基于逆向网络药理学和分子对接预测治疗骨衰老的中草药活性成分

摘要

目的 应用逆向网络药理学和分子对接技术探寻治疗骨衰老的潜在中草药活性成分及其作用机制，并进行初步实验验证。方法 从GEO数据库获取转录组数据，用GEO2R分析差异基因得到骨衰老特征基因群，构建PPI网络识别关键靶点，进行GO和KEGG富集分析。通过Degree、MCC 、Stress三种算法取交集获得疾病核心靶点，利用核心靶点逆向寻找具有治疗骨衰老潜力的中草药，并进行药物活性分析，将药物活性成分与疾病核心靶点进行分子对接，进一步筛选代表药物，构建衰老骨细胞模型和动物模型初步验证其疗效。细胞实验分为4组：对照组(Control)、骨衰老组(D-Gal)、槲皮素+骨衰老组(Que+D-Gal)以及槲皮素组(Que)，利用D-半乳糖(10 g/L)构建衰老骨细胞模型，槲皮素(10μM)处理D-Gal诱导的衰老骨细胞，通过SA-β-Gal染色观察细胞衰老情况，免疫荧光和Western blot检测细胞内p53的蛋白表达。将24只C57BL/6J小鼠随机分为4组，每组6只，组别与细胞分组相同，用D-半乳糖(500 mg/kg)颈背部皮下注射构建骨衰老小鼠模型，槲皮素(50 mg/kg)灌胃，通过股骨切片HE染色观察骨保护效果。结果 获得669个骨衰老特征基因，主要富集于PI3K-AKT、MAPK、破骨细胞分化、长寿调节等通路，核心靶点为TP53、HSPA4、ESR1、ERBB2、GSK3B、STAT1。逆向收集到能共同作用于骨衰老6个核心靶点的中草药为矮地茶、艾叶、干姜、黑豆、红花、火麻仁、土茯苓，主要活性成分为谷甾醇、豆甾醇、槲皮素、木犀草素等，将疾病6个核心靶点与药物活性成分进行分子对接，发现豆甾醇、槲皮素、木犀草素与6个核心靶点均为较强结合(结合能≤-7 kcal/mol)，综合考虑结合能与口服利用度，将槲皮素(Quercetin)为本研究的代表药物。细胞实验SA-β-Gal染色发现，与D-Gal组比较，Que+D-Gal组衰老细胞阳性面积明显减少(P<0.01)；免疫荧光和Western blot验证发现，与D-Gal组比较，Que+D-Gal组的p53荧光信号强度明显降低(P<0.01),p53蛋白表达显著降低(P<0.001)。小鼠股骨HE染色发现，与D-Gal组比较，Que+D-Gal组骨小梁数量增加。结论 本研究通过逆向网络药理学从大数据库中筛选到矮地茶、艾叶等中药的活性成分，如豆甾醇、槲皮素、木犀草素等可能调控衰老关键靶点TP53，与骨代谢相关通路基因如ESR1、GSK3B等协同作用，从而发挥骨保护作用。实验初步验证发现预测的代表药物之一槲皮素确实能改善骨衰老，并下调衰老关键因子p53的表达。

关键词

骨衰老 / 骨质疏松 / 网络药理学 / 分子对接 / 槲皮素