通过网络药理学和实验验证研究Stauntonia brachyanthera Hand.-Mazz对阿尔茨海默病的作用机制

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Effects and mechanisms of Stauntonia brachyanthera Hand.-Mazz against Alzheimer’s disease through network pharmacology and experimental validation

　　

摘要

Stauntonia brachyanthera (Hand.-Mazz.) 是东方民族的传统药用植物，具有营养保健作用，并展现出广泛的药理活性。然而，该植物对阿尔茨海默病（AD）的治疗效果及其作用机制仍不明确。本研究旨在探讨Stauntonia brachyanthera在防治AD方面的神经保护潜力及其潜在机制。我们利用网络药理学和分子对接技术预测了与AD治疗相关的活性成分、靶点和作用途径。进一步通过基因本体论（GO）富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析确定了Stauntonia brachyanthera治疗AD的潜在靶点和作用机制。随后，通过体外实验证实了Stauntonia brachyanthera关键活性成分的神经保护作用、促进神经元分化的能力及其作用机制。网络药理学预测结果显示，Stauntonia brachyanthera在治疗AD中的作用与MAPK和PI3K/Akt通路密切相关。进一步实验表明，Stauntonia brachyanthera中的活性成分山柰酚（KMF）能够减轻Aβ_1-42诱导的损伤并促进神经元分化。此外，我们发现KMF在N2a细胞中促进神经元分化的作用依赖于PI3K/Akt和MAPK通路。本研究采用计算与实验相结合的方法，阐明了Stauntonia brachyanthera对抗阿尔茨海默病的神经保护机制，并验证了KMF作为减轻Aβ_1-42诱导损伤及促进神经元分化的关键活性成分的作用。

引言

阿尔茨海默病（AD）是最常见的痴呆症原因，是一种进行性神经退行性疾病，其特征是认知和功能衰退以及特定的神经病理变化，最早由Alois Alzheimer在1907年描述[1]。AD的临床表现包括情绪波动、睡眠障碍和行为改变[2]。由于全球人口老龄化速度加快，预计到2050年AD的患病人数将达到1.52亿[3]。这一趋势对老年人健康构成了重大挑战，并给护理者、家庭和社会带来了沉重的经济和社会负担。AD的发病机制复杂，目前尚未完全阐明；主要机制假说集中在β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的积累和tau蛋白的过度磷酸化，导致神经纤维缠结[4]。淀粉样蛋白假说认为Aβ在脑内的积累会引发中枢神经系统的神经毒性[5]。目前可用的AD治疗方法包括胆碱酯酶抑制剂（多奈哌齐、利凡斯的明、加兰他敏）、NMDA受体拮抗剂美金刚以及单克隆抗体（如lecanemab和donanemab）[7]。然而，尽管胆碱酯酶抑制剂和美金刚主要缓解症状而不改变疾病进程，但单克隆抗体疗法 Costs较高且存在安全性和有效性方面的问题[8][9]。因此，迫切需要具有良好安全性特征的新型有效疾病修正疗法。

中医（TCM）以其整体哲学、多途径多靶点的治疗机制以及在慢性病管理中相对较低的不良反应风险而受到越来越多的研究关注[10]。基于中医的干预措施能够同时调节多个分子靶点，可能产生协同的治疗效果[11]。Stauntonia brachyanthera（SB）属于龙胆科Stauntonia属植物，是东方民族的传统药用植物，主要分布于中国西南部（如贵州、湖南、广西），被视为一种地区性野生资源。其藤蔓传统上用于祛风散瘀、活血止痛[12]。尽管SB具有多种药用特性，但其在治疗神经系统疾病方面的潜力尚未得到充分探索。初步研究表明，SB藤茎的乙醇提取物能够促进神经元分化并表现出神经营养作用。

