基于網絡藥理學和轉錄組分析的GANDouling片劑治療伴有認知障礙的威爾遜病的機制研究
《Tissue and Cell》:Mechanistic Study on GANDouling Tablet in the Treatment of Wilson's Disease with Cognitive Impairment Based on Network Pharmacology and Transcriptomic Analysis
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時間:2026年03月03日
來源:Tissue and Cell 2.7
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本研究通過整合網絡藥理學和轉錄組分析,揭示甘露卿片改善威爾遜病相關認知障礙的機制,涉及APP和DRD2等關鍵靶點,突觸可塑性、PI3K-Akt信號通路及神經炎癥通路富集分析,臨床驗證顯示治療有效。
夏胡 | 曹世堅
安徽中醫藥大學第一附屬醫院老年疾病中心腦病科,中國安徽合肥230031
摘要
背景
威爾遜病(WD)是一種銅代謝障礙,常伴有認知功能障礙,但目前有效的干預措施仍然有限。甘豆靈片是一種傳統中藥配方,在治療威爾遜病方面顯示出臨床療效,但其對認知功能障礙的作用機制尚不明確。
方法
從TCMSP和SwissTargetPrediction數據庫中檢索了甘豆靈片的活性成分和潛在靶點。從多個數據庫中獲取了與疾病相關的基因,并分析了轉錄組數據(GSE197406)以識別差異表達基因(DEGs)。對交集靶點進行了蛋白質-蛋白質相互作用(PPI)分析、GO/KEGG富集以及化合物-靶點-通路網絡構建。通過分子對接評估了化合物與靶點的結合能力。最后,在15名患有威爾遜病相關認知障礙的患者中,測量了甘豆靈片治療前后的血清APP蛋白水平(ELISA)和PBMCs中的DRD2 mRNA表達(qRT-PCR)。
結果
共鑒定出928個DEGs,交集分析得到25個潛在的治療靶點。PPI分析突出了APP、DRD2和F2等核心基因。富集分析顯示與突觸可塑性、PI3K-Akt信號傳導和神經炎癥相關的通路。分子對接證明了代表性化合物與核心靶點之間的穩定結合親和力。臨床驗證顯示,甘豆靈片治療后APP蛋白水平和DRD2 mRNA表達顯著升高(P < 0.001),這與網絡預測結果一致。
結論
甘豆靈片可能通過多組分、多靶點和多通路的機制改善威爾遜病相關的認知障礙,尤其是涉及APP和DRD2。這項綜合研究為甘豆靈片在治療威爾遜病相關認知障礙方面的治療潛力提供了分子證據和臨床支持。
引言
威爾遜病(WD)是一種常染色體隱性遺傳病,由ATP7B基因突變引起,該基因編碼一種銅轉運ATP酶(Dmitriev和Patry,2024)。全球患病率約為每30,000人中有1例,中國某些地區的發病率較高(Sandahl等,2020)。威爾遜病的核心病理生理機制是肝臟銅排泄受損,導致銅在多個器官(尤其是肝臟和中樞神經系統)中逐漸積累。這會引起多種臨床表現,包括肝功能異常、錐體外系運動癥狀、精神障礙和認知功能障礙(Dev等,2022;Socha等,2025)。
威爾遜病的精神癥狀主要包括情緒異常、行為改變、焦慮和認知障礙,其中認知障礙是關鍵的精神神經癥狀(Frota等,2009)。近年來,認知障礙作為威爾遜病的早期或慢性臨床特征受到了越來越多的關注。研究表明,約30-50%的威爾遜病患者表現出不同程度的認知缺陷,如注意力不集中、記憶力下降和執行功能障礙(Wungjiranirun和Sharzehi,2023)。值得注意的是,即使運動癥狀得到緩解,這些癥狀也可能持續存在,嚴重影響患者的獨立性和生活質量(Litwin等,2024)。本研究重點關注威爾遜病相關的認知障礙,而非帕金森綜合征、震顫、肌張力障礙、共濟失調、舞蹈病、肌陣攣和抽動障礙等運動障礙,或抑郁和恐懼癥等精神癥狀(Palmieri等,2022)。然而,目前的治療策略主要集中在銅螯合和癥狀管理上,針對認知障礙及其潛在機制的靶向干預仍缺乏。
