Análisis de farmacología de redes
"Autismo" se utilizó como palabra clave para buscar en la base de datos GeneCards (https://www.genecards.org/) objetivos relacionados conel autismo 12,13,14. Los objetivos recuperados de las bases de datos se fusionaron tras eliminar las entradas duplicadas. Los objetivos conocidos de componentes activos no capturados por las predicciones de la base de datos se complementaron basándose en informes de la literatura15. Los objetivos de la enfermedad y los posibles objetivos de los componentes del fármaco se estandarizaron uniformemente a símbolos génicos utilizando la base de datos de proteínas UniProt (https://www.uniprot.org/), y estos dos conjuntos de objetivos se mapearon para identificar los posibles objetivos terapéuticos de KSZZD para el autismo16.
Según la Plataforma de Datos y Análisis de Sistemas de Farmacología de Medicina Tradicional China (TCMSP, http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php), se filtraron los compuestos bioactivos potenciales en KSZZD y sus respectivos objetivos de acuerdo con los criterios de biodisponibilidad oral (OB ≥ 0,30) e índice de semejanza del fármaco (DL ≥ 0,18)17. Los identificadores SMILES de los compuestos se recuperaron de la base de datos PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/), y se empleó además la Predicción de Objetivos Suiza (http://swisstargetprediction.ch/) para explorar los posibles objetivos no incluidos en la plataforma18 de TCMSP. Posteriormente, la base de datos HERB (http://herb.ac.cn) se utilizó para el cribado suplementario conforme a la Regla de Cinco de Lipinski, con los siguientes criterios: peso molecular (MW ≤ 500 Da), coeficiente de partición octanol-agua (AlogP ≤ 5), número de donantes de enlaces hidrógeno (Hdon ≤ 5), número de aceptores de enlaces hidrógeno (Hacc ≤ 10) y número de enlaces rotativos (RBN ≤ 10). Después, se realizó el cribado objetivo utilizando la base de datos BATMAN-TCM (http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/) con los siguientes criterios: corte de puntuación (≥0,84), puntuación de drogabilidad (≥0,10) y valor P (≤0,05). Finalmente, se empleó la base de datos UniProt (https://www.uniprot.org) para convertir los nombres de los objetivos seleccionados en símbolos génicos estándar.
Los objetivos superpuestos entre los objetivos de fármacos y los objetivos de autismo se identificaron utilizando la herramienta online Draw Venn Diagram (http://bioinformatics.psb.ugent.be). Estos objetivos superpuestos se importaron a la base de datos STRING (https://string-db.org/) para construir una red de interacción proteína-proteína (PPI) 19. La especie se ajustó a Homo sapiens, y se filtraron las interacciones proteína-proteína con puntuaciones de confianza inferiores a 0,40. La red resultante fue importada al software Cytoscape 3.10.0 para análisisvisual 16, donde fármacos, compuestos y objetivos se representaban con diamantes rojos, círculos azules y triángulos verdes, respectivamente, y los pesos de las aristas reflejaban el grado de centralidad de los nodos. El plugin CytoNCA se utilizó entonces para calcular los valores de centralidad de grados, clasificar los compuestos principales e identificar los compuestos principales. El análisis de enriquecimiento bioinformático de los genes objetivo se realizó utilizando la plataformaMetascape 20, incluyendo análisis GO (proceso biológico, BP; función molecular, MF; componente celular, CC) y análisis de vías KEGG.
Acoplamiento molecular
Las proteínas receptoras relacionadas con el autismo identificadas anteriormente fueron preprocesadas antes de acoplarse reparando residuos faltantes, optimizando el estado de protonación y eliminando moléculas de agua cristalina para mantener la integridad estructural de los receptores. A partir de entonces se empleó el método de acoplamiento semi-flexible en el móduloCDOCKER 21 . Los residuos dentro de 10 Å del ligando cocristalino se definieron como el bolsillo activo, y se simuló la unión al receptor del ligando dentro de esta región.
Los resultados del acoplamiento se evaluaron utilizando la Energía de Interacción CDOCKER como índice clave, con valores de energía más bajos que indican una unión predicha más estable entre el ligando y el receptor. La fiabilidad del modo de acoplamiento se evaluó comparando la conformación de unión espacial del componente central con la del ligando cocristalino en el bolsillo activo. El complejo con la energía de enlace óptima y la interacción más fuerte fue seleccionado como conformación inicial para la posterior simulación de dinámica molecular.
