基于生物信息学及实验验证探讨麦冬皂苷D治疗特发性肺纤维化的作用机制
Integrated Bioinformatics and Experimental Validation to Explore the Mechanism of Ophiopogonin D for the Treatment of Idiopathic Pulmonary Fibrosis
摘要目的 整合生物信息学、网络药理学及分子对接技术预测麦冬皂苷D(OP-D)治疗特发性肺纤维化(IPF)的作用机制,并进行细胞实验验证.方法 (1)利用R软件的Limma包分析GEO数据库中IPF差异表达基因数据,筛选IPF疾病靶点;采用PharmMapper和SwissTargetPrediction数据库预测OP-D作用靶点;对筛选得到的OP-D作用靶点与IPF疾病靶点取交集,得到OP-D治疗IPF的潜在作用靶点.对潜在作用靶点进行GO功能及KEGG通路富集分析;采用STRING数据库和Cytoscape软件构建潜在作用靶点的蛋白互作(PPI)网络,并筛选OP-D抗IPF的核心靶点.使用Autodock Vina软件对OP-D与核心靶点进行分子对接验证.(2)采用TGF-β(10 μg·L-1)诱导人胚肺成纤维细胞(HFL-1),并用不同浓度OP-D进行干预.采用CCK-8法、EdU法检测细胞增殖情况;Transwell检测细胞迁移能力;TUNEL染色法检测细胞凋亡情况;Western Blot法检测细胞中相关蛋白的表达水平.结果 (1)筛选得到IPF疾病靶点2 040个,OP-D作用靶点408个,取交集得到30个OP-D治疗IPF的潜在作用靶点.OP-D抗IPF的生物过程主要在胶原蛋白分解代谢过程、胶原蛋白代谢过程、细胞外基质分解和对异生物刺激的反应方面;主要涉及通路包括肥厚型心肌病信号通路、类风湿性关节炎信号通路、松弛素信号通路、PPAR信号通路和IL-17信号通路等.进一步筛选得到IGF1、MMP1、MMP2、MMP3、MMP7、ACE、CCL5等OP-D抗IPF的核心靶点,分子对接显示OP-D与核心靶点均有较好的结合活性.(2)OP-D能浓度依赖性抑制HFL-1细胞的活力,选择1、2、4 μmol·L-1 OP-D进行后续实验.与正常对照组比较,TGF-β组细胞的EdU阳性率及迁移细胞数显著升高(P<0.01);TUNEL阳性率及Bax蛋白表达水平显著下降(P<0.01),Bcl-2、FN-1、α-SMA、CollagenⅠ、IGF1、MMP1、MMP2、MMP3、MMP7蛋白表达水平显著升高(P<0.05,P<0.01).与TGF-β组比较,1、2、4 μmol·L-1 OP-D组的细胞EdU阳性率与迁移细胞数显著降低(P<0.05,P<0.01),TUNEL阳性率及Bax蛋白表达水平显著升高(P<0.05,P<0.01),Bcl-2、IGF1、MMP1、MMP2、MMP3、MMP7蛋白表达水平显著下降(P<0.05,P<0.01);4 μmol·L-1OP-D组细胞的FN-1、CollagenⅠ蛋白表达水平显著下降(P<0.05,P<0.01);2、4 μmol·L-1 OP-D组细胞的α-SMA蛋白表达水平显著下降(P<0.05,P<0.01).结论 OP-D可能通过抑制IGF1表达,降低MMPs表达水平,进而抑制HFL-1细胞增殖、迁移、凋亡抵抗和纤维化,从而发挥抗IPF的作用.
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