基于网络药理学的郁金治疗肺纤维化体内外机制研究

来源 :北京中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joeyifeng
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目的以进行性呼吸困难、伴呼吸衰竭为特征的肺纤维化(Pulmonary Fibrosis,PF),是一种不可逆的肺部疾病。PF的易感性往往与年龄密切相关。吸烟、职业粉尘、药物刺激、细菌和病毒感染等多种危险因素也会导致PF。不同的致病因素反复刺激肺部,导致促纤维化细胞因子的产生。过度产生的促纤维化细胞因子会进一步刺激效应细胞活化、迁移,导致细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)沉积。过多的ECM沉积是肺纤维化发展进程中的典型特征,ECM影响肺的气体交换功能,最终导致呼吸衰竭和死亡。经FDA批准的吡非尼酮(Pirfenidone)和尼达尼布(Nintedanib)只能延缓疾病进展不能逆转疾病,且伴随不良反应。因此,临床亟待开发新的治疗PF药物。自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来,中医药在肺部疾病中发挥的重要作用日益受到重视。近年来,中药多种活性成分和多靶点的治疗特性也引起了药理学家的关注。在中医理论的指导下,多数中医学者根据PF的临床表现,将PF归为“肺痿”或“肺痹”。PF的发病原因有多种学说,如气滞血瘀、痰气结合等,治疗方式多遵循补气行气,祛痰化瘀原则。本研究是在遵循中医理论的基础上,利用现代信息学方法以及实验技术,探究中药郁金对肺纤维化的治疗作用及机制。郁金(Curcuma Radix),源自姜科植物温郁金、姜黄或莪术的干燥块根,归肝、肺经,有行气活血的功效。现代药理研究表明,郁金的成分或提取物具有抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗氧化等功效。因此,结合肺纤维化的中医发病机制,研究郁金在治疗肺纤维化方面的作用具有一定的临床意义。基于生物信息学、系统生物学和药理学,网络药理学成为了解药物与疾病之间复杂关系的一种有力工具。该工具成功揭示了中药在多种疾病中的分子机制。同时分子对接和分子动力学模拟等计算机方法不仅提高了药物设计效率,更有助于研究人员在分子水平上了解药物作用于疾病的治疗机制。因此,本课题首先通过生物信息学技术探索郁金治疗肺纤维化的机制,并通过体内和体外实验进一步验证郁金的抗纤维化机制。方法采用超高效液相色谱质谱联用(Ultra-high pressure liquid chromatography combined with linear ion trap-orbital tandem mass spectrometry,UHPLC-LTQ-orbitaltrap)对郁金的化合物进行鉴定。从公共数据库中获取PF相关靶点和已鉴定的郁金化合物相关靶点,进一步通过网络药理学获取郁金治疗PF的关键靶点及相关通路。利用分子对接以预测活性化合物与关键靶标之间的亲和力强度。在网络药理学和分子对接预测结果的基础上,采用博来霉素(Bleomycin,BLM)建立小鼠PF模型,采用TGF-β1诱导肺成纤维细胞构建PF细胞模型,通过体内外实验进一步验证郁金对PF的治疗机制。结果本研究基于UHPLC-LTQ-Orbitrap技术共鉴定出23种郁金成分。通过收集和处理疾病与郁金的靶点,揭示了郁金治疗肺纤维化的124个潜在靶点。利用PPI网络明确了最重要的48个靶点。通过GO生物学功能富集分析和KEGG通路富集分析,发现STAT3、SRC、IL6、MAPK1、AKT1、EGFR、MAPK8、MAPK14 和 IL1B 是重要靶点中排序靠前的9个靶点,且这些靶点富集在MAPK通路和STAT3通路上。分子对接结果表明,郁金中的重要成分与这9个关键靶点都具有良好的结合活性。体内实验结果表明,郁金可以减轻PF小鼠的肺纤维化程度,并降低MAPK1和STAT3蛋白磷酸化水平。体外实验结果表明,郁金抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化,亦能够降低MAPK1和STAT3蛋白磷酸化水平。结论在中药郁金的干预下,PF模型小鼠的肺纤维化程度及TGF-β1诱导的成纤维细胞增殖分化有所改善,说明了郁金对PF有一定治疗作用。郁金治疗PF涉及多个靶点和多条通路,网络药理学、分子对接及体内外实验表明,郁金可通过MAPK和STAT3通路发挥治疗作用。以上研究为郁金的临床使用提供理论依据。
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