Simulación de dinámica molecular
Basándose en los hallazgos del acoplamiento molecular, se realizó una simulación de dinámica molecular para explorar el mecanismo de unión entre el complejo de quercetina y el TNF-α. Este enfoque simula el movimiento molecular y las interacciones a nivel atómico y analiza los cambios dinámicos en proteínas, ligandos y el entorno circundante, proporcionando así información sobre el cambio conformacional molecular, la estabilidad de unión y la dinámica proteína-ligando. El complejo receptor-ligando fue solvenciado utilizando el modelo de agua TIP3P, con una distancia de amortiguamiento de al menos 12 Å entre el complejo y el límite del sistema para asegurar la solvatación completa y reducir los efectos del límite. La concentración iónica se estableció en 0,154 M, y se añadieron iones Na⁺ y Cl⁻ para neutralizar la carga del sistema. Para mejorar la precisión de la simulación, se adoptó el campo de fuerza proteico Amber14SB22 , que describe eficazmente las interacciones intermoleculares no enlazadas y los modos de unión, y es especialmente adecuado para estudios del complejo proteína-ligando23.
Para la minimización inicial de la energía, se ejecutó el método de descenso más pronunciado durante 5000 pasos para eliminar contactos irrazonables y conformaciones de alta energía, utilizando un umbral de convergencia de 10 kJ/mol/nm para asegurar la relajación de los parámetros del campo de fuerzas. El método del gradiente conjugado se ejecutó durante 2.000 pasos para optimizar aún más el estado termodinámico y asegurar la estabilidaddel sistema 24.
Durante la equilibración, la simulación de ensamble NVT se realizó primero a 100 ps con un paso de tiempo de 2 fs. El sistema se calentó gradualmente hasta 300 K para reducir la influencia de la estructura inicial y alcanzar el equilibrio termodinámico. El conjunto se cambió entonces a TNP y se realizó una equilibración adicional de 100 ps a una presión constante de 1 bar para estabilizar la densidad y la presión. Esta etapa se utilizó para llevar el sistema a un estado termodinámico estable antes de la simulaciónde producción 25. La simulación formal de dinámica molecular se realizó durante 20 ns, manteniendo la temperatura en 300 K, la presión de 1 bar y un paso de tiempo de 2 fs. La trayectoria se guardaba cada 10 ps. Para garantizar la estabilidad y precisión de la simulación, se monitorizaban regularmente parámetros físicos, incluyendo temperatura, presión y volumen, para confirmar que se mantenían dentro de los rangos esperados.
Escaneo flexible de alanina
Según la conformación estable obtenida mediante la simulación de dinámica molecular, se realizó un escaneo de alanina en todos los residuos de aminoácidos dentro de un radio de 3 Å de la interfaz de unión al ligando. En este procedimiento, los residuos objetivo se reemplazan sistemáticamente por alanina, truncando así la cadena lateral mientras se preserva la conformación de la cadena principal y se eliminan las interacciones específicas mediadas por ellas. El peso de contribución de cada residuo a la afinidad de unión se cuantificó calculando el cambio en la energía libre de unión entre los complejos de tipo salvaje y mutante. A diferencia de los modelos estáticos tradicionales, este estudio introdujo un mecanismo de relajación flexible de cadena lateral, permitiendo que el entorno alrededor del sitio de mutación experimente una relajación estructural y simule de forma más realista la respuesta dinámica de la interfaz de unión. Este análisis tuvo como objetivo identificar residuos de puntos calientes candidatos que mantengan una estabilidad compleja, proporcionando una huella energética para la optimización de compuestos líderes dirigidos a proteínas relacionadas con el autismo.
Experimentos con animales
Animales experimentales
Se seleccionaron ratas Sprague-Dawley (SD) sanas de grado SPF (tres machos y tres hembras, de 3 meses), nacidas y criadas en condiciones idénticas. La temperatura de la habitación se controlaba entre 18 y 22 °C, la humedad relativa se mantenía entre el 60% y el 70%, y el ciclo de luz era de 12 h: 12 h (luz: oscuro). Todas las operaciones experimentales con animales fueron aprobadas por el Comité de Ética Experimental de Animales del Primer Hospital Popular de Zunyi (Aprobación: LunShen (2025)-2-362).
