中圖分類號:R593.22 文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-1959(2025)15-0001-08
DOI:10.3969/j.issn.1006-1959.2025.15.001
Mechanism of Quercetin in the Treatment of Rheumatoid Arthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking Technology
YANG Jingnan,LIYuxia,LINXuhong
(Centerfor Translational Medicine,DepartmentofLaboratoryMedicine,HuaiheHospitalofHenan University,
Kaifeng475000,Henan,China)
Abstract:ObjectieTalyeehofecetiiraetofmatdtisyetkaldlaog techologyesctitafdodteleseee TargetPredictdaasladsbsdes infomationmaptoolsuedtbainteoogetsfquecetidRAlatedtargetseproteroteniteractio(etok wasconstructedringdeeoteseedyyoafaretesetioespod databaseforGfuctioadKEGGatyichentaalsTegensoteotsigificantencmentpatayereoverlapedwihep 10targetsfdieosulesodied ThroughCytosaas9echC,GFReotk whichtheendocrinesistancepathayasteostsignifcantBycomparingteighttargetgnesoteendocinesistancepathaywihte firstentargetgsielapgseaelyC、ATFEGFR9.eolecig andquercetinshowedgoodbindingactivity.ConclusionQuercetinmayregulateSRCand MMP9 inestrogenpathwaybyregulating E2 level, further actontyrosineinasetrasmembanereceptorsIGF1RandEGFR,ndselectivelyregulateMAPKpathayandP3K/AKTpathaytoeatRA.
KeyWords:Quercetin;Rheumatoid arthritis;Network pharmacology;Molecular docking;Endocrine resistance
類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoidarthritis,RA)是一種發(fā)病機制和病因尚未完全明確的自身免疫性疾病,目前認為其發(fā)病機制與性別、遺傳、環(huán)境和免疫等因素有關(guān)。RA在我國2019年患病率增幅達 2.53% ,其15年累積致殘率可達 61.3%[1] ,嚴重影響患者生活質(zhì)量,且長期治療增加家庭經(jīng)濟負擔(dān)和社會醫(yī)療負擔(dān)。我國作為人口大國,農(nóng)村人口占比居多,存在認知水平低、經(jīng)濟狀況差等問題,加之RA具有隱匿性強、早期確診困難等特點,許多患者未能得到及時診治。目前市面上已有多種治療RA的藥物,如改善病情的抗風(fēng)濕藥、非甾體抗炎藥、糖皮質(zhì)激素等,主要作用為止疼、延緩病情發(fā)展,但長期使用存在副作用大、依賴性強等問題。隨著中醫(yī)藥基礎(chǔ)研究的發(fā)展,中醫(yī)藥治療RA得到廣泛研究,結(jié)合我國國情,進一步發(fā)掘更多低成本、易獲取的中醫(yī)藥可使更多人受益。
槲皮素(Quercetin)是一種在果蔬和中藥材中廣泛存在的黃酮類化合物,已有研究顯示其具有抗炎、抗氧化、抗癌及促成骨的作用。槲皮素的抗炎和抗氧化特性被認為是RA治療潛力的關(guān)鍵因素。在RA患者中,炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激是導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷和疾病進展的主要原因。槲皮素通過抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生,如腫瘤壞死因子 Δ∝(TNF-α) 、白細胞介素6(IL-6)和前列腺素 E2(PGE2) ,從而減輕炎癥反應(yīng)2。同時,槲皮素的抗氧化作用有助于減少氧化應(yīng)激,保護關(guān)節(jié)免受進一步損傷。有研究表明,槲皮素可通過多種途徑改善類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的癥狀,其骨破壞程度有所減輕甚至好轉(zhuǎn)。然而槲皮素在RA的作用機制目前尚無明確研究。本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對接技術(shù)分析槲皮素和RA的關(guān)系,旨在找尋其可能的作用機制,為之后進一步研究及藥物開發(fā)提供參考。
1材料與方法
1.1槲皮素的潛在靶點 通過PubChem(https://pub-chem.ncbi.nlm.nih.gov/)輸人Quercetin,得到2D SDF結(jié)構(gòu)、SMILES和ChEMBLID在SwissTargetPrediction(http://www.swisstargetprediction.ch/)數(shù)據(jù)庫中選擇Homo sapiens,輸入SMILES,下載Excel格式;在ChEMBL(https://www.ebi.ac.uk/chembl/)數(shù)據(jù)庫中輸人ChEMBLID,從TargetPredictions選擇 confidence90% ,homo sapiens 的靶點,記錄相應(yīng)的uniprotID;在PharmMapper(http://www.lilab-ecust.cn/pharmmap-per/)中選擇SubmitJob添加已下載的2DSDF文件,得到JobID并輸入checkJob中得到潛在靶點。將3個數(shù)據(jù)庫得到的潛在靶點通過在線微生信平臺(https://www.bioinformatics.com.cn/static/others/jvenn/example.html)進行整合,去除有交集的靶點,導(dǎo)出相關(guān)靶點供后續(xù)分析。
1.2RA 的相關(guān)靶點在GeneCards(https://auth.lifemapsc.com)、OMIM(https://www.omim.org/)、Dis-GeNET(https://www.disgenet.org)網(wǎng)站輸入rheuma-toidarthritis,得到相關(guān)疾病靶點,其中GeneCards篩選出relevence score ?2 的基因靶點,DisGeNET篩選出 score?0.5 的靶點。將符合條件的靶點放入在線微生信平臺,去除有交集靶點,其余靶點供后續(xù)分析使用。
1.3槲皮素與RA相關(guān)靶點將槲皮素與RA去重復(fù)化的基因靶點放入在線微生信平臺,得到有交集的靶點,即槲皮素抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的靶點,輸出相關(guān)圖片及信息,供后續(xù)分析。
1.4蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建(PPI)將槲皮素抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的潛在作用靶點基因輸入到STRING 數(shù)據(jù)庫(htps://cn.string-db.org/)中,物種選擇Homosapiens,將所得數(shù)據(jù)以tsv格式導(dǎo)出至Ex-cel表格,構(gòu)建蛋白-蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)。將STRING數(shù)據(jù)庫所得文件導(dǎo)入Cytoscape軟件,構(gòu)建互作圖。
1.5GO與KEGG富集分析將槲皮素與RA共同靶點在DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)網(wǎng)站中進行GO功能和KEGG通路富集分析,經(jīng)Excel處理后,選擇 P- -value前10的數(shù)據(jù)放入微生信平臺(https://www.bioinformatics.com.cn)進行可視化處理。
1.6分子對接結(jié)合GO功能與KEGG通路富集分析結(jié)果,選擇槲皮素與SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9進行分子對接。從Uniprot數(shù)據(jù)庫獲得相關(guān)基因蛋白名稱,從RCSB數(shù)據(jù)庫下載晶體結(jié)構(gòu)。將晶體結(jié)構(gòu)與1.1中獲得的槲皮素2DSDF結(jié)構(gòu)通過CB-Dock2進行自動對接,將結(jié)果進行可視化分析。
2結(jié)果
2.1槲皮素的潛在靶點 通過SwissTargetPrediction、ChEMBL、PharmMapper這3個數(shù)據(jù)庫得到預(yù)測靶點分別是100、5、298個,將預(yù)測靶點uniprotID放入微生信平臺,去除重復(fù)靶點,得到402個靶點,見圖1。
圖1槲皮素靶點基因

