《IBRO Neuroscience Reports》：Integrative network pharmacology, molecular docking and molecular dynamics elucidate the Isoliquiritigenin as a potential therapeutic agent against Parkinson’s Disease
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专业术语翻译摘要：
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种进行性神经疾病，目前尚无能够改变疾病进程的疗法，因此亟需发现多靶点神经保护剂。本研究采用整合计算生物学方法评估天然类黄酮化合物异甘草素（Isoliquiritigenin,
专业术语翻译摘要：
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种进行性神经疾病，目前尚无能够改变疾病进程的疗法，因此亟需发现多靶点神经保护剂。本研究采用整合计算生物学方法评估天然类黄酮化合物异甘草素（Isoliquiritigenin, ISL）抗帕金森病的治疗潜力。网络药理学分析确定了ISL与PD相关基因之间的87个共同靶点。随后进行的蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction, PPI）图谱分析和拓扑评估确定了10个关键枢纽基因（hubba genes）：EGFR、ESR1、PTGS2、IGF1R、CXCR4、PPARG、ESR2、CYP19A1、MET和MCL1。KEGG通路富集分析揭示了ISL可能作用于PD关键通路，包括PI3K-Akt-mTOR信号通路，提示其在恢复自噬和减少α-突触核蛋白聚集方面发挥作用。分子对接显示，ISL与关键靶点c-MET（-9.21 kcal/mol）和IGF1R（-8.84 kcal/mol）的结合亲和力优于左旋多巴（Levodopa）。250 ns的分子动力学轨迹表明，ISL–c-MET复合物在整个模拟过程中保持结构稳定，具有稳健的RMSD、RMSF和MM-PBSA结合能（-48.60 kJ/mol）特征。药代动力学预测表明其具有较强的胃肠道吸收能力，并能够穿过血脑屏障（blood-brain barrier, BBB），而毒性分析将ISL归类为毒性低于左旋多巴的化合物。综上，这些发现证实ISL是一种有前景的多靶点神经保护候选药物，能够调节PD核心致病机制，为其进一步的临床前研究提供了有力依据。
论文解读文章：
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种以黑质多巴胺能神经元退行性变性、异常α-突触核蛋白聚集和广泛线粒体功能障碍为特征的进行性神经退行性疾病，最终导致运动及认知功能衰退。左旋多巴（Levodopa）等现有药物仅能缓解症状，无法阻止疾病进展或防止神经元进一步变性。因此，寻找能够同时调节自噬失衡、神经炎症、氧化应激和线粒体功能障碍等多重病理机制的多靶点神经保护化合物成为研究热点。异甘草素（Isoliquiritigenin, ISL）是从甘草根茎中分离的三羟基查尔酮类黄酮，具有抗氧化、抗炎和神经保护活性。既往细胞实验表明，ISL可通过抑制活性氧和 nitric oxide 生成、调节 Bax/JNK/p38/cytochrome c/caspase-3 信号及维持 Bcl-2 表达和线粒体膜电位，保护 SN4741 多巴胺能神经元免受 6-羟基多巴胺（6-OHDA）毒性；其保护作用依赖 PI3K/Akt 通路。此外，ISL 在 LPS 诱导的神经炎症模型中可激活 NRF2 抗氧化应答并抑制 NF-κB 信号。然而，既往研究多聚焦于单一细胞或分子机制，未能系统描绘 ISL 的分子靶点谱及其与 PD 复杂病理网络的关联，尤其是 ISL 相关靶点与 PD 基因之间的整体信号通路关系尚未被系统表征。为此，研究人员采用整合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟的计算策略，旨在建立连接 ISL 既有神经保护效应与 PD 相关特异性分子靶点和信号通路的系统水平机制框架。
