網絡藥理學文章解讀
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發表時間：2024-10-15
今天我們來看一篇2022年3月8日發表于BioMed Research International雜志，題為“Molecular Mechanism of Gleditsiae Spina for the Treatment of High-Grade Serous Ovarian Cancer Based on Network Pharmacology and Pharmacological Experiments”的研究論文，該文章通過網絡藥理學、生物信息學、分子對接等方法揭示了Gleditsiae Spina（皂角刺）治療高級漿液性卵巢癌（High-Grade Serous Ovarian Cancer）的靶點和分子機制。
這篇文章的研究套路比較經典：
1.篩選有效成分
2.活性成分-靶點網絡分析
3.GEO數據庫分析HGSC相關靶點差異表達基因
4.構架活性成分靶標網絡
5.目標途徑富集分析
6.靶點與分子對接
7.體外驗證
研究結果
1.Gleditsiae Spina提取物中的主要化學成分篩選
作者通過提取Gleditsiae Spina的化合物，根據LC-MS檢測獲得的各化學成分保留時間、高分辨率精確分子量、MSn多水平片段信息，結合提取的離子電流圖和標準品信息、Mzcloud數據庫及相關文獻，確定其組成，共鑒定出39個主要組成成分。
圖 1 UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS鑒定結果為Gleditsiae Spina提取物中的主要化學成分。
2.網絡構建與目標預測
在SwissADME平臺中根據藥代動力學和藥物相似性進行篩選，并根據既往文獻報道進行補充，得到26個活性成分。從PubChem獲得26個選定組分的SDF結構，并采用PharmMapper靶標預測模型對上述26個活性成分靶標進行預測。
圖 2 Gleditsiae Spina的活動成分-目標網絡圖
“活性成分-靶點”網絡的構建與分析。利用Cytoscape 3.7.2繪制和分析了脊柱裂有效成分與其活性靶點之間的關系網絡，共獲得635個節點（包括609個靶點和26個活性成分）和1090個關系。
3.卵巢癌相關靶點搜索
卵巢癌相關靶點（1483）是從基因表達綜合（GEO）數據庫中確定的。
圖 3 差異表達基因的火山圖。
4.卵巢癌脊柱裂治療關鍵靶點的篩查
為了在PPI網絡中獲取更豐富的節點-節點連接信息，對節點信息傳輸效率進行優化，確定在網絡中發揮重要作用的目標，計算上述交叉PPI網絡圖的網絡拓撲特征屬性值。通過兩次篩選，共獲得87個重點靶點。
圖 4 脊柱裂治療卵巢癌的關鍵靶點（a）和PPI網絡（b）
5.卵巢癌脊柱裂治療的通路富集分析和可視化
采用Metascape平臺對上述87個關鍵節點進行基因富集分析，包括GO-BP（生物過程）、GO-CC（細胞成分）、GO-MF（分子功能）和KEGG通路。
圖 5 用于治療HGSC的脊柱裂關鍵靶點的GO和KEGG富集的氣泡圖。
6.化合物和核心靶標的分子對接和分子動力學模擬結果
將兩種核心潛在化合物木犀草素luteolin和染料木黃酮genistein與PIK3CA、CTNNB1、HPSE和AKT14個核心靶點分子對接，獲得受體-配體對接結果。在九組中，對接評分最高的是木犀草素-HPSE（-8.97 kcal/mol），最低的對接評分是染料木犀草素-HPSE（-7.35 kcal/mol）。這表明所選的潛在核心化合物與靶標具有更好的結合活性。
圖 6化合物與核心靶標的分子對接
接下來，選擇染料木黃酮、木犀草素和小檗堿作為網絡中的核心成分，用AKT1、HPSE和PI3K進行分子動力學模擬測試。染料木黃酮和木犀草素與配體的結合迅速穩定并繼續起作用，經過短暫的波動，小檗堿與配體的結合也形成穩定狀態。
圖 7 具有核心靶標的化合物的分子動力學模擬
7.Gleditsiae Spina對卵巢癌治療效果的驗證
接下來，作者進行了體外實驗，以驗證Gleditsiae Spina的潛在治療靶點。進行MTT測定以評估不同濃度Gleditsiae Spina溶液對A2780，SKOV3和HEY癌細胞以及正常細胞IOSE80和SVOG的活力影響。結果表明，脊柱裂對腫瘤細胞有一定的殺傷作用，但對組織細胞沒有。為了進一步探索脊柱裂的治療機制，結合上述KEGG分析數據，用1.25和2.5 mg/mL的Gleditsiae Spina溶液刺激A2780細胞24 h，然后進行蛋白質提取和分析蛋白質印跡分析。結果表明，卵巢癌細胞中肝素酶1，MMP9，β-連環蛋白和N-鈣粘蛋白的水平顯著下調，以劑量依賴性方式響應Gleditsiae Spina治療。此外，用Gleditsiae Spina處理抑制了與PI3K / AKT / mTOR途徑相關的蛋白質的表達。接下來，作者探討了GS的抗腫瘤作用是否依賴于AKT激酶，向細胞中加入濃度為2 nM的AKT激酶抑制劑。結果表明，AKT只是脊柱裂的靶點之一，脊柱裂的抗腫瘤作用部分取決于AKT激酶。
圖 8 細胞驗證結果
小結
在這項研究中，作者通過網絡藥理學、生物信息學、分子對接、體外驗證等方法揭示了Gleditsiae Spina治療卵巢癌的靶點和治療的分子機制。這些結果可為Gleditsiae Spina在卵巢癌治療中的臨床應用提供依據。
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