Apareamiento animal, identificación del embarazo y agrupación
Todas las ratas fueron alimentadas de forma adaptativa en un entorno SPF durante una semana después de la compra. Una rata hembra y un macho eran enjaulados juntos a las 18:00 cada tarde. El examen vaginal del plug se realizó a las 8:00 de la mañana siguiente (12 horas después de la jaula). La presencia de un tapón vaginal se consideró un apareamiento exitoso, y ese mismo día se designó como día gestacional 0,5 (GD0,5). Las ratas embarazadas se alojaban individualmente en jaulas separadas. El peso corporal de las ratas embarazadas se medía y registraba diariamente. El peso corporal de las ratas embarazadas aumentó continuamente, con un aumento diario medio de 2–5 g, y el peso corporal total podía aumentar aproximadamente un 30% antes del parto. Tras aproximadamente 10 días de embarazo, se observaba una típica protuberancia asimétrica en forma de pera en el abdomen, y se podían sentir masas duras de fetos al palpar, lo que se distinguía de la circunferencia abdominal uniforme y blanda causada por la obesidad.
Establecimiento de modelos y configuración de grupos de control:
Para el grupo modelo, dos ratas embarazadas fueron seleccionadas aleatoriamente e inyectadas intraperitonealmente con solución VPA (600 mg/kg) una vez en el día gestacional 12,5 (DG12,5). La APV se administró mediante una única inyección intraperitoneal a una dosis de 600 mg/kg en el día gestacional 12,5. Este régimen fue seleccionado basándose en el trabajo fundamental de Schneider yPrzewłocki 26, quienes establecieron que la exposición a la VPA en este punto gestacional específico recapitula tanto las características neuroanatómicas como conductuales del TEA humano. Este protocolo se ha convertido desde entonces en el modelo estándar y ha sido validado de forma constante en estudios farmacológicos recientes utilizando parámetrosidénticos 27. Para el grupo de control en blanco, se seleccionó una rata embarazada e inyectó intraperitonealmente con un volumen igual de 0,9% de solución salina normal en el mismo momento. Las ratas embarazadas partieron de forma natural, y el día de nacimiento de la descendencia se registró como día postnatal 0 (PND0). Todas las ratas descendentes fueron destetadas y alojadas por separado por género en PND21.
Agrupación e intervención de la descendencia
En PND28, se seleccionaron aleatoriamente 12 crías machos de la descendencia de ratas embarazadas expuestas a VPA (6 en el grupo modelo y 6 en el grupo de intervención con quercetina), y 6 crías machos fueron seleccionadas aleatoriamente de la descendencia de ratas preñadas expuestas a suero fisiológico (6 en el grupo en blanco). Se aseguró que no hubiera diferencias significativas en el peso corporal entre los cachorros de cada grupo. Las crías nacidas de ratas embarazadas tratadas con suero fisiológico normal fueron asignadas al grupo en blanco, las nacidas de ratas embarazadas tratadas con VPA al grupo modelo, y las nacidas de ratas embarazadas tratadas con EVP al grupo de intervención con quercetina.
Se realizó intervención continua durante 4 semanas a partir de la PND28. Para el grupo de intervención con quercetina se administró intrágicamente en suspensión de quercetina a una hora fija cada día con una dosis de 100 mg/kg/día. Esta dosis se seleccionó basándose en la siguiente evidencia integrada: (i) un estudio previo de dosis variables identificó 100 mg/kg como la dosis óptima para aliviar conductas similares a la ansiedad y reducir las citocinas proinflamatorias en un modelo de rata neuroinflamatorioinducido por LPS 28; (ii) se ha demostrado que la quercetina a 50 mg/kg previene déficits de interacción social y daño cerebral oxidativo en un modelo29 de rata autista inducido por VPA prenatal; y (iii) recientemente se demostró que la quercetina oral reduce los niveles de TNF-α cerebral y mejora conductas similares al autismo en un modelo30 de rata autista inducido por ácido propiónico. En conjunto, estas validaciones independientes apoyan la selección de 100 mg/kg para asegurar un compromiso robusto de la vía inflamatoria mediada por TNF-α en el modelo postnatal de TEA inducido por VPA. Para los grupos en blanco y modelo, se administró intragásticamente cada día un volumen igual de solución salina normal CMC-Na. Todos los animales tuvieron acceso libre a comida y agua durante el periodo de intervención, y se midieron sus pesos corporales cada semana para ajustar el volumen de administración según su peso corporal.
