基于整合计算与基线药理学的槲皮素调控HTNV相关宿主反应候选预测

《Veterinary Sciences》：Prediction of Quercetin as a Potential Modulator of HTNV-Related Host Responses: An Integrated Computational Study with Baseline Pharmacological Characterization

　　

汉滩病毒（Hantaan virus, HTNV）是一种鼠传人畜共患病原体，主要分布于东亚。它是“同一健康”（One Health）挑战的典型示例，因为该病毒在啮齿动物储存宿主中持续存在而不引起动物疾病，但在感染人类时引起严重的肾综合征出血热（hemorrhagic fever with renal syndrome, HFRS）。本研究采用整合生物信息学方法，系统识别早期HTNV相关宿主互作因子，筛选潜在天然化合物，并预测其潜在治疗机制。整合生物信息学分析确定CXCL10、STAT1和IL10为与早期HTNV感染相关的主要上调核心基因。基于这些靶点，研究人员从HERB数据库检索得到6种候选天然化合物。值得注意的是，槲皮素成为最有希望的候选物，其具有良好预测药理学特征，包括高预测胃肠道吸收和基于计算机ADMET（absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity）评估的可接受预测毒性特征。对HTNV相关宿主互作靶点的功能富集提示，HTNV感染可能影响多个宿主通路，包括HIF-1信号通路。网络药理学研究提示，槲皮素可能通过调控与HTNV相关的宿主互作基因及相关通路，抑制HTNV感染对宿主造成的损伤。转录组与数据库联合分析进一步提示，槲皮素可能通过包括AKT1、BCL2和STAT3在内的靶点调节凋亡。在未感染HEK293T细胞的基线药理学实验中，槲皮素在3.90625至7.8125 μM之间显示低细胞毒性，提高细胞活力，并降低BCL2、MAPK3和TNF转录。分子对接预测槲皮素在HTNV RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase, RdRp）内具有有利结合构象，Lys884和Arg892为预测接触残基。总之，这些发现将槲皮素鉴定为一种产生假设的计算候选物，用于调节HTNV相关宿主反应，尚待实验验证。该研究框架可提供关于宿主-病原体相互作用和潜在干预靶点的机制假设，从而支持“同一健康”框架下HTNV的预防和控制。

研究背景与问题：HTNV为汉坦病毒科包膜分节段负义RNA病毒，主要经啮齿动物储存宿主维持，动物多无症状但持续排毒；人类经气溶胶、污染物或伤口等感染，可致HFRS和汉坦病毒肺综合征（hantavirus pulmonary syndrome, HPS）。HTNV是亚洲HFRS主要病原，病死率接近15%。目前无获批药物打破传播与发病连接，临床以支持治疗为主；利巴韦林抗汉坦病毒活性受治疗时机及溶血性贫血等不良反应限制。HTNV蛋白可抑制I型干扰素、调节脂质合成支持复制，感染还可激活HIF-1信号加重屏障功能障碍和血管渗漏，早期干预与较高治愈率相关。因此，识别早期互作靶点并探索候选药物是应对其“同一健康”威胁的途径。已有框架整合组学、化合物数据库和计算机辅助药物设计以解析化合物-生物网络互作，本研究据此采用靶点导向策略。

研究人员整合生物信息学、网络药理学、分子对接及未感染细胞初步转录组和细胞毒性评估，生成可调节HTNV相关宿主反应的天然化合物假设；结论提名槲皮素为计算候选物，预测其协调调节多条宿主信号通路并与HTNV RdRp结合；意义为提供机制假设和潜在干预靶点，支持HTNV防控，抗病毒作用待验证。

关键技术方法：研究基于公共疾病数据库与GEO数据集GSE89950（HTNV成分处理人脐静脉内皮细胞HUVECs 24 h，每条件1样本）和GSE167391（ox-LDL损伤HUVECs及槲皮素预处理，每组3样本）进行差异表达与交集分析；用STRING构建蛋白-蛋白相互作用（protein–protein interaction, PPI）网络并以Cytoscape/CytoNCA拓扑筛选核心靶点；用HERB等数据库反向匹配化合物；用ProTox-II和SwissADME预测毒性、细胞色素P450（cytochrome P450, CYP）交互、药物相似性、生物利用度和胃肠道（gastrointestinal, GI）吸收；用DAVID进行KEGG/GO富集；用SWISS-MODEL、PDB 8P1L和CB-Dock2进行同源建模与分子对接；在未感染HEK293T细胞中用CCK-8测活力、RT-qPCR测基因转录。