傳統中藥(TCM)由于其整體調節和多靶點作用,為復雜的神經系統疾病提供了有希望的治療方法(Wang等,2025)。甘豆靈片是一種常用的治療威爾遜病的中藥復方,由大黃根(Radix et Rhizoma Rhei)、黃連根(Rhizoma Coptidis)、雞血藤莖(Caulis Spatholobi)、姜黃根(Rhizoma Curcumae Longae)、丹參根(Radix Salviae Miltiorrhizae)和莪術根(Rhizoma Curcumae)組成(Chen等,2025)。先前的研究表明,甘豆靈片可通過Wnt-1/β-連環蛋白信號通路和HSF1/HSPB1通路對威爾遜病的肝損傷發揮積極的治療作用(Cheng等,2023;Zhao等,2024)。盡管甘豆靈片的神經保護作用已在臨床和動物研究中得到證實(Wen等,2024;Zhang等,2018),但其對威爾遜病相關認知障礙的直接影響和分子機制仍不清楚。傳統的藥理學方法在闡明中藥復方的復雜、多組分和多靶點機制方面存在局限性,這突顯了先進生物信息學方法的必要性。
網絡藥理學和轉錄組分析的結合為系統探索中藥機制提供了強大的平臺。網絡藥理學能夠識別活性成分、潛在靶點和疾病相關通路,從而構建全面的“化合物-靶點-通路”相互作用網絡(Kibble等,2015)。同時,轉錄組學可以揭示疾病組織中的差異表達基因(DEGs),為機制研究提供分子層面的見解(Kolobkov等,2022)。這兩種方法的結合不僅有助于生成機制假設,還允許通過分子對接和臨床樣本分析進行實驗驗證,形成一個具有更高科學嚴謹性的閉環研究模型。
基于這一理念,本研究通過整合網絡藥理學和轉錄組數據,探討了甘豆靈片治療威爾遜病相關認知障礙的潛在機制。我們從公開數據庫中篩選了甘豆靈片的活性成分和預測靶點,識別了與疾病相關的基因和DEGs,并分析了交集靶點和關鍵信號通路。然后通過分子對接評估了核心成分與靶點之間的結合親和力。最后,使用患者血清和外周血單核細胞(PBMC)樣本在治療前后驗證了選定關鍵蛋白和基因的表達水平。本研究的結果旨在為甘豆靈片在威爾遜病相關認知障礙中的臨床應用提供機制支持和理論依據。
部分摘要
威爾遜病(WD)是一種常染色體隱性遺傳病,由ATP7B基因突變引起,該基因編碼一種銅轉運ATP酶(Dmitriev和Patry,2024)。全球患病率估計約為每30,000人中有1例,中國某些地區的發病率更高(Sandahl等,2020)。威爾遜病的核心病理生理機制是肝臟銅排泄受損,導致銅在多個器官(尤其是肝臟和中樞神經系統)中逐漸積累。這會引起廣泛的臨床表現,包括肝功能異常、錐體外系運動癥狀、精神障礙和認知功能障礙(Dev等,2022;Socha等,2025)。
威爾遜病的精神癥狀主要包括情緒異常、行為改變、焦慮和認知障礙,其中認知障礙是關鍵的精神神經癥狀(Frota等,2009)。近年來,認知障礙作為威爾遜病的早期或慢性臨床特征受到了越來越多的關注。研究表明,約30-50%的威爾遜病患者表現出不同程度的認知缺陷,如注意力不集中、記憶力下降和執行功能障礙(Wungjiranirun和Sharzehi,2023)。值得注意的是,這些癥狀即使在運動癥狀得到緩解后也可能持續存在,嚴重影響患者的獨立性和生活質量(Litwin等,2024)。本研究重點關注威爾遜病相關的認知障礙,而非帕金森綜合征、震顫、肌張力障礙、共濟失調、舞蹈病、肌陣攣和抽動障礙等運動障礙,或抑郁和恐懼癥等精神癥狀(Palmieri等,2022)。然而,目前的治療策略主要集中在銅螯合和癥狀管理上,而針對認知障礙及其潛在機制的靶向干預仍不足。