2.2RA的靶點通過GeneCards、OMIM、DisGeNET這3個數(shù)據(jù)庫得到靶點分別是2061、12、21個,將疾病靶點uniprotID放入微生信平臺,去除重復(fù)靶點,得到2061個靶點,見圖2。
圖2RA靶點基因

2.3槲皮素與RA相關(guān)靶點將2.1和2.2得到的靶點放入微生信平臺,得到68個有關(guān)聯(lián)的靶點,見圖3。
圖3RA與槲皮素交集靶點基因

2.4PPI 構(gòu)建將68個共同靶點導(dǎo)人STRING網(wǎng)站,設(shè)置 minimum required interaction score 為 0.90,hide disconnected nodes inthe network,在網(wǎng)絡(luò)中有67個節(jié)點,54條邊,平均度值為1.61,見圖4。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cytoscape軟件,由Degree值進行排序作圖,見圖5。
2.5GO與KEGG富集分析運用DAVID數(shù)據(jù)庫,將槲皮素抑制RA的10個核心靶點進行GO與KEGG分析。GO富集分析結(jié)果分為3部分,生物過程(BP)得到85個條目、細胞組成(CC)得到19個條目、分子功能(MF)得到23個條目,按 P- -value值大小繪制前10個結(jié)果柱狀圖,發(fā)現(xiàn)與BP相關(guān)的有細胞凋亡過程的負調(diào)控、磷酸化作用、正調(diào)控磷脂酰肌醇3-激酶蛋白激酶并B信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等;與CC相關(guān)的有細胞質(zhì)、細胞質(zhì)核周區(qū)、磷脂酰肌醇3-激酶復(fù)合物,IA類、膜等;與MF相關(guān)的有激酶活性、ATP結(jié)合、胰島素受體結(jié)合等,見圖 6 KEGG通路富集分析得到93條信號通路,按P-value值大小繪制前10條通路氣泡圖,氣泡大小代表富集在此通路的基因數(shù)目多少,發(fā)現(xiàn)KEGG顯著通路有內(nèi)分泌的阻力、癌癥通路、PI3K-Akt信號通路等,見圖7。其中,內(nèi)分泌阻力通路最顯著,其通路示意圖見圖8。
2.6分子對接結(jié)果將內(nèi)分泌阻力通路中的8個靶點基因與前10個靶點基因進行對比,有6個重合基因,分別是SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9;與槲皮素進行分子對接結(jié)果顯示,槲皮素與SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9的結(jié)合能均小于
,見表1、圖9。
圖4交集靶點PPI互作圖

