网络药理学与生物信息学揭秘芦荟大黄素治疗肝癌潜在靶点及机制

《Discover Oncology》：Prediction of potential targets of aloe-emodin in the treatment of hepatocellular carcinoma using network pharmacology combined with bioinformatics

肝癌是全球常见恶性肿瘤，治疗手段有限。研究人员开展 “预测芦荟大黄素（AE）治疗肝癌潜在靶点” 研究。结果发现 AE 通过促进癌细胞凋亡发挥疗效，构建了预后模型。这为肝癌治疗提供新方向与理论依据。

　　肝癌，作为全球范围内严重威胁人类健康的常见恶性肿瘤，其发病率和死亡率都相当高。目前，全球每年有超过 90 万新确诊病例，80 多万患者死亡，在中国，肝癌也是癌症死亡的第二大原因，五年生存率仅 14.1%，远低于日本、韩国、澳大利亚和美国 。传统治疗手段，如手术、介入治疗、放疗、化疗和免疫治疗等，存在诸多局限。许多患者在早期没有明显症状，确诊时往往已错过最佳手术时机，而化疗药物疗效不足、耐药性严重且对全身损害大。因此，寻找新的治疗策略迫在眉睫。

在此背景下，安徽医科大学第一附属医院和芜湖市中医医院的研究人员开展了一项研究，旨在探究芦荟大黄素（Aloe-emodin，AE）治疗肝癌的潜在靶点和分子机制。该研究成果发表于《Discover Oncology》。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：从 The Cancer Genome Atlas（TCGA）数据库获取肝癌患者转录组数据，筛选差异表达基因；借助 Tcm Systems Pharmacy Database and Analysis Platform（TCMSP）、PharmMap 等数据库确定 AE 潜在靶点；运用 R 语言相关包进行富集分析；利用 AutoDock Vina 等软件进行分子对接和分子动力学模拟；通过细胞实验，如 CCK-8 实验、伤口愈合实验、Western blot 实验等验证 AE 对肝癌细胞的作用。

研究结果如下：

1. 差异表达基因筛选：从 TCGA 数据库下载肝癌患者转录组数据，使用 “limma” R 包识别出 1416 个差异表达基因，其中 400 个上调，1016 个下调。
2. 潜在治疗靶点筛选：基于 TCMSP 数据库，发现 AE 的生物利用度（OB）为 83.38%，药物相似性（DL）为 0.24，满足治疗人类疾病的药物要求。经多个数据库联合和生物校正，获得 90 个与 AE 相关的靶基因。与肝癌差异表达基因交叉分析后，确定 13 个重叠基因作为 AE 治疗肝癌的潜在靶点。
3. 富集分析：对 13 个潜在靶点进行 GO 富集分析，发现 AE 可能通过 DNA 损伤反应、p53 类介质的信号转导、细胞周期停滞的调节等途径发挥作用。KEGG 分析显示，14 条通路与治疗靶点基因相关，包括 p53 信号通路、细胞周期、错配修复等。
4. 分子对接：将 13 个潜在治疗靶点蛋白与 AE 进行分子对接，结果表明 AE 与 11 种蛋白（BAX、FASN、CDK1 等）结合稳定，主要通过常规氢键、范德华力等相互作用，其中与 CANT1 蛋白结合能最弱。
5. 预后模型构建：经单因素 Cox 回归分析、LASSO 回归分析和多因素 Cox 回归分析，构建了包含 CDK1、RAN、TGM3 和 CANT1 四个基因的预后模型。该模型的 1 年、3 年和 5 年生存率的受试者工作特征曲线（ROC）下面积（AUC）分别为 0.809、0.673 和 0.641，预测能力中等。
6. 分子动力学模拟：对 AE 与潜在靶点蛋白进行分子动力学模拟，发现 AE 与 CDK1、PCNA 蛋白复合物结构相对稳定，RMSD 波动较小，氢键数量适中。
7. 细胞实验：CCK-8 实验表明 AE 对 HepG2 和 Hep3B 细胞的抗肿瘤作用呈剂量和时间依赖性。伤口愈合实验显示 AE 能抑制肝癌细胞迁移，且该作用也具有时间和剂量依赖性。Western blot 实验发现 AE 可抑制抗凋亡蛋白 Bcl-2 的表达，促进促凋亡蛋白 Fas、Bax 等的表达，同时增加细胞中 p53 的总量和线粒体中 p53 的表达。JC-1 荧光探针实验证明 AE 可诱导 Hep3B 和 HepG2 细胞早期凋亡。

研究结论和讨论部分指出，AE 可能通过 CDK1 和 PCNA 蛋白发挥抗肝癌作用，其主要通过影响肝癌细胞凋亡途径抑制细胞增殖。然而，AE 在临床应用中存在肠道吸收不良、消除半衰期短和生物利用度低等问题。纳米药物递送系统或许能改善其药代动力学特性，提高治疗效果。此外，AE 对正常组织可能存在潜在毒性，这也需要进一步研究。总体而言，该研究为 AE 治疗肝癌提供了理论依据，有助于推动肝癌治疗的新发展，为后续研究和临床应用奠定了重要基础。