研究(jiu)物種：小鼠

發表(biao)期刊：International Journal of Molecular Sciences

發表時間：2025年

影響因子：4.9

文(wen)章亮點(dian)

1. 研究策略新(xin)穎：傳統智慧與現代(dai)技(ji)術(shu)的深度融(rong)合

“藥食同源”概念的現代化(hua)(hua)闡釋：文章沒有(you)(you)孤立地研究單一草藥，而是聚焦于一個(ge)具有(you)(you)深(shen)厚傳(chuan)統文化(hua)(hua)背景的類別(bie)——“藥食同源”植物（如(ru)姜(jiang)黃、生姜(jiang)、大蒜、山(shan)楂(zha)、陳皮、丁香等(deng)）。這為(wei)開(kai)發低毒副作用、易于被接(jie)受的膳食補充(chong)劑或預防性藥物提供了獨特的思路。

多成(cheng)分(fen)-多靶點-多通路”的整(zheng)體視角：摒棄(qi)了傳統單一靶點藥(yao)物(wu)的研(yan)究模式，采用(yong)網(wang)絡藥(yao)理學這一前(qian)沿方法(fa)，完(wan)美契合(he)了中醫藥(yao)整(zheng)體治療的理念。它系統地揭示了六種植(zhi)物(wu)的協同作(zuo)用(yong)機制，解釋了為何復方或混(hun)合(he)物(wu)比單一成(cheng)分(fen)更有效。

2. 研究方法系統(tong)嚴(yan)謹(jin)：層層遞進的多重驗證

從海量(liang)數(shu)據(ju)中精準篩選(xuan)：首先通過數(shu)據(ju)庫(ku)挖掘(jue)，篩選(xuan)出(chu)六種植物中的(de)數(shu)百個(ge)活性成分，并預測出(chu)它們作用(yong)的(de)數(shu)百個(ge)潛(qian)在(zai)靶(ba)點(dian)，構建了復雜的(de)化合(he)物-靶(ba)點(dian)網絡。

核心(xin)靶(ba)(ba)(ba)點(dian)(dian)(dian)的巧妙鎖定(ding)：通過將植物靶(ba)(ba)(ba)點(dian)(dian)(dian)與從疾病數(shu)據庫（如(ru)TTD、DisGeNET）中獲取(qu)的結直腸癌（CRC）相(xiang)關靶(ba)(ba)(ba)點(dian)(dian)(dian)取(qu)交集，精(jing)準篩選出(chu)核心(xin)治療靶(ba)(ba)(ba)點(dian)(dian)(dian)。并利用蛋白互作(zuo)（PPI）網(wang)絡、拓撲分(fen)析（Degree值）等(deng)生物信(xin)息學方法，進一步(bu)鑒定(ding)出(chu)如(ru)AKT1, TP53, VEGFA, CASP3, EGFR, MYC, JUN等(deng)最關鍵的靶(ba)(ba)(ba)點(dian)(dian)(dian)。

通(tong)路(lu)富集揭示作用全景：對核心靶點進(jin)行GO功能(neng)和KEGG通(tong)路(lu)富集分析，不僅驗證了已知的(de)癌(ai)癥(zheng)通(tong)路(lu)（如PI3K-Akt信號通(tong)路(lu)、癌(ai)癥(zheng)通(tong)路(lu)），還可能(neng)發現(xian)一些(xie)新的(de)或次要的(de)機(ji)制聯系，全面勾勒出這(zhe)些(xie)植(zhi)物(wu)干預CRC的(de)生物(wu)學過(guo)程全景圖。

分子對(dui)(dui)接驗證可(ke)靠性：文章通常不會(hui)止步于預(yu)測(ce)，會(hui)使用(yong)分子對(dui)(dui)接技術(shu)模擬(ni)核(he)心活性成分（如槲皮(pi)素、山奈酚(fen)、β-谷甾醇等）與(yu)核(he)心靶點蛋(dan)白（如AKT1, VEGFA）的(de)結合構象和結合能，從(cong)計算結構生(sheng)物學(xue)的(de)角(jiao)度(du)驗證預(yu)測(ce)結果的(de)可(ke)靠性，極大增強了結論的(de)說服(fu)力。

3. 研究(jiu)結果(guo)具有重要的潛在應(ying)用價值(zhi)

闡明(ming)協(xie)同作(zuo)用機(ji)制：明(ming)確了這些植物(wu)通(tong)過多種成分協(xie)同作(zuo)用，共同調節癌癥相關的(de)核心(xin)靶點和(he)信號通(tong)路，從而抑制腫瘤細(xi)胞(bao)增(zeng)殖、促進凋(diao)亡、抑制血管生成和(he)轉移(yi)等，為(wei)其傳統功效提供了堅(jian)實(shi)的(de)現(xian)代科(ke)學依據(ju)。