圖5關(guān)鍵靶點網(wǎng)絡(luò)圖

圖6GO富集分析

圖7KEGG通路分析

圖8內(nèi)分泌阻力通路圖

表1分子對接結(jié)果

圖9槲皮素與關(guān)鍵靶點基因分子對接

3討論
RA是一種慢性炎癥性疾病,多發(fā)于中年女性,其中男女患病比例約為1:3,且多見于40~60歲女性,此階段女性處于圍絕經(jīng)期,而圍絕經(jīng)期女性卵巢功能逐漸衰退,雌激素分泌減少,女性體內(nèi)雌激素水平驟然下降,致女性的生理機能和免疫功能下降,使其處于慢性炎癥狀態(tài)。雌激素主要來源于卵巢、腎上腺皮質(zhì),其中卵巢是女性雌激素的最主要來源。
已有研究顯示,女性雌激素在慢性炎性疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,可抑制骨吸收和抑制炎癥反應(yīng)。雌二醇為體內(nèi)最多,活性最強的雌激素,多數(shù)研究都通過雌二醇來間接反映雌激素對疾病的影響。有動物實驗表明,雌二醇體內(nèi)水平達到一定濃度可上調(diào)抑炎細胞因子,下調(diào)促炎細胞因子,在RA治療中起積極作用。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),內(nèi)分泌阻力通路在槲皮素抗RA中表現(xiàn)最為顯著。在內(nèi)分泌通路中,雌二醇在整個信號通路傳導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用。
槲皮素是一種廣泛存在于水果、蔬菜和草藥中的黃酮類化合物,因其多重生物活性而備受關(guān)注。研究表明7,槲皮素具有顯著的抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗高血壓、抗腫瘤及抗菌特性,且無顯著肝、腎毒性。其抗炎作用主要通過抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生與釋放實現(xiàn),從而有效減輕炎癥反應(yīng)。此外,槲皮素還表現(xiàn)出雌激素樣活性,但無典型雌激素副作用。這些特性使其在慢性疾病的預(yù)防和治療中具有重要潛力。有研究顯示,槲皮素攝入不僅能顯著改善疾病狀態(tài),且不良反應(yīng)發(fā)生率極低。值得注意的是,其抗氧化與抗炎作用的協(xié)同效應(yīng),可能是其抗癌及代謝性疾病干預(yù)效果的關(guān)鍵機制。此外,槲皮素可有效減輕免疫細胞炎癥因子的分泌的作用,有效抑制TNF- ??α∝ 誘導(dǎo)MH7A細胞炎癥因子、MMPs的表達和NF- ??κB p65磷酸化;槲皮素可能通過抑制TLR4/NF- ??κB 信號通路抑制RA的炎癥反應(yīng),從而發(fā)揮對RA的保護作用[;在動物研究中,槲皮素可有效的減輕CIA小鼠關(guān)節(jié)滑膜炎癥,減輕關(guān)節(jié)骨破壞[1]。因此,槲皮素是治療RA的潛在有效藥物。
結(jié)合GO和分子對接結(jié)果,槲皮素抑制RA的關(guān)鍵 靶點為SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9。SRC,一種非受體酪氨酸激酶,在細胞轉(zhuǎn)化中起著關(guān)鍵作用,包括細胞增殖、分化、遷移、存活和血管生成,是多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的主要調(diào)節(jié)因子[]。在RA中,巨噬細胞和其他免疫細胞在炎癥過程中發(fā)揮重要作用。SRC在巨噬細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中具有調(diào)節(jié)作用,通過調(diào)節(jié)細胞因子的產(chǎn)生和細胞遷移來影響炎癥過程[13]。