基于网络药理学和分子对接探究芹菜素缓解奶牛热应激及低氧应激的潜力与机制OA北大核心CSTPCD

【目的】利用网络药理学和分子对接方法,系统预测芹菜素缓解奶牛热应激及低氧应激的作用机制。为芹菜素的应用提供参考。【方法】首先从TCMSP(中药系统药理学数据库)和Gene Cards(基因数据库)分别检索“Apigenin”“heat stress”“hypoxia”,获得芹菜素、热应激和低氧应激相关靶点,韦恩交集取得芹菜素缓解双重应激(热应激+低氧)的靶点集。利用STRING数据库构建双重靶点蛋白-蛋白互作(PPI)网络,使用Cytoscape 3.9.1软件的Cyto NCA插件分别对网络节点中心性进行计算,筛选得到核心靶点。利用David数据库的分析工具“Functional Annotation”对度值排名前30的芹菜素缓解双重应激靶点进行基因本体(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。同时,对以上靶点进行分子复合物检测分析(MCODE)得到核心基因簇,并进一步对核心基因簇进行GO和KEGG分析。根据KEGG通路富集结果与核心靶点信息构建芹菜素-双重应激靶点-信号通路网络。最后,使用Autodock vina程序将芹菜素与核心靶点逐一进行分子对接,利用Pymol软件和PLIP网站分析其相互作用模式并将结果可视化。【结果】TCMSP数据库检索得到芹菜素靶点68个,Gene Cards数据库中获得低氧相关基因6 661个,热应激相关基因9 046个,获得三者的交集靶点56个,即芹菜素缓解双重应激的可能靶点。靶点PPI网络的节点数为56,边数为436,平均节点度值为15.6,平均局部聚类系数为0.728,PPI富集P值<1.0×10^(-16)。核心靶点分别为AKT1(RAC-α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)、TP53(细胞肿瘤抗原p53)、TNF(肿瘤坏死因子)、CASP3(细胞凋亡蛋白酶3)、INS(胰岛素)、BCL2L1(BCL-2样蛋白1)、VEGFA(血管内皮生长因子A)、HIF1A(缺氧诱导因子1-α)、PTGS2(前列腺素G/H合酶2)和SREPINE1(纤溶酶原激活物抑制剂1),分子对接结果显示芹菜素与上述核心靶点均可稳定结合。GO功能富集分析(P<0.01)共获得54种生物进程(biological processes,BP)、6种分子功能(molecular functions,MF)和11种细胞组分(cellular components,CC),KEGG共富集到98条信号通路,MCODE分析得到两个主要基因簇。【结论】芹菜素主要通过PI3K-AKT、p53、HIF-1、NF-kappa B等途径调节细胞增殖、凋亡、氧气感知及炎症反应,进一步缓解热应激与低氧应激。研究利用网络药理学和分子对接方法挖掘了芹菜素缓解多重应激的潜力,为芹菜素及富含芹菜素的植物在奶牛生产上的应用提供了理论参考。