研究人员首先从 PubChem 数据库获取 ISL 的规范 SMILES，利用 SwissTargetPrediction 预测其潜在靶点，并通过 GeneCards 数据库检索 PD 相关基因。通过 Venny 2.1 进行交集分析，获得 87 个 ISL 预测靶点与 PD 相关基因的共同基因。将这 87 个共同基因导入 STRING 数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并以置信度阈值 ≥0.4 过滤后，使用 Cytoscape 软件进行网络拓扑分析，通过 CytoHubba 插件中的最大团中心性（Maximal Clique Centrality, MCC）算法识别出 10 个关键枢纽基因：EGFR、ESR1、PTGS2、IGF1R、CXCR4、PPARG、ESR2、CYP19A1、MET 和 MCL1。随后利用 ShinyGo 平台进行 KEGG 通路富集分析，发现这些枢纽基因显著富集于受体酪氨酸激酶（RTK）介导的 PI3K-Akt-mTOR 信号通路；同时使用 DAVID 数据库进行 GO 富集分析，并通过 SR-Plot 进行可视化。分子对接采用 AutoDock Vina 分别将 ISL 和标准药物左旋多巴对接到 10 个靶蛋白，重点比较了 c-MET（PDB ID: 5UAB）和 IGF1R（PDB ID: 2OJ9）的结合能力。随后选取 c-MET 体系进行 250 ns 的全原子分子动力学模拟，使用 GROMACS 软件计算 RMSD、RMSF、Rg、SASA、氢键数目，并采用 MM-PBSA 方法估算结合自由能。最后，利用 SwissADME 和 ProTox-II 分别预测 ISL 的药代动力学特征（包括血脑屏障透过性）和毒性。
研究结果方面，靶点预测和分类分析显示，ISL 的 100 个预测靶点中，酶和氧化还原酶类靶点占比最高（各 20.0%），提示其可能通过调节氧化还原平衡和酶活性来干预 PD 发病机制。基因检索与交集分析显示，SwissTargetPrediction 预测的 14 个靶点（0.1%）与 GeneCards 数据库中 11499 个 PD 相关基因（99.1%）之间产生了 87 个共同基因（0.8%），这些共同基因覆盖神经元存活、信号转导、氧化应激、神经炎症、凋亡、蛋白质加工和细胞代谢调节等多种生物学过程。PPI 网络分析显示这 87 个基因编码的蛋白质间存在密集连接，反映出它们在 PD 关键病理机制中的协同参与。网络拓扑学分析通过 MCC 算法鉴定的 10 个枢纽基因中，EGFR 得分最高（14792），其次为 ESR1（14722）、PTGS2（12138）、IGF1R（11424）等，这些基因与既往报道的 PD 病理过程（神经炎症、氧化应激、凋亡信号）高度相关，且在单核 RNA 测序和多转录组分析中也发现了与 ESR1 和 PI3K-Akt/自噬信号相关的一致性证据。KEGG 通路分析发现 EGFR 信号通路是枢纽基因相关的重要通路：EGF、HGF、IGF1 等配体激活 EGFR、c-MET 和 IGF1R 等酪氨酸激酶受体后，下游 PI3K、AKT、mTOR 及 MAPK 通路失调，导致自噬减少、α-突触核蛋白聚集增加、神经炎症和氧化应激加剧；ISL 被预测可抑制这些关键靶点，从而恢复正常的 RTK-PI3K-Akt-mTOR 信号传导，这可能有助于恢复自噬并减少 α-突触核蛋白积累。通过抑制 c-Met 和 IGF1R，ISL 可能将异常的 RTK 信号调节至正常水平，进而改善 PD 中的自噬和 α-突触核蛋白清除。值得注意的是，既往 Karanjin 的网络药理学研究聚焦于 SRC 激酶和 PI3K-Akt/MAPK 通路，而本研究的独特之处在于识别了 c-MET 和 IGF1R 作为 PD 背景下 ISL 的潜在靶点。GO 富集分析显示枢纽基因在生物学过程（如对雌二醇刺激的细胞反应、信号转导、血管内皮生长因子受体-1 信号通路、肝细胞生长因子受体信号通路等）、细胞组分（受体复合物、膜、细胞表面等）和分子功能（酶结合、生长因子受体活性等）方面均有显著富集，进一步从功能层面支持 ISL 通过调节与氧化应激、神经炎症和自噬障碍相关的通路发挥治疗作用。分子对接结果显示，ISL 对 10 个靶蛋白均表现出较强结合活性，其中对 c-MET 的结合能为 -9.21 kcal/mol、对 IGF1R 为 -8.84 kcal/mol，均优于左旋多巴（c-MET：-8.61 kcal/mol；IGF1R：-7.13 kcal/mol）。二维和三维结合模式显示，ISL 通过氢键、疏水作用和 π 介导的相互作用与 c-MET 的铰链区残基 Met1160 及 ATP 结合口袋周围残基结合，符合已知 c-MET 激酶抑制剂的结合特征；ISL 与 IGF1R 的结合也位于激酶活性位点区域，涉及催化残基和铰链相关残基。尽管 ISL 和左旋多巴均能与两个靶点结合，但二者残基作用模式显著不同。