基于肠道菌群—代谢物的类风湿性关节炎网络药理学机制研究

摘要

目的：全面且系统地阐释肠道菌群—代谢物调控网络在类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis, RA）发病机制中所起的作用，找出关键分子靶点并挑选出有治疗潜力的候选药物。方法：将RA基因芯片数据中的差异表达基因同加权基因共表达网络分析模块基因整合在一起，借助Swiss Target Prediction(STP)、Similarity Ensemble Approach(SEA)、Gut Mgene数据库来获取肠道菌群代谢物靶基因集，之后与Gene Cards、OMIM、CTD数据库中的RA疾病基因求取交集。运用GO/KEGG功能注释、蛋白质相互作用网络拓扑学评估等办法筛选关键靶标，构建“微生物—代谢产物—基因靶点”多维调控体系，并且利用SwissADME和ADMETlab平台开展药物特性与毒理学评估，依靠分子对接技术验证先导化合物与核心靶点的相互作用，同时利用RA细胞模型，采用半数抑制浓度（IC50）测试、细胞计数试剂盒-8(CCK-8)增殖检测以及集落形成实验等评估候选药物的体外活性。结果：借助多维度分析鉴定出40个共有基因，其中IL6、TNF、IL1β、AKT1和TP53被确定为关键调控因子，通路富集结果显示，这些基因明显参与PI3K-Akt、MAPK、TNF信号转导、Th17细胞分化以及NOD样受体通路等RA关键病理过程。研究构建了由154种菌源代谢物、1 518个代谢相关靶点以及1 933个疾病靶点构成的互作网络，揭示Flavonifractor plautii和Blautia sp.等菌群依靠色氨酸、酪氨酸代谢途径调控核心靶点的作用模式，经过药效与毒性综合评价得到有良好成药性的先导化合物，其与IL6、TNF等靶点呈现出较大结合活性。体外研究说明该化合物对滑膜成纤维细胞的IC50值为40.85μmol/L，可剂量依赖性地抑制细胞增殖与集落形成，在≤80μmol/L浓度区间内细胞存活率超过80%，呈现出优良的安全特性。结论：本研究较为全面地指出了肠道菌群借助其代谢产物对免疫—炎症信号轴在RA发病进程中的关键作用机制，所识别出的核心基因网络以及潜在治疗药物3-(4-Hydroxyphenyl)propionic acid，为RA的精准治疗策略给予了科学依据，还为药物再利用研究开拓了新思路。

关键词

自身免疫疾病 / 类风湿性关节炎 / 肠道微生物 / 网络药理学 / 分子对接 / 作用机制 / PI3K-Akt信号通路 / 细胞实验

基金资助

国家自然科学基金资助项目（82160418,82560600）; 广西自然科学基金资助项目（2023GXNSFAA026002）