鉴于中医成分的复杂性，完全阐明其作用机制颇具挑战。网络药理学已成为中医研究的宝贵工具，可在系统层面上研究药物、疾病、靶点和途径之间的相互作用，以识别关键生物活性成分和核心治疗靶点[13]。然而，仅基于网络药理学的靶点预测可能存在准确性不足的问题，因为这些预测主要依赖于文献和数据库挖掘，可能无法完全捕捉复杂体系内各个成分的特定生物学效应。因此，将网络药理学预测结果与实验验证相结合对于确认研究结果的可靠性至关重要。

在本研究中，我们假设Stauntonia brachyanthera通过多组分多靶点的调节模式发挥强大的促进神经元分化和神经保护作用。然而，其核心活性成分及治疗机制仍不清楚。因此，本研究旨在通过网络药理学、分子对接和体外实验验证相结合的方法，初步探讨Stauntonia brachyanthera在AD治疗中的活性成分和潜在机制。通过系统地识别和分析Stauntonia brachyanthera的活性成分和分子靶点，本研究旨在提供新的见解和理论基础，以理解其抗AD机制，同时为中医在AD干预中的临床应用提供更多科学证据。

章节片段

化学品、试剂和材料

大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤（PC12）细胞来自中国科学院（CAS）细胞库。N2a细胞来自美国典型培养物收藏中心（ATCC）。RPMI 1640（12633020）和MEM培养基（M2414）、胰蛋白酶（R001100）和FBS（A5256701）购自Gibco（美国）。RA（R2625）购自Sigma-Aldrich（美国）。山柰酚（QU, BP1187）和山柰酚（KMF, BP0820）购自成都普发科技发展有限公司（中国）。亚油酸

网络构建与分析

利用DisGeNET和GeneCards数据库，预测了2025个潜在的AD治疗靶点；基于PubChem和SwissTargetPrediction数据库，确定了513个作为Stauntonia brachyanthera有效活性成分靶点的蛋白质。其中242个重叠靶点通过Venny 2.1.0软件被认定为Stauntonia brachyanthera治疗AD的潜在靶点（图1A）。随后，使用Cytoscape 3.9.1软件构建了“组分-靶点”网络。

讨论

AD是一种进行性且不可逆的神经退行性疾病，是全球第五大死亡原因[27]。现有的治疗方法主要只能缓解症状，对疾病进程的修正效果有限，并伴有显著的不良反应[28]，这凸显了开发更安全的、能够改善AD发病机制的治疗药物的迫切需求。中医以其多途径多靶点的作用机制，在应对AD的复杂病因方面具有明显优势[29]

结论

基于网络药理学和实验验证，本研究揭示了Stauntonia brachyanthera针对阿尔茨海默病（AD）的主要化学成分及其作用机制。Stauntonia brachyanthera中的关键生物活性成分KMF通过PI3K/Akt和MAPK信号通路减轻了Aβ_1-42诱导的细胞毒性并促进了神经元分化。这些发现为新型AD治疗药物的开发及其临床应用提供了实验基础，同时也为中医在AD治疗中的应用奠定了理论基础。

作者贡献声明

熊文超：方法学研究、数据分析、数据整理。刘阳：方法学研究、数据分析、数据整理。陈晓勇：项目管理、方法学研究、数据分析、数据整理。丁琦：方法学研究、数据分析、数据整理。王嘉欣：初稿撰写、方法学研究、数据整理。唐建云：稿件修订与编辑、资源协调、项目管理、概念构思。廖玉梅：稿件修订与编辑

数据可获取性

利益冲突

资助

本研究的资金支持来自国家自然科学基金（编号：81703821）和中医药国际合作项目（2541STC72898）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了湖南医科大学生物医学研究所的支持，该研究所提供了科学研究仪器和设备。

Jiaxin Wang|Hong Pu|Lingsheng Peng|Shichang Cai|Qi Ding|Xiaoyong Chen|Yang Liu|Wenchao Xiong|Yumei Liao|Genyun Tang

湖南医科大学基础医学院中医中心、药学院、药学学院、离子通道与复杂疾病重点实验室，湖南省怀化市418000