發現(xian)關鍵活性成分(fen)：識(shi)別出共有的關鍵化合物（如槲皮(pi)素(su)、山(shan)奈(nai)酚），這些成分(fen)可能是發揮抗(kang)癌效用的物質基礎(chu)，為后續提(ti)取、純化以及(ji)質量標準化控制提(ti)供(gong)了重(zhong)點方(fang)向。

提示潛在治療靶點(dian)：篩選出的(de)核心靶點(dian)不僅(jin)是植物(wu)起作用的(de)關鍵，也(ye)可能成為未(wei)來開發新型CRC藥物(wu)的(de)候選靶點(dian)。

為預防(fang)和輔助治療提(ti)供理(li)論(lun)支持(chi)：由于(yu)研(yan)(yan)究(jiu)對象是安全(quan)性較高(gao)的(de)藥食同源植物，該研(yan)(yan)究(jiu)結(jie)論(lun)特(te)別適(shi)用于(yu)結(jie)直腸癌的(de)膳食預防(fang)、癌癥高(gao)危(wei)人群的(de)干(gan)預以及臨床放化療的(de)輔助治療策(ce)略開發，具有(you)巨大的(de)轉化潛力。

研究背景

結直腸癌（CRC）是(shi)全球高發(fa)且高死亡率的惡(e)性腫瘤，現有治療(liao)(liao)方法(fa)如化療(liao)(liao)副(fu)作用大，亟(ji)需尋找更(geng)安全有效的替代或輔助策略。 “藥(yao)食(shi)同源”植物兼具營養(yang)與藥(yao)用價值，安全性高，在(zai)預防和輔助治療(liao)(liao)慢性病(bing)（如癌癥）方面潛力巨大，但其抗CRC的科學(xue)機制尚不明確(que)。傳統(tong)單一(yi)靶(ba)點研究模式難(nan)以(yi)解釋中藥(yao)多(duo)成分、多(duo)靶(ba)點的整(zheng)體作用特點。網絡藥(yao)理(li)學(xue)與生物信息學(xue)方法(fa)能(neng)系統(tong)揭示“多(duo)成分-多(duo)靶(ba)點-多(duo)通(tong)路”的協同機制，完(wan)美契合該研究需求(qiu)。

研究(jiu)思路

研(yan)究方法(fa)

網絡藥理學，機器(qi)學習

研究結果

1.篩選生物(wu)活性(xing)化(hua)合物(wu)和治療靶標

使(shi)用(yong)TCMSP數(shu)據庫，從六(liu)個(ge)(ge)(ge)(ge)藥物同源植物中鑒(jian)(jian)定(ding)出(chu)(chu)303個(ge)(ge)(ge)(ge)活(huo)性成分和(he)453個(ge)(ge)(ge)(ge)藥物靶標(biao)。從Genecards，Omim和(he)TTD等公共數(shu)據庫中獲得(de)了(le)總共11,593個(ge)(ge)(ge)(ge)CRC靶基(ji)因(yin)(yin)）。 GSE41258數(shu)據集(ji)的(de)差異(yi)表(biao)達分析鑒(jian)(jian)定(ding)了(le)1672個(ge)(ge)(ge)(ge)差異(yi)表(biao)達的(de)基(ji)因(yin)(yin)，我們使(shi)用(yong)熱(re)圖和(he)火山(shan)圖對其進(jin)行了(le)可視(shi)化。使(shi)用(yong)GSE41258數(shu)據集(ji)，通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)加權基(ji)因(yin)(yin)共表(biao)達網絡分析（WGCNA）構建基(ji)因(yin)(yin)共表(biao)達網絡，以識別(bie)與(yu)CRC相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關的(de)關鍵基(ji)因(yin)(yin)模塊(kuai)。相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)似模塊(kuai)的(de)整(zheng)合產生(sheng)了(le)12個(ge)(ge)(ge)(ge)獨特的(de)基(ji)因(yin)(yin)簇，通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)樹狀圖可視(shi)化。其中，棕色(se)，藍色(se)和(he)粉紅色(se)模塊(kuai)與(yu)CRC/NonCRC表(biao)型(xing)表(biao)現出(chu)(chu)牢固的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關性。統計評估(gu)表(biao)明，這(zhe)三(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)模塊(kuai)中與(yu)CRC相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關基(ji)因(yin)(yin)之間的(de)基(ji)因(yin)(yin)意義(yi)（GS）和(he)模塊(kuai)構件（MM）指標(biao)之間存在(zai)強烈(lie)的(de)正相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關性。將三(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)模塊(kuai)的(de)基(ji)因(yin)(yin)合并(bing)以獲得(de)WGCNA結果。通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)交點(dian)計算，確定(ding)了(le)49個(ge)(ge)(ge)(ge)潛(qian)在(zai)的(de)治(zhi)療靶標(biao)。這(zhe)些結果表(biao)明，這(zhe)六(liu)種草藥可以通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)多個(ge)(ge)(ge)(ge)靶標(biao)的(de)多個(ge)(ge)(ge)(ge)活(huo)性組(zu)件進(jin)行協同作用(yong)。

