IF:6.7，网络药理学+转录组，解析华山参抗哮喘的多靶点调控机制！

题目：整合转录组学和网络药理学揭示华山参治疗哮喘的作用机制

英文名：Integrated transcriptomics and network pharmacology to reveal the mechanism of Physochlainae Radix in the treatment of asthma

杂志：Phytomedicine

影响因子：6.7

发表时间：2025年2月6日

研究背景：哮喘是全球第二大慢性呼吸系统疾病，传统中药华山参（PhysochlainaeRadix，PR）临床用于治疗哮喘，但其作用机制尚不明确。

研究思路：结合转录组学、网络药理学及动物实验，鉴定华山参活性成分，通过OVA诱导哮喘小鼠模型验证其疗效，并探究其作用通路（如TLR4/MyD88/NF-κB、MAPK、IL-17）。

研究结果：

1、PR中标记成分的识别

在本研究中，通过比较PR色谱图中主要成分的质谱信息与参考化合物和PubChem数据库的化学谱图，并使用分离的甾体皂苷作为标准品，最终从PR中鉴定出6种托烷生物碱、3种香豆素（Wangetal.,2019）以及14种甾体皂苷（图3）。

图3

此外，将质谱数据导入GNPS平台生成分子网络。根据网络分析，发现了托烷生物碱和甾体皂苷的碎片。具体来说，鉴定出了阿托品、莨菪碱、香豆素以及甾体皂苷的特征碎片。这些成分的代表性成分的质谱和裂解模式如图4所示，清晰地展示了它们的化学特征。

图4

2、PR缓解OVA诱发的哮喘

华山参治疗显著改善OVA诱导的哮喘小鼠肺组织炎症细胞浸润、胶原沉积和杯状细胞增生（图5a）。ELISA显示华山参降低BALF中IL-4、IL-5、IL-13，升高IL-10和IFN-γ（图5B）。

图5

此外，与对照组相比，OVA诱导组的肺组织中TNF-α、IL-6和COX-2的表达水平根据免疫荧光分析显著升高。而PR治疗显著降低了肺组织中TNF-α、IL-6和COX-2的表达（图6）。

图6

3、转录组学预测关键生物过程和途径

为了进一步阐明PR对哮喘的影响机制，采用了RNA-seq。最终鉴定出868个差异表达基因（DEGs），其中768个上调，100个下调（图7A）。同时，比较高剂量组（HSS-H）和模型组时，有718个基因上调，705个基因下调。在这些基因中，有327个共同的DEGs，包括290个共同上调基因和22个共同下调基因（图7B）。基于表达水平绘制了聚类热图，以直观显示差异（图7C）。与模型组相比，对照组和高剂量组（HSS-H）的基因表达水平相似且差异显著。随后，对DEGs进行了KEGG富集分析，并选择了p值minimum的前20条通路绘制气泡图。对868个DEGs进行富集分析，得到811个GO条目，p<0.05，其中1423个DEGs得到814个GO条目。通过交集分析，发现两组数据中相同的前20个条目中有8个，包括5个生物过程（bp）条目（先天免疫反应、炎症反应、免疫反应、中性粒细胞趋化、趋化）和3个细胞组分（cc）条目（细胞外区域、细胞外空间、质膜外侧）。图7D和E显示了上述KEGG和GO富集通路。

图7

4、网络药理学方法揭示了核心靶点和机制

在筛选并去除重复项后，共鉴定出749个与PR成分相关的靶点。通过与从3个不同数据库中检索到的2810个疾病靶点进行交集分析，共获得267个共同靶点（图8A）。将这些交集靶点导入String数据库后，构建了一个包含267个节点和4865条边的“成分-疾病”蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络（图8B）。然后使用Cytohubba生成的前10个枢纽基因构建了一个PPI网络。通过KEGG和GO分析提出了可能的作用机制（图8C和D）。此外，通过整合转录组学和网络药理学，识别了PR治疗的关键靶点。通过网络药理学和转录组学分析的交叉分析，基于关键靶点和DEGs，共获得13个交叉靶点，即Tnf、Pla2g7、Cxcr2、Arg1、Alox5、Mmp3、Ptafr、Ccr1、Elane、Adamts4、Mmp8、Mpo和Adora3以及25条KEGG通路（图8E和F）。

图8

5、验证PR对重要目标蛋白的调控作用

基于转录组学筛选和网络药理学预测，识别了PR治疗哮喘的重要靶蛋白，并通过WB和IHC实验进行验证（图9A）。同时，肺组织中CCR1、MMP3和MMP9的IHC和WB结果一致，如图9B所示。此外，转录组学和网络药理学的数据都集中在IL-17通路上。使用ELISA检测小鼠肺组织中IL-17A和IL-17F的含量（图9C），结果与IHC一致，表明PR降低了IL-17A的水平（图9B）。这些结果表明PR可能通过控制IL-17的表达来治疗哮喘。

图9

6、PR通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB和MAPK信号通路来缓解哮喘

WB和IF证实华山参抑制TLR4/MyD88/NF-κB及MAPK通路蛋白激活（图10A-B）。

图10

将添加了TLR4抑制剂TAK-242，并对卵清蛋白（OVA）诱导的哮喘小鼠进行了额外实验，以进一步阐明TLR4/MyD88信号通路在PR对哮喘治疗效果中的关键作用。简要来说，将40只ICR小鼠（雄性，体重18-20克）平均分为5组：对照组、模型组、TAK-242组、HSS-H组和TAK-242+HSS-H组。哮喘小鼠模型的建立和药物的给予方式与之前的实验相同。收集支气管肺泡灌洗液（BALF），使用酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒，检测肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的水平，并且对右肺组织进一步进行苏木精-伊红（HE）染色、马松（Masson）染色和过碘酸雪夫（PAS）染色检查。同时，通过免疫组织化学（IHC）方法检测肺组织中TLR4和MyD88蛋白的表达情况。结果表明，与模型组小鼠相比，经TAK-242和PR治疗后，肺组织中受损的肺泡结构、炎性细胞浸润、气道上皮水肿、肺纤维化、杯状细胞增多以及黏液分泌增加等情况得到了显著逆转（图11A）。支气管肺泡灌洗液中IL-6、TNF-α和IL-1β的水平（图11B）以及肺组织中TLR4和MyD88蛋白的表达水平（图11C和D）均显著降低。值得注意的是，同时给予TAK-242和PR时，治疗效果得到改善，肺组织损伤进一步减轻。与单独使用TAK-242或PR治疗相比，联合治疗时支气管肺泡灌洗液中IL-6、TNF-α和IL-1β的水平以及肺组织中TLR4和MyD88的表达水平更低。这表明抑制TLR4/MyD88信号通路与PR对哮喘的治疗效果密切相关。

图11

总结：华山参通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB、MAPK和IL-17通路，降低炎症因子（IL-4、IL-5、IL-13）表达，减少肺组织炎症细胞浸润和胶原沉积，显著改善OVA诱导的小鼠哮喘症状，first整合多组学技术阐明其多靶点作用机制。傲星生物深耕生信分析十余载，有丰富的实验方案、完善的下游验证、机制研究服务，一对一专属服务为您排忧解难，助您轻松应对毕业和晋升！