槲皮素被發(fā)現(xiàn)能夠抑制SRC激酶的活性,體外實驗顯示[4,槲皮素對Rous肉瘤病毒Src基因產(chǎn)物 pp60src 的磷酸轉(zhuǎn)移酶活性具有抑制作用。AKT1是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,在細胞生長、存活和增殖中起著重要作用[15.6]。在RA中,AKT1的激活與滑膜細胞的增殖、炎癥因子的產(chǎn)生和關(guān)節(jié)破壞等病理過程密切相關(guān)。研究表明[,RA患者滑膜組織中AKT1的表達和磷酸化水平明顯升高,提示AKT1可能參與RA的發(fā)病過程。槲皮素通過抑制AKT1的磷酸化,阻斷PI3K/AKT信號通路的激活,進而下調(diào)其下游的mTOR信號通路,這一作用機制可有效抑制RA滑膜細胞的異常增殖,并減少促炎細胞因子如IL-1β、TNF- σ?∝ 和IL-6的釋放,從而發(fā)揮抗炎及抗增殖作用[8,19]。IGF1R即胰島素樣生長因子1受體,是一種跨膜酪氨酸激酶,在細胞生長、分化、凋亡保護以及癌變過程中發(fā)揮重要作用。在RA中,IGF1R信號被異常激活,與滑膜成纖維細胞的過度增殖和侵襲性有關(guān)[2]。槲皮素能抑制IGF1R的激活以及其下游激酶AKT和ERK1/2[21]。EGFR即表皮生長因子受體,一種跨膜受體酪氨酸激酶,在多種細胞類型中表達,并在調(diào)節(jié)細胞增殖、存活、分化和轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用。EGFR的激活可以誘導(dǎo)細胞內(nèi)多種信號傳導(dǎo)途徑,促進細胞增殖、抑制凋亡和血管生成[22。EGFR及其配體在RA滑膜細胞中的表達與滑膜細胞的過度生長有關(guān)23]。槲皮素可以抑制EGFR及其配體的結(jié)合,阻斷EGFR的激活,也可以抑制EGFR的自身磷酸化,進而阻斷其下游信號傳導(dǎo)途徑的激活[24,25]。CCND1是一種細胞周期調(diào)節(jié)蛋白,在多種細胞過程中起著重要作用。在RA的病理過程中,CCND1的高表達可能與滑膜細胞的增殖和炎癥因子的分泌有關(guān),這可能進一步促進了RA的關(guān)節(jié)炎癥和破壞2]。槲皮素對此蛋白在RA中的作用目前沒有文獻具有直接證明,但多篇研究表明[27-29],槲皮素能夠通過下調(diào)CCND1蛋白的表達,抑制腫瘤細胞的增殖。MMP9屬于基質(zhì)金屬蛋白酶,主要參與細胞外基質(zhì)的降解和重塑。在RA中,MMP9表達上調(diào),導(dǎo)致關(guān)節(jié)滑膜細胞和軟骨細胞的基質(zhì)降解,加劇炎癥和關(guān)節(jié)破壞[30。在RA治療中,槲皮素通過調(diào)節(jié)MMP2/MMP9信號通路,展現(xiàn)出抗RA的效應(yīng)[3]。
綜上所述,槲皮素治療RA的作用機制主要是通過調(diào)節(jié) E2 水平,調(diào)控雌激素通路上SRC、MMP9,進一步作用于酪氨酸激酶跨膜受體IGF1R和EGFR,選擇性調(diào)控MAPK通路和PI3K/AKT通路,進而影響RA。本研究不足之處:除未進行實驗驗證外,如何提高槲皮素的有效利用率也需進一步研究。雖然槲皮素具有多種生物活性,但因其水溶性和生物利用度較低,大大限制了其應(yīng)用。因此,提高其生物利用度和開發(fā)新的制劑用于治療RA至關(guān)重要。
致謝:感謝陳明杰(上海NewCore生物技術(shù)有限公司)提供的數(shù)據(jù)分析和可視化支持。
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收稿日期:2024-10-08;修回日期:2024-11-01