圖1，識別與CRC相關的靶標。

2.建立(li)蛋白(bai)質 - 蛋白(bai)質相互作用和藥物(wu) - 蛋白(bai)酶(mei)網絡

使用STRING數據庫構建(jian)了(le)(le)(le)包含49個相交基因的(de)PPI網絡，并(bing)隨后(hou)通過Cytoscape可(ke)視化(hua)（圖3B）。此外，我(wo)們(men)構建(jian)了(le)(le)(le)一個融合了(le)(le)(le)草(cao)藥類型，活性成分和49個重(zhong)疊靶基因的(de)藥物-直腸(chang)癌網絡。

圖(tu)2. CRC中治療目標和相互作用(yong)網絡的(de)計(ji)算分析。

3．GO和(he)KEGG功能分(fen)析

基(ji)(ji)因(yin)本體論（GO）富集分析(xi)表明(ming)，靶基(ji)(ji)因(yin)主要與(yu)生物過(guo)程（BP）相關(guan)，包括藥物反(fan)(fan)應(ying)，脂肪(fang)酸代謝(xie)，酒精反(fan)(fan)應(ying)和激素反(fan)(fan)應(ying)。細胞成分（CC）類別包括細胞，小窩，膜(mo)(mo)筏，內(nei)質網腔(qiang)，線(xian)粒體外膜(mo)(mo)和微絨毛的頂(ding)端部分。分子功(gong)能（MF）術語突出了類固醇結(jie)合(he)，異種生物跨(kua)膜(mo)(mo)轉(zhuan)運，單羧(suo)酸結(jie)合(he)和各種脫氫酶活性。基(ji)(ji)因(yin)和基(ji)(ji)因(yin)組（KEGG）途(tu)徑富集分析(xi)的京(jing)都百科全書顯(xian)示(shi)，與(yu)癌(ai)癥相關(guan)途(tu)徑（包括大腸癌(ai)和其他致癌(ai)途(tu)徑）的涉及與(yu)CRC病原體的既定(ding)機制(zhi)一致。

圖3 對結直腸癌(ai)中六種傳統中國草藥(yao)的功能富集分析。

4.核心基因的識(shi)別和驗證

使用三種機器學(xue)習方法，我們篩(shai)選了(le)49個(ge)(ge)(ge)相(xiang)交基因，以評估其(qi)將(jiang)CRC樣品與(yu)GSE41258數據集中的對照區分開的能力，最終(zhong)識別(bie)基因。 SVM-RFE算法鑒定了(le)十個(ge)(ge)(ge)基因，其(qi)中包括(kuo)CA1，Ca2，NR3C2，CES1，CCND1，CCND1，CXCL2，BCL2L1，HSD11B2，EIF6和(he)ADIPOQ。通過拉索分析，將(jiang)9個(ge)(ge)(ge)基因（ABCC1，BCHE，BCL2L1，CA1，CCND1，CES1，CXCL2，EIF6和(he)P4HA1）做為核心靶基因。

三個(ge)(ge)機器學習篩選(xuan)結果的(de)(de)交(jiao)叉(cha)分(fen)析最終確定了4個(ge)(ge)核(he)心(xin)基(ji)因（CA1，CCND1，CXCL2和(he)(he)(he)EIF6）。這(zhe)四(si)個(ge)(ge)核(he)心(xin)基(ji)因在大腸癌(ai)中顯示出顯著(zhu)的(de)(de)表達變(bian)(bian)化(hua)。CA1（碳(tan)酸酐酶1）被下調(diao)(diao)，表明腫瘤(liu)(liu)微(wei)(wei)環(huan)境中的(de)(de)pH調(diao)(diao)節改變(bian)(bian)了。 CCND1（G1/S特異性(xing)細胞周(zhou)期蛋白(bai)(bai)D1），CXCL2（C-X-C基(ji)序趨化(hua)因子2）和(he)(he)(he)EIF6（EIF6（真核(he)翻譯起始因子6）被上(shang)調(diao)(diao)，分(fen)別參與(yu)細胞周(zhou)期調(diao)(diao)節，免(mian)疫反應(ying)，免(mian)疫反應(ying)和(he)(he)(he)蛋白(bai)(bai)質合成。具體而(er)言，CA1下調(diao)(diao)導(dao)致腫瘤(liu)(liu)微(wei)(wei)環(huan)境的(de)(de)酸化(hua)，從而(er)為(wei)腫瘤(liu)(liu)進展帶(dai)來了有利的(de)(de)條件。 CCND1上(shang)調(diao)(diao)促進G1/S相變(bian)(bian)，加(jia)速腫瘤(liu)(liu)細胞增殖(zhi)。 CXCL2上(shang)調(diao)(diao)增強了炎癥(zheng)反應(ying)，重塑了腫瘤(liu)(liu)免(mian)疫微(wei)(wei)環(huan)境。 EIF6上(shang)調(diao)(diao)提高了蛋白(bai)(bai)質的(de)(de)合成效率，支(zhi)持快速腫瘤(liu)(liu)細胞的(de)(de)生長。

