基于计算与实验联用策略探索Cadaba fruticosa中3,5-二氯苄基丙酯的抗口腔癌活性与机制

《Scientific Reports》：Exploring Cadaba fruticosa bioactive compounds for oral cancer an in silico and in vitro approach

本研究针对口腔癌治疗中化疗耐药性与副作用严重的问题，通过整合网络药理学、分子对接、分子动力学模拟及体外实验，系统评估了Cadaba fruticosa植物提取物中3,5-二氯苄基丙酯（3,5-DPE）的抗癌潜力。结果表明，3,5-DPE通过靶向SMAD蛋白（结合能-7.9 kcal/mol）、调控凋亡基因（Bcl-2↓/BAX↑/caspase-3↑）及影响PI3K-Akt等关键通路，显著抑制KB-1细胞增殖（IC50=38.60 μg/mL）。该研究为植物源口服癌治疗药物的开发提供了新候选分子与理论依据。

　　

口腔癌是全球范围内发病率持续上升的恶性肿瘤之一，尤其在亚洲地区，其死亡率占癌症相关死亡的50%-70%。尽管手术、化疗和放疗等技术不断进步，患者五年生存率仍仅约50%，且传统疗法常伴随严重毒副作用。烟草和酒精的协同作用进一步加剧了口腔黏膜的癌变风险。在这一背景下，从天然植物中寻找高效低毒的抗癌成分成为研究热点。

本研究聚焦于传统药用植物Cadaba fruticosa，通过多学科交叉策略，系统挖掘其根提取物中的活性成分及其抗口腔癌机制。研究人员采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）鉴定出10种生物活性化合物，其中3,5-二氯苄基丙酯（3,5-DPE）含量最高（83.9%）。通过瑞士ADME数据库和Lipinski五规则评估其药代动力学特性，并结合网络药理学筛选出89个与口腔癌相关的关键靶点，其中EGFR、MAPK3、PPARG等10个基因为核心枢纽。分子对接显示3,5-DPE与SMAD蛋白（PDB: 1KHX）结合能达-7.9 kcal/mol，形成15个关键氨基酸相互作用。进一步通过200 ns分子动力学模拟验证复合物稳定性（RMSD 0.2–0.8 nm）。体外实验中，3,5-DPE对KB-1口腔癌细胞表现出显著抑制作用（IC₅₀=38.60 μg/mL），并诱导细胞凋亡，伴随Bcl-2基因下调和BAX、caspase-3等促凋亡基因上调。密度泛函理论分析揭示了其前沿分子轨道能级（HOMO: -6.1810 eV, LUMO: -1.8016 eV）及静电势分布，支持其高反应活性。

主要技术方法

研究团队通过索氏提取法从Cadaba fruticosa根部分离活性成分，利用GC-MS进行化合物鉴定；采用SwissADME和ADMETsar评估药代动力学与毒性；基于网络药理学（GeneCards、STRING数据库）筛选靶点；通过AutoDock Vina进行分子对接，GROMACS进行分子动力学模拟；体外实验采用MTT法检测细胞活力，荧光显微镜观察细胞形态，实时荧光定量PCR分析基因表达；密度泛函理论计算通过Gaussian 09W软件完成。

研究结果

1. 植物化学成分鉴定与药代动力学分析

GC-MS分析共鉴定出10种化合物，3,5-DPE为主要成分。ADMET预测显示其具有良好的口服生物利用度和低毒性，符合药物开发基本要求。

2. 网络药理学与靶点调控网络

89个交叉靶点中，EGFR、MAPK3、PPARG等基因富集于PI3K-Akt、MAPK等癌症相关通路，提示3,5-DPE可能通过多靶点协同抑制肿瘤生长。

3. 分子对接与动力学模拟

3,5-DPE与SMAD蛋白结合能显著低于其他化合物及对照药多西他赛（-5.4 kcal/mol），且复合物在200 ns模拟中结构稳定，RMSF值低于0.2 nm。

4. 体外抗癌活性验证

3,5-DPE处理后的KB-1细胞出现明显形态学改变（皱缩、脱落），EtBr染色显示凋亡特征；基因表达分析证实其通过调控Bcl-2/BAX/caspase-3通路诱导细胞凋亡。

5. 电子结构与反应活性分析

DFT计算表明3,5-DPE的HOMO-LUMO能隙为4.3793 eV，Mulliken电荷分布和静电势图显示其羰基氧与氯原子为关键活性位点，利于与蛋白形成氢键和疏水相互作用。

结论与意义

本研究首次系统揭示了Cadaba fruticosa来源的3,5-DPE通过靶向SMAD蛋白及调控凋亡通路抑制口腔癌生长的潜力。其结合强度、稳定性及低毒性特征优于传统化疗药物，为植物源抗癌药物的开发提供了新思路。后续研究可通过结构优化和体内实验进一步验证其临床转化价值，推动天然产物在精准肿瘤治疗中的应用。