研究结果：
3.1 候选化合物的鉴定：通过公共数据库获得96个HTNV相关靶点，PPI拓扑分析将STAT1、IFNG、IL6、TNF、IL10、CXCL10列为最高排名核心基因；GSE89950中HTNV(Co60) vs 对照鉴定2032个上调、1023个下调基因；与公共靶点交集得11个重叠基因，CXCL10、STAT1、IL10持续上调并作为HERB反向筛选种子，获得6种可同时靶向三者的天然化合物。
3.2 候选化合物毒性、口服生物利用度和药物相似性比较：通过ProTox-II和SwissADME预测，各化合物毒性谱不同；槲皮素满足Lipinski、Ghose、Veber、Egan和Muegge五项标准，预测生物利用度0.55，GI吸收为高，综合预测剖面最有利。
3.3 槲皮素抗病毒通路分析：GSE89950中HTNV vs 对照鉴定2073个上调、3415个下调靶点；与HTNV(Co60) vs 对照交集得612个共上调、249个共下调；861个共享靶点PPI核心为HSPA8、HSPA4、RPL3，KEGG富集HIF-1、Wnt和自噬通路；与96个数据库靶点的KEGG交集回收7条通路，包括HIF-1、自噬和HIV-1感染。在线HTNV与槲皮素靶点交集16个，含IFNG、TNF、IL6，富集HIF-1、Wnt、TNF通路。GSE167391分析显示ox-LDL损伤相关212上调/442下调，联合槲皮素处理210上调/160下调；槲皮素相关123上调/160下调；槲皮素、HTNV、HTNV(Co60)共享7个靶点和5条KEGG通路。
3.4 未感染HEK293T中槲皮素基线药理：在线与转录组靶点交集540个候选，STRING网络487节点，核心GAPDH、TP53、AKT1；KEGG富集PI3K/AKT、PPAR、TNF信号，GO富集NF-κB结合、细胞突起膜组织、IL-1β产生。GSE167391显示槲皮素与ox-LDL对TNF、IL6、BCL2呈相反调节；对接BCL2、AKT1、CTNNB1、STAT3的Vina评分均低于?5。HEK293T中48 h CC₅₀为42.57 μM；3.90625–7.8125 μM显著提高细胞活力；1.953125–7.8125 μM显著降低BCL2、MAPK3、TNF表达，STAT3不变。
3.5 槲皮素与HTNV RdRp预测互作：序列比对显示HTNV RdRp株间一致性97.54–99.86%，与Seoul virus（SEOV）为85.82–86.24%；SWISS-MODEL模型质量良好；对接HTNV模型Vina ?8.0至?7.1，SEOV ?7.9至?7.1，晶体8P1L为?8.6至?7.6；同源模型预测接触残基Lys884、Arg892，晶体结构还涉及Glu54、Glu1177、Lys884、Arg627、Arg892。

讨论总结与结论翻译：讨论指出HTNV感染临床结局异质，主要取决于宿主早期天然免疫而非病毒载量；GSE89950宽松阈值可减少遗漏上游调控因子但引入噪声，故与96个数据库靶点交集；STAT1、CXCL10、IL10为核心节点并可能贯穿感染过程。六种天然化合物经毒性、药物相似性、生物利用度和口服吸收比较，槲皮素综合剖面最有利；但其系统生物利用度低、首过代谢明显，且强抑制CYP1A2和CYP2C9，需剂量优化和监测。HIF-1激活是HTNV致病核心机制，血管高通透性源于病毒-宿主互作破坏内皮调控网络；两种网络药理学策略均提示槲皮素对HTNV相关靶点有潜在干预作用。未感染HEK293T实验显示槲皮素提高活力并降低BCL2、MAPK3、TNF转录，支持其细胞保护和抗炎相关预测。RdRp在负义RNA病毒复制转录中关键，槲皮素与HTNV RdRp预测结合，Lys884和Arg892为共同预测接触残基；但对接仍需结合和酶学验证，且体外实验未在HTNV感染HUVECs中进行，直接抗病毒活性未确立。结论翻译：总之，这些发现确定槲皮素为有前途的计算候选物，可调节HTNV相关宿主反应，其预测机制涉及多条宿主信号通路的协调调节。从“同一健康”角度，本研究整合HTNV转录组分析与分子对接，识别HTNV感染的可检测生物标志物，并同时提名槲皮素为值得进一步评估的候选物；其是否能在人类中改善HTNV感染，或减少啮齿动物储存宿主中的病毒维持和排出，尚待在合适感染和传播模型中检测。这些假设可为汉坦病毒预防、控制和治疗策略提供信息。未来研究应在感染模型和生化试验中验证槲皮素的抗病毒疗效及其与HTNV RdRp的预测结合；还应采用制剂策略提高其生物利用度，并在啮齿动物储存宿主模型中评价，以明确其在“同一健康”框架中的转化价值。