圖4 通過機器學習(xi)方(fang)法(fa)識別Hub基因。

5.免疫(yi)細胞浸潤和核(he)心(xin)基(ji)因(yin)關聯(lian)

CIBERSORT分析確(que)定了結直腸癌和(he)正常組織之(zhi)間(jian)免疫(yi)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)譜的(de)(de)顯(xian)著變化。腫瘤組織顯(xian)示(shi)自適應免疫(yi)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)（包(bao)括(kuo)漿細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)記(ji)憶B細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)）的(de)(de)顯(xian)著降低，伴隨著活化的(de)(de)CD4+記(ji)憶T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)增加以及靜息CD4+記(ji)憶T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)降低。在先(xian)天免疫(yi)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)中，M0和(he)M1巨噬細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)表(biao)現出較高的(de)(de)浸潤水平，而(er)肥大細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)表(biao)現出極化，其特征在于較少的(de)(de)靜息細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)活化細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)增加。

相關分析揭示(shi)了核(he)心基因與免(mian)疫(yi)細(xi)(xi)胞(bao)浸(jin)潤之間的(de)密切關聯，尤其(qi)是與M0巨噬細(xi)(xi)胞(bao)，活化的(de)CD4記憶T細(xi)(xi)胞(bao)和單(dan)核(he)細(xi)(xi)胞(bao)之間的(de)相關性。另(ling)外，核(he)心基因對(dui)肥大(da)細(xi)(xi)胞(bao)極化顯示(shi)了調節(jie)作用。這些發(fa)現表明，核(he)心基因可以通過(guo)調節(jie)免(mian)疫(yi)細(xi)(xi)胞(bao)動力(li)學來(lai)重塑腫瘤免(mian)疫(yi)微環境。

圖5核心基因(yin)的(de)免疫浸潤(run)分(fen)析。

6. 核(he)心(xin)靶蛋白及其配體的對接(jie)分析

為了(le)研究核心(xin)(xin)基因及其(qi)活性(xing)化合(he)物之間的(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用，我(wo)們進行了(le)分子對(dui)接。低于(yu)(yu)-5 kcal/mol的(de)(de)結合(he)能(neng)閾(yu)值用于(yu)(yu)確認結合(he)親(qin)和力。 CA1和CCND1結構(gou)對(dui)應于(yu)(yu)PDB文件(jian)1AZM和2W96，而CXCL2和EIF6結構(gou)是(shi)從(cong)Alphafold蛋(dan)白(bai)結構(gou)數據(ju)庫中獲得的(de)(de)。對(dui)接分析證實了(le)所有(you)核心(xin)(xin)靶蛋(dan)白(bai)及其(qi)配體之間的(de)(de)有(you)利相(xiang)互(hu)作(zuo)用。我(wo)們說(shuo)明了(le)四種蛋(dan)白(bai)質的(de)(de)對(dui)接口袋以及提供了(le)其(qi)相(xiang)互(hu)作(zuo)用的(de)(de)2D圖(tu)。

圖6分子對接分析

圖7 目標核心(xin)蛋(dan)白及其(qi)相應配體分子的對接結果(guo)的相互作用圖。

結 論

這項(xiang)研究不僅從系統生物(wu)學的(de)角(jiao)度闡明了針對(dui)大腸癌的(de)藥物(wu)同源植物(wu)的(de)分(fen)子機制，而且還為其(qi)合理的(de)臨床應用提(ti)供(gong)了理論上的(de)支(zhi)持。

參考文獻

Zhao X, Xiu J, Yang H, Han W, Jin Y. Network Pharmacology and Bioinformatics Study of Six Medicinal Food Homologous Plants Against Colorectal Cancer. Int J Mol Sci. 2025 Jan 23;26(3):930. doi: 10.3390/ijms26030930. PMID: 39940699; PMCID: PMC11817456.