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拯救网络药理学大作战,想要复刻22年最新高分论文就靠代谢组学分析了!

2022-04-02 09:43 作者:尔云间  | 我要投稿

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网络药理学对于研究中医和中药的小伙伴来说肯定不陌生,它通过构建网络来进行系统性和整体性的分析,更符合中医整体治疗的理念。

然而,纯网络药理学在22年的发文量不容乐观,因为分析方法较单一,且受制于有限的数据库资源,因此想要做出特色、做出亮点是很难的。

但是网络药理学本身在系统性和整体性上具有优势,尤其在研究药物治疗疾病的机制中,可以很好的强调信号通路的多途径调节网络。

因此,陷入纯网药漩涡的伙伴们,何不尝试下加入实验验证或是整合其他分析,是很容易突破5分+的!

今天小编就给大家推荐一篇2022年发表且质量较高的,整合网络药理学和代谢组学分析的文章,旨在探究红花逍遥片(HHXYT)介导激素合成治疗乳腺增生症(MGH)的作用。文献链接及亮点点评见文末哦!

发表的杂志是frontiers in pharmacology,影响因子5.810。希望这篇文章可以给大家的网络药理学文章带来新的出路,也为后续的课题设计提供思路。

分析流程:

本研究构建了疾病大鼠模型,采用液相色谱-飞行时间质谱,结合代谢组学分析,筛选了血清内源性差异代谢物;随后通过网络药理学方法分析HHXYT的成分和可能的疾病治疗靶点。最后通过整合分析,筛选了药物治疗疾病的关键靶点和成分,并在细胞上开展了性激素合成实验,作为体外验证的结果。

 

分析结果

1HHXYTMGH模型上的药效学结果

本研究首先评估了HHXYT在MGH上的药效学结果,并发现疾病模型下的小鼠乳头直径是明显增大,血清雌二醇水平显著升高,孕酮水平显著降低。而经过不同剂量HHXYT治疗后,乳头直径、血清雌二醇和孕酮水平都被显著逆转了(图2A-C)。组织学层面的结果也提示,MGH组存在明显的乳腺组织增生,但经过药物治疗后,乳腺增生又明显减轻了(图2D-F)。这些结果说明,HHXYT对于MGH治疗效果显著。

2、筛选HHXYT原型和代谢物的表征,及潜在靶点的功能富集分析

通过对大鼠进行HHXYT灌胃处理,研究从大鼠血浆中获得了22个原型和32种代谢产物,其中3种原型成分是首次被鉴定出来的。这些原型和代谢物主要是单萜、三萜、有机酸和黄酮类化合物(图3A-C)。

根据这些代谢物和红花的主要活性成分hydroxysafflower yellow A(共55种),本研究在公共数据库中进行了靶点预测,并获得了373个潜在的蛋白靶点。功能富集分析结果显示,这些靶点参与的通路主要涉及内分泌、免疫和神经系统等生物过程(表2)。

基于以上通路,本研究又对HHXYT的草药靶点和原型靶点进行独立的富集分析,并发现6种草药和9个原型都至少富集到表2里20条通路中的3条(图4),说明这6种草药和9个原型,可能在HHXYT治疗MGH中发挥关键作用。

3HHXYT改变了血清代谢组

该研究进一步采用代谢组学分析,鉴定了HHXYT干预下大鼠血清中的内源性差异代谢物。主成分分析结果提示,假手术组、MGH组、HHXYT低剂量组和HHXYT高剂量组的血清样本在阳性和阴性模式下均有明显的分离(图5A-B),说明样本间存在显著差异。通过组间比较,研究共筛选出58种内源性差异代谢物(图5C)。其中HHXYT高剂量组的5个代谢物,在疾病组中显著变化后,又在高剂量药物组中被反向调节(图5D)。这些差异代谢物,其中的68%是脂类代谢物(图5E)。这些结果提示,HHXYT对乳腺增生大鼠的脂质代谢,尤其是激素紊乱有明显的调节作用。

4、HHXYT干预对代谢模块的影响

随后研究通过扩散核算法,筛选与差异代谢物节点较接近的代谢物,从中构建了19个独立网络模块(图6)。其中前三个模块包含了,从大鼠血浆中筛选到的与HHXYT相关的代谢物。

通过KEGG对这三个模块中的代谢产物进行富集分析,结果发现第一个模块中的代谢产物主要参与类固醇激素的生物合成、皮质醇的合成与分泌、卵巢类固醇的生成等途径;第二个模块中的化合物参与初级胆汁酸的生物合成和胆汁分泌;第三个模块与甘油磷脂代谢和不饱和脂肪酸的生物合成有关。这些通路与表2中的通路有所重合,说明HHXYT潜在靶点涉及的通路,与大鼠血清中代谢紊乱的调控是一致的。

5、HHXYT潜在靶点及代谢模块的网络药理分析

通过网络药理学分析,研究发现HHXYT的靶基因与MGH的疾病靶点之间存在87个基因的重合(图7A)。对HHXYT的靶基因进行PPI分析后发现,参与网络构建的114个药物靶点,其中有54个也是疾病靶点(图7B)。通过计算网络中节点的拓扑结构,本研究筛选到了PPI网络中的4个核心基因(图7C)。接着研究在MetaboAnalyst平台上,基于图6中第一个和第二个模块中的内源性差异代谢物,构建了代谢物-基因网络(图7D-E),并从中筛查到了3个核心基因。

基于这7个核心基因,本研究进一步构建了草药-成分-靶点网络(图8A),其中包含了6种草药、17种代谢成分和7个关键靶点。随后研究通过分子对接,对5个关键靶点与成分之间的靶向结合进行了验证,结果发现有14对配体受体复合物的对接得分小于−5 kcal/mol(表3),并在图8B-F中展示了其中5对配体受体复合物的对接3D结构。

6、HHXYT及其成分对鞘细胞睾酮合成的影响

最后本研究开展了细胞性激素合成实验,结果发现添加了促黄体生成素的细胞,细胞增殖率和睾酮水平显著增加;而加入促卵泡激素后,细胞数量无明显变化,且未监测到雌二醇的分泌(图9A-B)。

接着,研究人员用不同浓度的地塞米松刺激细胞,再用不同浓度的HHXYT和其主要活性成分刺芒柄花素(图9C)进行干预。结果发现HHXYT和刺芒柄花素,可以显著抑制由地塞米松(浓度大于10)引起的睾丸激素水平的升高(图9D),说明HHXYT和刺芒柄花素具有抑制睾丸激素分泌的作用。结合之前的研究报道,本文最后展示了卵泡中鞘细胞和颗粒细胞合成睾酮和雌二醇的途径(图9E),并将本研究发现的几个关键靶点在通路中的作用进行了标注。

小编叨叨:

纯网络药理学想要做出彩是很难的,但是只要加上实验分析,网络药理学绝对是锦上添花的存在。尤其是整合代谢组学,并不属于难度很高的分析,且实验成本也相对较低。因此大家不要发愁网药难发,多看看文献更新下自己的知识储备,相信一定会有拨开云雾见青天的那天。

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原文链接:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8846323/

Gao Z, Mi R, Cheng Z, Li X, Zeng H, Wu G, Zhao J, Zhang W, Ye J. Integrated Metabolomics and Network Pharmacology Revealed Hong-Hua-Xiao-Yao Tablet's Effect of Mediating Hormone Synthesis in the Treatment of Mammary Gland Hyperplasia. Front Pharmacol. 2022 Feb 1;13:788019. doi: 10.3389/fphar.2022.788019. PMID: 35177987; PMCID: PMC8846323.


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