基于计算生物学筛选肝细胞癌预后基因标志物及植物源多靶点抑制剂异鼠李素的研究

本研究通过整合生物信息学与分子模拟技术，鉴定出COL1A1、NQO1和FOS作为肝细胞癌（HCC）的关键预后标志物，并首次系统验证植物活性成分异鼠李素（isorhamnetin）通过稳定结合上述靶点发挥多靶点抑制作用的潜力，为HCC精准治疗提供新策略。

　　

Highlight

通过差异基因表达和网络分析揭示肝细胞癌（HCC）中关键基因的调控模式，结合多层次计算验证推动精准治疗策略的开发。

Differential Gene Expression and Network Analysis in HCC

火山图清晰展示了GSE121248数据集中肝细胞癌与正常肝组织间的差异表达基因全景。每个散点代表一个基因，横坐标显示HCC与对照样本的表达差异倍数（log2FC），纵坐标体现统计学显著性。符合双倍变化（|log2FC| > 1）且p值显著的基因被突出标记，揭示肿瘤发生过程中的关键分子事件。

Hierarchical clustering of gene expression

对GEO GSE121248数据的聚类分析显示肝细胞癌肿瘤组织与癌旁正常组织存在显著表达差异（图4A）。热图分析表明NQO1和COL1A1在肿瘤样本中显著上调，而FOS表达下调。这表明NQO1和COL1A1在实体瘤中频繁高表达——NQO1编码的胞质蛋白通过抗氧化还原反应修复分子损伤，而COL1A1作为胶原蛋白主要组分，在肿瘤微环境重塑中起关键作用。

Transcriptomic expression patterns in HCC and other cancers

TCGA-LIHC转录组数据分析显示COL1A1、FOS和NQO1在正常与肿瘤组织间呈现显著表达差异（补充文件1图S1A）。COL1A1和NQO1在HCC肿瘤组织中上调，FOS则下调（p<0.05）。COL1A1和NQO1可能促进肿瘤发展，而FOS表现出抑癌活性。Ma等学者发现COL1A1高表达与HCC患者预后不良相关，其机制可能与上皮-间质转化（EMT）进程激活有关。

Root Mean Square Deviation (RMSD)

200纳秒分子动力学模拟的均方根偏差（RMSD）图谱揭示了异鼠李素（MOL000354）与COL1A1、FOS及NQO1结合时的稳定性和运动模式。所有蛋白-配体复合物均保持结构稳定，清晰展现了配体在结合位点的行为特征（图12A-C）。

在40纳秒模拟后，COL1A1-异鼠李素复合物（图12A）趋于稳定，RMSD值维持在0.2-0.3纳米范围内，表明结合构象高度稳定。FOS-异鼠李素复合物（图12B）在全程模拟中保持更低波动（RMSD<0.25纳米），说明该结合具有超强稳定性。NQO1-异鼠李素复合物（图12C）在前80纳秒经历适度构象调整后达到稳定平台期，最终RMSD维持在0.35纳米左右。

Discussion

本研究证实COL1A1和NQO1在HCC中的高表达与不良预后相关，与既往研究一致。Ma等（2019）发现抑制COL1A1可降低侵袭能力并破坏小鼠类淋巴清除功能。Lin等（2017）同样证实NQO1高表达与HCC晚期分期和血管浸润显著相关。本研究首次通过分子模拟证实异鼠李素能同时与这三个关键靶点产生稳定相互作用，其结合自由能（ΔG_bind）计算显示具有强亲和力，提示该化合物可能通过多靶点协同机制抑制HCC进展。

Conclusion

本研究成功鉴定COL1A1、NQO1和FOS作为HCC预后生物标志物，并提出异鼠李素作为候选治疗剂。整合计算方法揭示了该化合物调控肿瘤进展的多靶点潜力，为肝癌药物研发提供新方向。需要注意的是，本研究完全基于计算机模拟分析，仍需通过体外和体内实验验证这些发现。