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7+网络药理学+分子对接+动物实验,套路全面的网药思路!

 智汇基因 2024-05-14 发布于广东

导语

结果:

网络药理学分析

为了研究OA在肥胖管理中的潜在分子靶点,进行了网络药理学分析(图1)。首先,利用SwissTargetPrediction数据库鉴定了与OA相关的78个基因(CC1(CCC2(CCC3(C(=CCC4C3(CCC5C4(CCC(C5(C)C)O)C)C)C2C1)C)C(=O)O)C),而与肥胖相关的1,387个基因则来自GeneCards数据库。随后,利用微生物学信函平台构建了一个维恩图,鉴定出42个相关靶点(图1A)。为了直观评估OA对肥胖的影响,作者构建了一个PPI网络,包含42个节点和148条边,利用鉴定出的交叉基因(图1B)。OA的主要靶点参与其抗肥胖作用,如图1C所示,其中包括九种蛋白质。值得注意的是,PPARG具有最多的连接数,与其他19种蛋白质相关联。根据它们的关联性,PPARA、MAPK3、NR3C1、PTGS2、CYP19A1、CNR1、HSD11B1和AGTR1分别与其他18、17、14、13、10、9和8种蛋白质相关联。

分子对接
为了研究油酸(OA)对抗肥胖的机制,并研究其与关键靶点的潜在结合模式和结合程度,作者对OA和与肥胖相关的核心靶点进行了分子对接。选择了OA的核心抗肥胖靶点进行分子对接,并在正式对接之前重新对接了所有的大分子结构。所有的RMSD值都小于2A,表明具有良好的精确性和良好的结合模式[42]。普遍认为,较低的结合能量表示配体和受体的结合更加稳定,表明化合物更有可能与蛋白质相互作用。表2的结果表明,所有9个靶蛋白都能自发地与OA结合,并且它们的结合能量都小于-20 kJ/mol,表明具有强大的结合能力。这表明PPARG、PPARA和其他靶点应该是OA发挥抗肥胖作用的主要直接靶点。

分子动力学模拟
分子动力学模拟证实了OA与核心靶点的结合稳定性(附加文件1:图S1)。相对于原始构象,在给定瞬间的结构变化被称为RMSD。得分越低,OA与靶点结合构象越稳定。结果表明,OA与每个核心靶点的复合结构相对稳定,主要在2纳米左右波动,并在约15纳秒时开始保持稳定,表明OA能够稳定结合到每个核心靶点上。Rg是模拟过程中系统的质量加权平均半径,通常用于确定蛋白质-配体结合过程中的紧密度和折叠稳定性。附加文件1:图S1B显示,OA与每个靶点结合的值在整个模拟过程中限制在3.5纳米以内,表明复合物结构紧凑。PPARG、PPARA和PTGS2的复合物尤其稳定,表明它们更加稳定。综上所述,作者的分子动力学结果表明,OA对于核心靶点具有结合稳定性,尤其是对于PPARG、PPARA和PTGS2,这些靶点在OA抗肥胖方面具有很高的潜力。
OA在肥胖小鼠中防止体重增加
将高脂饮食连续喂养给小鼠导致体重迅速增加,早期高脂饮食组和对照组小鼠之间存在显著差异(P<0.001)。在开始给药的第10周后,各组小鼠的体重变化明显。给药4周后,奥利司他、OA-L、OA-M和OA-H组的小鼠体重显著降低,与模型组相比差异具有统计学意义(P<0.001)(图4A)。此外,各给药组的体重变化百分比均低于模型组,且奥利司他、OA-M和OA-H组的给药后体重变化百分比为负值,差异显著(图4B)。这些发现表明,OA有效地抑制了高脂饮食诱导的肥胖小鼠的体重增加,甚至引起了体重减轻。

