[30]。核心靶點(diǎn)MIF和IL-6 等細(xì)胞因子可透過受損的血腦屏障,影響多巴胺、五羥色胺和去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的代謝,引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的炎性反應(yīng)[31?33]。

有研究報(bào)道AD患者存在Sphingolipid代謝異常,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)淀粉樣β沉積可能促使酸性鞘磷脂酶激活,提示Sphingolipid signaling pathway參與Sphingolipid代謝異??赡蹵D的發(fā)病機(jī)制[34]。有研究發(fā)現(xiàn)Cocaine addiction患者出現(xiàn)包括注意力、學(xué)習(xí)、記憶等多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能異常,提示Cocaine addiction通路可能參與了Cocaine引起的神經(jīng)毒性[35]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Cocaine反復(fù)使用會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)生理學(xué)和結(jié)構(gòu)的永久性改變,引起精神疾病[36]。有研究發(fā)現(xiàn)Serotonergic synapse通路的一些多功能調(diào)節(jié)劑具有神經(jīng)保護(hù)、抗炎等潛力,且一種對(duì)Serotonergic synapse和多巴胺受體具有高度親和力的血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體抑制劑-Lumateperone已經(jīng)在癡呆、雙相抑郁疾病上進(jìn)行臨床試驗(yàn)[37]。

綜上所述,本研究基于整合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法,通過“成分-靶點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)、“靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)及KEGG通路富集分析等一系列整合網(wǎng)絡(luò)分析,從系統(tǒng)層面揭示金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及分子機(jī)制。但由于網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的局限性,仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)對(duì)其關(guān)鍵成分及靶點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證,為后續(xù)深入研究金釵石斛治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及分子機(jī)制提供參考。

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