Prueba en campo abierto
Tras 4 semanas de intervención (aproximadamente PND56), se realizó la prueba de campo abierto para evaluar la actividad espontánea y los niveles de ansiedad. La prueba de campo abierto (OFT) es un experimento conductual clásico para evaluar conductas relacionadas con la ansiedad en animales de experimentación. Los indicadores medidos fueron la capacidad de movimiento espontáneo de las ratas en un entorno abierto y el tiempo que pasan en el centro del campo abierto. El aparato OFT para ratas medía 30 cm de altura, 50 cm de largo y 50 cm de ancho en la parte inferior, con paredes interiores blancas, y estaba dividido artificialmente en 16 pequeñas rejillas, incluyendo 4 en la zona interior y 12 en la zona exterior. El lugar experimental se mantuvo en silencio para evitar estimulación sonora que pudiera afectar la precisión de los resultados experimentales. Cada rata se colocaba en el centro del fondo de la caja, y la grabación de vídeo y el tiempo se realizaban simultáneamente. El campo de visión de la cámara cubría todo el campo abierto y registraba el movimiento espontáneo de las ratas y el número de cruces entre cuadrículas. Cada prueba duraba 5 minutos, tras lo cual se detenía la grabación de vídeo. La pared interior y el fondo de la caja abierta se limpiaron con alcohol al 75% para evitar que las heces y el olor corporal que dejara un animal afectaran a los resultados de la prueba del siguiente. La operación se repitió tras reemplazar las ratas hasta que todas completaron la prueba.
Método de detección patológica
Tras la fijación con paraformaldehído al 4%, el tejido cerebral fue sometido a deshidratación por gradiente mediante un deshidratador totalmente automático: 75% etanol durante 2 horas, 85% etanol durante 1 hora, 95% durante 1 hora y etanol absoluto I-IV durante 20 minutos cada uno. Los tejidos se limpiaron con el agente limpiador I durante 25 minutos y el agente de limpieza II durante 30 minutos, seguido de la incrustación de parafina. Las secciones de un grosor de 5 μm se deceraron con la solución de dewaxing I y II durante 30 minutos cada una y se rehidrataron con etanol gradiente. Las secciones se tiñeron con hematoxilina durante 5–10 minutos, se diferenciaron con alcohol de ácido clorhídrico durante 3 segundos y se contrateñieron con agua alcalina para volverse azules. Luego se contrateñieron con eosina soluble en alcohol durante 3 minutos, se deshidrataron con etanol gradiente, se limpiaron, se cubrieron con un medio de montaje neutro y se observaron bajo el microscopio.
Detección de niveles de TNF-α en suero y tejido cerebral
Tras la última administración, se recogió sangre de la aorta abdominal de ratas y se centrifugó a 3.000 r/min a 4 °C durante 15 minutos, y se recogió el sobrenadante sérico. Mientras tanto, se diseccionaron tejidos hipocampales y corticales, y se añadió PBS preenfriado en una proporción de 1:9 para la homogeneización mecánica. El homogenado se centrifugó entonces a 12.000 r/min a 4 °C durante 20 minutos para recoger el sobrenadante. El método BCA se utilizó para la cuantificación de proteínas tisulares. Siguiendo las instrucciones del kit ELISA, se añadieron las muestras a analizar y los anticuerpos biotinilados a la microplaca en secuencia. Tras la incubación y el lavado, se añadió e incubó el complejo avidina-peroxidasa. Tras otro lavado, se añadió solución de sustrato para el desarrollo del color, la reacción terminó con solución de parada y se midió la absorbancia a 450 nm usando un lector de microplacas. Las concentraciones de TNF-α en suero (pg/mL) y tejido cerebral (pg/mg prot) se calcularon utilizando la curva estándar.
Análisis estadístico
La función RANDBETWEEN en Microsoft Excel se utilizó para aleatorizar las ratas y generar números aleatorios para la asignación de ratas. Todos los datos experimentales de este estudio se expresaron como media ± desviación estándar (DS). Antes del análisis estadístico, se realizaban primero la prueba de normalidad (prueba de Shapiro-Wilk) y la prueba de homogeneidad de varianza (prueba de Levene) sobre los datos de cada grupo. Para los datos que se ajustaban a la distribución normal y la homogeneidad de la varianza, se utilizó análisis unidireccional de la varianza (ANOVA unidireccional). Si la diferencia era estadísticamente significativa, se utilizó además el método LSD para comparaciones múltiples. Se consideró estadísticamente significativo un valor de *p < 0,05, **p < 0,01 y ***p < 0,001.