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基于網(wǎng)絡(luò)藥理和分子對(duì)接分析槲皮素治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制

2025-08-27 00:00:00楊靜楠李玉霞林旭紅
醫(yī)學(xué)信息 2025年15期

中圖分類號(hào):R593.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jī)制和病因尚未完全明確的自身免疫性疾病,目前認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制與性別、遺傳、環(huán)境和免疫等因素有關(guān)。RA在我國(guó)2019年患病率增幅達(dá) 2.53% ,其15年累積致殘率可達(dá) 61.3%[1] ,嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量,且長(zhǎng)期治療增加家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和社會(huì)醫(yī)療負(fù)擔(dān)。我國(guó)作為人口大國(guó),農(nóng)村人口占比居多,存在認(rèn)知水平低、經(jīng)濟(jì)狀況差等問題,加之RA具有隱匿性強(qiáng)、早期確診困難等特點(diǎn),許多患者未能得到及時(shí)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(zhǎng)期使用存在副作用大、依賴性強(qiáng)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(guó)國(guó)情,進(jìn)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(rèn)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(jìn)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(xì)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(shí),槲皮素的抗氧化作用有助于減少氧化應(yīng)激,保護(hù)關(guān)節(jié)免受進(jìn)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(jī)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(duì)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(jī)制,為之后進(jìn)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(diǎn) 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(kù)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(kù)中輸人ChEMBLID,從TargetPredictions選擇 confidence90% ,homo sapiens 的靶點(diǎn),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(diǎn)。將3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)得到的潛在靶點(diǎn)通過在線微生信平臺(tái)(https://www.bioinformatics.com.cn/static/others/jvenn/example.html)進(jìn)行整合,去除有交集的靶點(diǎn),導(dǎo)出相關(guān)靶點(diǎn)供后續(xù)分析。

1.2RA 的相關(guān)靶點(diǎn)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(diǎn),其中GeneCards篩選出relevence score ?2 的基因靶點(diǎn),DisGeNET篩選出 score?0.5 的靶點(diǎn)。將符合條件的靶點(diǎn)放入在線微生信平臺(tái),去除有交集靶點(diǎn),其余靶點(diǎn)供后續(xù)分析使用。

1.3槲皮素與RA相關(guān)靶點(diǎn)將槲皮素與RA去重復(fù)化的基因靶點(diǎn)放入在線微生信平臺(tái),得到有交集的靶點(diǎn),即槲皮素抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的靶點(diǎn),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(diǎn)基因輸入到STRING 數(shù)據(jù)庫(kù)(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(kù)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(diǎn)在DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)網(wǎng)站中進(jìn)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(tái)(https://www.bioinformatics.com.cn)進(jìn)行可視化處理。

1.6分子對(duì)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(jìn)行分子對(duì)接。從Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相關(guān)基因蛋白名稱,從RCSB數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)行自動(dòng)對(duì)接,將結(jié)果進(jìn)行可視化分析。

2結(jié)果

2.1槲皮素的潛在靶點(diǎn) 通過SwissTargetPrediction、ChEMBL、PharmMapper這3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)得到預(yù)測(cè)靶點(diǎn)分別是100、5、298個(gè),將預(yù)測(cè)靶點(diǎn)uniprotID放入微生信平臺(tái),去除重復(fù)靶點(diǎn),得到402個(gè)靶點(diǎn),見圖1。

圖1槲皮素靶點(diǎn)基因

2.2RA的靶點(diǎn)通過GeneCards、OMIM、DisGeNET這3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)得到靶點(diǎn)分別是2061、12、21個(gè),將疾病靶點(diǎn)uniprotID放入微生信平臺(tái),去除重復(fù)靶點(diǎn),得到2061個(gè)靶點(diǎn),見圖2。

圖2RA靶點(diǎn)基因

2.3槲皮素與RA相關(guān)靶點(diǎn)將2.1和2.2得到的靶點(diǎn)放入微生信平臺(tái),得到68個(gè)有關(guān)聯(lián)的靶點(diǎn),見圖3。

圖3RA與槲皮素交集靶點(diǎn)基因

2.4PPI 構(gòu)建將68個(gè)共同靶點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn),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(jìn)行排序作圖,見圖5。