OA调节糖脂代谢紊乱
高脂饮食导致小鼠的肝脏和附睾脂肪重量增加,模型组动物的指数明显高于对照组小鼠。治疗后,奥利司他、OA-L、OA-M和OA-H组的肝脏重量和附睾脂肪较模型组有所减少(图4C、D)。OA-H组和奥利司他组的效果最为显著,差异具有统计学意义。这些结果表明,OA能够减少肥胖小鼠的脂肪积累。
长期接触高脂饮食导致模型小鼠血糖水平显著升高(P <0.001 ),经奥利司他治疗明显改善(P <0.001 ),低剂量(P <0.01 )、中剂量(P <0.001 )和高剂量(P <0.001 )的油酸(OA)也有明显改善作用。此外,高脂饮食使小鼠血脂水平升高,模型组中三酰甘油(P <0.001 )、总胆固醇(P <0.01 )和低密度脂蛋白胆固醇(P <0.001 )显著增加,而高密度脂蛋白胆固醇(P <0.05 )显著降低。治疗后,奥利司他(三酰甘油:P <0.01 、总胆固醇:P <0.01 、低密度脂蛋白胆固醇:P <0.001 、高密度脂蛋白胆固醇:P <0.05 )、低剂量(总胆固醇:P <0.05 、低密度脂蛋白胆固醇:P <0.05 )、中剂量(三酰甘油:P <0.05 、总胆固醇:P <0.05 、低密度脂蛋白胆固醇:P <0.01 )和高剂量(三酰甘油:P <0.01 、总胆固醇:P <0.01 、低密度脂蛋白胆固醇:P <0.01 、高密度脂蛋白胆固醇:P <0.05 )均对血脂调节产生显著效果,三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇水平降低,高密度脂蛋白胆固醇水平增加(图4E–H)。这些结果表明,油酸对调节糖脂代谢具有有利影响,并呈剂量依赖性效应。
OA改善高脂饮食喂养的小鼠组织病理变化
高脂饮食诱导的动物中,增加和膨胀的脂肪细胞体积以及许多破裂的脂肪细胞质是脂肪组织损伤的迹象,如图5A所示。奥利司他和OA-H显示出更明显的效果。然而,OA的使用确实在一定程度上缓解了组织损伤。这突出了OA在减少组织损伤和改善高脂饮食下肥胖小鼠脂肪肝的能力。

OA缓解了HFD引起的炎症反应
HFD饲料导致血清细胞因子水平显著升高,特别是IL-6(P <0.01 ),TNF- α (P <0.01 )和趋化因子单核细胞MCP-1(P<0.001)。幸运的是,药物治疗成功降低了这些炎症标志物的水平,如图5B-D所示。值得注意的是,高剂量的OA显示出与奥利司他相当的抗炎潜力。这些结果表明,OA减轻了肥胖小鼠的炎症反应,这可能有助于其抗肥胖作用。
OA通过调节TGR5增加GLP-1的分泌
图5E中呈现的数据表明,高脂饮食小鼠的血清GLP-1水平显著降低(P<0.05)。值得注意的是,奥利司他(P<0.05)和OA-H(P<0.001)组的所有动物的GLP-1水平显著增加。蛋白印迹实验证明,高脂饮食降低了TGR5的表达,在模型组中数据明显较低(P<0.01)。此外,奥利司他和所有剂量的OA(OA-M:P<0.01)导致了肥胖相关蛋白抑制的减少和TGR5表达的增加(图5G)。需要注意的是,由于实验限制,只检测到了TGR5,进一步的研究有必要验证这一发现。尽管如此,根据实验结果,作者推测OA通过上调TGR5增强GLP-1的分泌,从而发挥抗肥胖和抗胰岛素抵抗的作用。
OA通过PPAR γ /SREBP1影响脂质合成
为了确认之前假设的靶点和途径,以实现OA的抗肥胖效果,作者进行了蛋白印迹实验,检测了关键脂肪生成因子PPAR γ 和SREBP1的表达情况。高脂饮食对模型组肥胖小鼠的白色脂肪组织样本中PPAR γ (P<0.05)和SREBP1(P<0.05)的相对蛋白表达量均有增加的影响,与此同时,体脂肪质量也有所增加。奥利司他和OA的治疗分别阻止了这两种蛋白的增加。其中,OA在调节PPAR γ 方面似乎效果更好,OA-M(P<0.01)和OA-H(P<0.01)均显著降低了PPAR γ 的表达(图5H)。在调节SREBP1方面,OA(P<0.01)与奥利司他(P<0.01)的效果相似(图5I)。结合动物血清数据,合理推测OA可以通过调节PPAR γ /SREBP1来控制脂质合成,从而控制肥胖。
OA影响TGR5/UCP-1的能量消耗
作者还通过研究TGR5/UCP-1蛋白的表达来探究OA对能量消耗的影响。上文已经描述了TGR5的表达情况。与对照组相比,模型组小鼠的白色脂肪组织中UCP1的表达显著降低(P<0.01)(图5J)。同时,通过给药,每个治疗组的表达都有所增加,尽管它们都没有统计学意义。根据蛋白质表达的结果,作者可以假设OA调节肥胖的机制之一是增强TGR5/UCP-1蛋白的表达,从而加速能量消耗。然而,这个假设仍需要通过其他研究来验证。

总结

总体而言,我们的研究采用了多方面的方法来研究 OA 在治疗肥胖症中的价值和机制,从而为天然药物治疗的鉴定和开发提供了新的基础。

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