分子动力学模拟方面，250 ns 轨迹显示 MET-APO（未结合蛋白）、MET-TP1（ISL 结合复合物）和 MET-CCL（左旋多巴结合复合物）在约 50 ns 时达到平衡，MET-TP1 的 RMSD 平均值为 0.29 ± 0.03 nm，MET-CCL 为 0.23 ± 0.02 nm，表明系统稳定；RMSF 分析显示各复合物的残基波动分布相似（MET-TP1 平均值 0.13 ± 0.11 nm），表明配体结合未干扰蛋白质天然构象；Rg 值显示 MET-TP1（2.09 ± 0.02 nm）与 MET-APO（2.07 ± 0.01 nm）相近，说明结合后蛋白质仍保持紧凑性；SASA 值在模拟期间维持稳定（MET-TP1 为 161.32 ± 2.83 nm2），未发生显著溶剂暴露变化；分子内和分子间氢键分析表明 MET-TP1 在模拟期间持续保持 0-7 个氢键，维持了稳定的结合模式。主成分分析（PCA）显示 MET-TP1 和 MET-CCL 的构象采样与 MET-APO 基本重叠，整体运动幅度降低，提示配体结合稳定了受体构象；自由能景观（FEL）分析显示各体系均具有单一深谷全局最小能量盆地，对应热力学稳定的构象状态。MM-PBSA 结合自由能计算显示，MET-TP1 的总结合能为 -48.60 ± 10.38 kJ/mol，MET-CCL 为 -50.30 ± 4.56 kJ/mol，二者总结合能相近，但能量组成不同：MET-TP1 具有更强的范德华力（-112.78 kJ/mol）和较低静电贡献（-52.22 kJ/mol），而 MET-CCL 主要依赖静电相互作用（-103.88 kJ/mol），提示 ISL 与 c-MET 的结合在能量分配上更加平衡。药代动力学和毒性预测方面，SwissADME 分析显示 ISL 分子量为 256.25 g/mol，具有 3 个可旋转键，拓扑极性表面积（TPSA）为 77.76 ?2，胃肠道吸收高，具有血脑屏障（BBB）透过能力，且不是 P-糖蛋白底物，符合 Lipinski、Ghose、Veber、Egan 和 Muegge 等各项类药性规则，生物利用度评分为 0.55。但 ISL 被预测为 CYP1A2 抑制剂，提示可能与经该酶代谢的药物发生相互作用，需要进一步实验确认。毒性预测采用 ProTox-II，ISL 被分类为毒性等级 5（毒性较低），而左旋多巴为等级 4（相对较高毒性），因此 ISL 具有更好的计算预测安全性。
在讨论部分，研究人员指出，ISL 的靶点分布突出了氧化还原相关酶类在缓解 PD 氧化应激中的重要性；枢纽基因如 EGFR、c-MET、IGF1R 等富集于 RTK 介导的 PI3K-Akt-mTOR 通路，与单核 RNA 测序和多转录组分析的报道具有部分一致性。分子对接和 MD 模拟联合证据表明，ISL 与 c-MET 和 IGF1R 的结合稳定且优于左旋多巴，其作用模式与已知激酶抑制剂的结构特征一致。药代动力学预测支持 ISL 能透过 BBB 到达中枢靶点，而较低的预测毒性增强了其作为候选药物的价值。然而，所有计算预测均需通过实验验证，包括生化结合实验、细胞模型和 PD 动物模型。基于当前结果，ISL 的神经保护作用很可能涉及氧化应激减轻、神经炎症抑制和自噬功能修复等多个相互关联的机制。
研究结论部分翻译如下：为了阐明异甘草素（ISL）对抗帕金森病（PD）的治疗潜力，本研究结果揭示了整合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟的联合计算方法的有效性。网络药理学分析发现 PD 相关基因与 ISL 预测靶点之间存在 87 个重叠基因，并突出显示了神经保护通路。通过蛋白质-蛋白质相互作用和拓扑分析，确定了 EGFR、ESR1、PTGS2、IGF1R、CXCR4、PPARG、ESR2、CYP19A1、MET 和 MCL1 等 10 个关键枢纽基因，它们在氧化应激、神经炎症和凋亡调控中发挥重要作用。KEGG 通路和 GO 富集研究强调，ISL 通过调节 RTK 介导的 PI3K/Akt/mTOR 信号传导恢复自噬平衡和神经元存活。分子对接和动力学模拟进一步验证了 ISL 与关键靶点 c-MET 和 IGF-1R 表现出强结合亲和力和结构稳定性，在结合能量和相互作用稳定性方面超过标准药物左旋多巴。该化合物还显示出良好的药代动力学参数、血脑屏障通透性和低毒性特征，确立了其用于中枢神经系统药物开发的适用性。综上所述，这些发现表明异甘草素是一种能够通过减轻氧化应激、神经炎症和自噬功能障碍来减弱 PD 发病机制的神经保护候选药物。本研究为进一步的体外和体内验证提供了强有力的计算基础，以推动 ISL 成为治疗帕金森病的有前景的治疗先导化合物。