傳統中藥(TCM)由于其整體調節和多靶點作用,為復雜的神經系統疾病提供了有希望的治療方法(Wang等,2025)。甘豆靈片是一種常用的治療威爾遜病的中藥復方,由大黃根(Radix et Rhizoma Rhei)、黃連根(Rhizoma Coptidis)、雞血藤莖(Caulis Spatholobi)、姜黃根(Rhizoma Curcumae Longae)、丹參根(Radix Salviae Miltiorrhizae)和莪術根(Rhizoma Curcumae)組成(Chen等,2025)。先前的研究表明,甘豆靈片可通過Wnt-1/β-連環蛋白信號通路和HSF1/HSPB1通路對威爾遜病的肝損傷發揮積極的治療作用(Cheng等,2023;Zhao等,2024)。盡管甘豆靈片的神經保護作用已在臨床和動物研究中得到證實(Wen等,2024;Zhang等,2018),但其對威爾遜病相關認知障礙的直接影響和分子機制仍不清楚。傳統的藥理學方法在闡明中藥復方的復雜、多組分和多靶點機制方面存在局限性,這突顯了先進生物信息學方法的必要性。
網絡藥理學和轉錄組分析的結合為系統探索中藥機制提供了有力平臺。網絡藥理學能夠識別活性成分、潛在靶點和疾病相關通路,從而構建全面的“化合物-靶點-通路”相互作用網絡(Kibble等,2015)。同時,轉錄組學可以揭示疾病組織中的差異表達基因(DEGs),為機制研究提供分子層面的依據(Kolobkov等,2022)。這兩種方法的結合不僅有助于生成機制假設,還允許通過分子對接和臨床樣本分析進行實驗驗證,形成一個具有更高科學嚴謹性的閉環研究模型。
基于這一理念,本研究通過整合網絡藥理學和轉錄組數據,探討了甘豆靈片治療威爾遜病相關認知障礙的潛在機制。我們從公開數據庫中篩選了甘豆靈片的活性成分和預測靶點,識別了與疾病相關的基因和DEGs,并分析了交集靶點和關鍵信號通路。然后通過分子對接評估了核心成分與靶點之間的結合親和力。最后,使用患者血清和外周血單核細胞(PBMC)樣本在治療前后驗證了選定關鍵蛋白和基因的表達水平。本研究的結果旨在為甘豆靈片在威爾遜病相關認知障礙中的臨床應用提供機制支持和理論依據。
部分摘要
差異表達和交集分析揭示甘豆靈片的潛在靶點
為了識別甘豆靈片在治療威爾遜病相關認知障礙中的潛在靶點,將與疾病相關的基因和藥物預測靶點與轉錄組數據進行了系統整合。
在GSE197406數據集中,差異表達分析鑒定出928個DEGs,包括393個上調基因和535個下調基因(圖1A)。我們從五個數據庫(GeneCards、OMIM、CTD、ClinVar和MalaCards)中獲得了總共16654個與威爾遜病相關的認知障礙基因。
討論
本研究結合了網絡藥理學、轉錄組分析、分子對接和臨床驗證,系統闡明了甘豆靈片治療威爾遜病相關認知障礙的潛在機制。研究結果表明,在PPI網絡中,APP和DRD2被優先確定為核心靶點,富集術語包括與突觸可塑性相關的過程以及PI3K-Akt信號傳導和神經炎癥相關的注釋。在分子對接中,
結論
本研究整合了網絡藥理學、轉錄組學、分子對接和臨床驗證,探討了甘豆靈片治療威爾遜病相關認知障礙的機制。APP和DRD2被優先確定為候選靶點,富集分析提示突觸可塑性、PI3K-Akt信號傳導和神經炎癥相關模塊的潛在參與。這些結果表明,甘豆靈片可能通過多組分機制改善認知障礙,
倫理批準和參與者同意
本研究獲得了安徽中醫藥大學第一附屬醫院倫理委員會的批準(編號2025AH-141)。所有參與者在納入研究前均簽署了書面知情同意書。本研究遵循《赫爾辛基宣言》的原則進行。
資助
本研究未獲得公共、商業或非營利部門的任何特定資助。
作者貢獻聲明
夏胡:撰寫——原始草案、監督、軟件使用、方法學、數據分析、概念構建。曹世堅:撰寫——審閱與編輯、驗證、監督、資源提供、方法學、概念構建。
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