网络药理学结合GEO芯片技术探讨黄芎方治疗缺血性脑卒中的作用机制及实验验证

摘要

目的基于GEO芯片联合网络药理学方法探讨黄芎方治疗缺血性脑卒中的作用机制,并构建脑缺血/再灌注(I/R)大鼠模型验证黄芎方药效和核心靶点。方法利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)数据库及文献检索,获得黄芎方的主要活性成分,通过Swiss Target Prediction数据库检索其相应的靶点。通过R软件limma包对GEO平台缺血性脑卒中患者数据集GSE16561进行差异基因分析。利用Venny 2.1.0进行黄芎方成分靶点和缺血性脑卒中差异基因靶点交集靶点分析,采用DAVID数据库对交集靶点进行基因本体(GO)功能富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。采用Cytoscape 3.9.0软件构建成分-靶点-通路网络并筛选核心成分,通过STRING数据库与Cytoscape 3.9.0软件构建蛋白质相互作用(PPI)网络并筛选核心靶点基因。利用PyMOL软件对度值排名靠前的成分和靶点基因进行分子对接。通过single sample Gene Set Enrichment Analysis(ssGSEA)进行免疫浸润分析。采用线栓法制备I/R大鼠模型,除假手术组外(n=21),将69只大鼠随机分为模型组、黄芎方组(3.6 g·kg^(-1))组、阿司匹林(9 mg·kg^(-1))组。黄芎方组和阿司匹林组每日ig给药1次,假手术组和模型组ig给予等量生理盐水,持续7 d。采用Longa分级评分法对大鼠进行神经行为评分,TTC染色测定大鼠脑梗死体积,免疫组织化学染色法检测离子钙接头蛋白分子1(Iba1)阳性表达,ELISA法检测脑组织中肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)的表达,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测大鼠脑组织Toll样受体4(TLR4)、信号转导和转录激活因子3(STAT3)、缺氧诱导因子1A(HIF1A)、髓过氧化物酶(MPO)、基质金属蛋白酶9(MMP9)的mRNA表达。结果通过TCMSP数据库和文献检索共筛选得到黄芎方的有效活性成分35个,成分靶点754个,缺血性脑卒中基因芯片差异表达基因677个,交集靶点56个。GO富集分析表明,黄芎方治疗缺血性脑卒中与细胞对炎症反应、脂多糖反应和环氧化酶途径等生物学过程相关。KEGG通路分析显示,主要涉及包括代谢途径、中性粒细胞胞外诱捕网形成、HIF-1信号传导途径等通路。筛选出5个核心成分α-细辛醚、3,4,5-三甲氧基肉桂酸、β-细辛醚、异阿魏酸、阿魏酸,5个核心靶点TLR4、STAT3、HIF1A、MPO、MMP9。分子对接结果显示,5个核心成分与5个核心靶点具有稳定的结合能力。免疫浸润分析表明,核心靶点基因与中性粒细胞、激活B细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞等关系密切。体内实验结果显示,黄芎方显著降低I/R大鼠的神经行为学评分、脑梗死体积、脑组织病理学损伤、脑组织炎症因子的表达,在脑组织中验证了黄芎方对5个核心靶点基因mRNA表达的调节作用。结论黄芎方可能通过多成分、多靶点、多通路治疗缺血性脑卒中,其可能通过TLR4、STAT3、HIF1A、MPO和MMP9核心靶点发挥治疗作用。