2.5GO與KEGG富集分析運(yùn)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù),將槲皮素抑制RA的10個(gè)核心靶點(diǎn)進(jìn)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(gè)條目、細(xì)胞組成(CC)得到19個(gè)條目、分子功能(MF)得到23個(gè)條目,按 P- -value值大小繪制前10個(gè)結(jié)果柱狀圖,發(fā)現(xiàn)與BP相關(guān)的有細(xì)胞凋亡過程的負(fù)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等;與CC相關(guān)的有細(xì)胞質(zhì)、細(xì)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(hào)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(hào)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(duì)接結(jié)果將內(nèi)分泌阻力通路中的8個(gè)靶點(diǎn)基因與前10個(gè)靶點(diǎn)基因進(jìn)行對(duì)比,有6個(gè)重合基因,分別是SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9;與槲皮素進(jìn)行分子對(duì)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(diǎn)PPI互作圖

圖5關(guān)鍵靶點(diǎn)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(duì)接結(jié)果

圖9槲皮素與關(guān)鍵靶點(diǎn)基因分子對(duì)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(jī)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(qiáng)的雌激素,多數(shù)研究都通過雌二醇來間接反映雌激素對(duì)疾病的影響。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,雌二醇體內(nèi)水平達(dá)到一定濃度可上調(diào)抑炎細(xì)胞因子,下調(diào)促炎細(xì)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(gè)信號(hào)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(shí)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?cái)z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(jī)制。此外,槲皮素可有效減輕免疫細(xì)胞炎癥因子的分泌的作用,有效抑制TNF- ??α∝ 誘導(dǎo)MH7A細(xì)胞炎癥因子、MMPs的表達(dá)和NF- ??κB p65磷酸化;槲皮素可能通過抑制TLR4/NF- ??κB 信號(hào)通路抑制RA的炎癥反應(yīng),從而發(fā)揮對(duì)RA的保護(hù)作用[;在動(dòng)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(duì)接結(jié)果,槲皮素抑制RA的關(guān)鍵 靶點(diǎn)為SRC、AKT1、IGF1R、EGFR、CCND1、MMP9。SRC,一種非受體酪氨酸激酶,在細(xì)胞轉(zhuǎn)化中起著關(guān)鍵作用,包括細(xì)胞增殖、分化、遷移、存活和血管生成,是多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的主要調(diào)節(jié)因子[]。在RA中,巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞在炎癥過程中發(fā)揮重要作用。SRC在巨噬細(xì)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(xì)胞因子的產(chǎn)生和細(xì)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(shí)驗(yàn)顯示[4,槲皮素對(duì)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(xì)胞生長(zhǎng)、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(xì)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(dá)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(hào)通路的激活,進(jìn)而下調(diào)其下游的mTOR信號(hào)通路,這一作用機(jī)制可有效抑制RA滑膜細(xì)胞的異常增殖,并減少促炎細(xì)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(zhǎng)因子1受體,是一種跨膜酪氨酸激酶,在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡保護(hù)以及癌變過程中發(fā)揮重要作用。在RA中,IGF1R信號(hào)被異常激活,與滑膜成纖維細(xì)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(zhǎng)因子受體,一種跨膜受體酪氨酸激酶,在多種細(xì)胞類型中表達(dá),并在調(diào)節(jié)細(xì)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(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑,促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制凋亡和血管生成[22。EGFR及其配體在RA滑膜細(xì)胞中的表達(dá)與滑膜細(xì)胞的過度生長(zhǎng)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(jìn)而阻斷其下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活[24,25]。CCND1是一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白,在多種細(xì)胞過程中起著重要作用。在RA的病理過程中,CCND1的高表達(dá)可能與滑膜細(xì)胞的增殖和炎癥因子的分泌有關(guān),這可能進(jìn)一步促進(jìn)了RA的關(guān)節(jié)炎癥和破壞2]。槲皮素對(duì)此蛋白在RA中的作用目前沒有文獻(xiàn)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(dá),抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。MMP9屬于基質(zhì)金屬蛋白酶,主要參與細(xì)胞外基質(zhì)的降解和重塑。在RA中,MMP9表達(dá)上調(diào),導(dǎo)致關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)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(hào)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(jī)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(jìn)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(jìn)而影響RA。本研究不足之處:除未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外,如何提高槲皮素的有效利用率也需進(jìn)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

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