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胰腺癌(PAAD)死亡率高、预后差,5 年生存率仅 10%。研究人员通过生物信息学分析筛选差异表达基因(DEGs)和生存相关基因(SDEGs),发现 c-Met 为关键靶点,分子对接显示橙皮素和大黄素与 c-Met 结合良好,细胞实验证实两者联用可抑制 MiaPaCa-2 细胞增殖,为 PAAD 治疗提供新方向。
胰腺癌(Pancreatic adenocarcinoma, PAAD)是最常见的恶性肿瘤之一,具有高死亡率特征,仅有 10% 的 PAAD 患者可存活至 5 年,因此提高患者生存率迫在眉睫。本研究采用计算生物学方法,旨在鉴定 PAAD 中的新型生物标志物及潜在有效的类药小分子。研究目标包括筛选差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)和生存影响基因(Survival rate affecting Genes, SDEGs),确定胰腺癌相关特异性基因,并预测橙皮素(hesperetin)和大黄素(emodin)的相互作用效力,同时通过 MTT 法验证预测效力。
研究利用 GEPIA2 数据库分析 TCGA-PAAD 数据集以鉴定 DEGs 和 SDEGs,通过 Venn 分析筛选两者共有的基因。借助 Network Analyst v3.0、CytoScape v3.10.1 和 cytoHubba 构建蛋白质 - 蛋白质相互作用(Protein-Protein Interactions, PPI)网络并识别枢纽基因(hub genes)作为靶蛋白。从 Protein Data Bank(PDB)和 PubChem 获取靶蛋白的 PDB 结构及 13 种 SDF 格式的植物化合物。采用 Autodock vina 和 Discovery Studio Visualizer v19.1.0.1828 进行分子对接研究并可视化。通过 MTT 法检测橙皮素和大黄素处理 MiaPaCa-2 细胞系后的细胞毒性。
结果显示,从 TCGA-PAAD 数据集中鉴定出 9219 个 DEGs,其中 8740 个上调基因和 479 个下调基因(P≤0.05)。同时筛选出 500 个 PAAD 患者中具有统计学意义(P≤0.05)的生存影响基因(SDEGs),DEGs 和 SDEGs 共有 137 个基因。绘制这 137 个共有基因的生存热图,其中 96 个基因被确定为高危基因(红色标注)。基于这 96 个高危基因构建 PPI 网络,识别出相互作用最强的前 10 个基因。生存分析表明,所有鉴定出的基因均显著降低 PAAD 患者的生存率,从中筛选出 CDK1、CENPE、NCAPG、KIF20A 和 c-Met 这 5 个高生存影响基因进行进一步分析。对这 5 个基因与先前报道具有抗癌活性的 13 种植物化合物进行分子对接研究,结果显示橙皮素(结合亲和力(BA)=-8.0 kcal/mol;均方根偏差(Root mean square deviation, RMSD)=2.012 ?)和大黄素(BA=-8.6 kcal/mol;RMSD=1.605 ?)基于氢键数量和 BA 值与 c-Met 相互作用良好。在 MiaPaCa-2 细胞系中验证橙皮素、大黄素及其联合用药的协同效力,获得的 IC50 值分别为 171.3 μM、72.94 μM 和 92.36 μM。
结论表明,大黄素显著降低 MiaPaCa-2 胰腺癌细胞的增殖速率,与橙皮素联用未观察到协同效应,但大黄素可增强橙皮素在胰腺细胞中的效力,提示通过药代动力学方法将两者偶联进行结构修饰,可能有助于未来鉴定治疗胰腺癌的新型化合物。然而,需要进一步在 Panc-1、Bx-PC-3 等胰腺细胞系以及包括 CDX 和 PDX 在内的体内模型中验证橙皮素和大黄素对胰腺细胞的联合作用。