Analisi farmacologica delle reti
"Autismo" è stato usato come parola chiave per cercare nel database GeneCards (https://www.genecards.org/) obiettivi legatiall'autismo 12, 13, 14. I target recuperati dai database venivano uniti dopo la rimozione delle voci duplicate. I target noti dei componenti attivi non catturati dalle previsioni del database sono stati integrati sulla base dei rapporti di letteratura15. I target della malattia e i potenziali target dei componenti del farmaco sono stati uniformalmente standardizzati ai Simboli Genici utilizzando il database proteico UniProt (https://www.uniprot.org/), e questi due set di bersagli sono stati mappati per identificare i potenziali target terapeutici di KSZZD per l'autismo16.
Sulla base del Traditional Chinese Chinese Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP, http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php), i potenziali composti bioattivi in KSZZD e i relativi bersagli sono stati selezionati in conformità con i criteri di biodisponibilità orale (OB ≥ 0,30) e indice di somiglianza farmacologica (DL ≥ 0,18)17. Gli identificatori SMILES dei composti sono stati recuperati dal database PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/), e è stato ulteriormente impiegato lo Swiss Target Prediction (http://swisstargetprediction.ch/) per esplorare i potenziali target non inclusi nella piattaformaTCMSP 18. Successivamente, il database HERB (http://herb.ac.cn) è stato utilizzato per lo screening supplementare in conformità con la Regola dei Cinque di Lipinski, con i seguenti criteri: peso molecolare (MW ≤ 500 Da), coefficiente di partizione ottanolo-acqua (AlogP ≤ 5), numero di donatori di legami idrogeno (Hdon ≤ 5), numero di accettori di legami idrogeno (Hacc ≤ 10) e numero di legami rotabili (RBN ≤ 10). Successivamente, lo screening target è stato eseguito utilizzando il database BATMAN-TCM (http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/) con i seguenti criteri: cut-off del punteggio (≥0,84), punteggio di druggabilità (≥0,10) e valore P (≤0,05). Infine, il database UniProt (https://www.uniprot.org) fu utilizzato per convertire i nomi dei target selezionati in simboli genici standard.
I bersagli sovrapposti tra i target dei farmaci e quelli per l'autismo sono stati identificati utilizzando lo strumento online Draw Venn Diagram (http://bioinformatics.psb.ugent.be). Questi bersagli sovrapposti sono stati importati nel database STRING (https://string-db.org/) per costruire una rete di interazione proteina-proteina (PPI) 19. La specie è stata impostata su Homo sapiens e sono state eliminate le interazioni proteina-proteina con punteggi di confidenza inferiori a 0,40. La rete risultante è stata importata nel software Cytoscape 3.10.0 per l'analisivisiva 16, dove farmaci, composti e bersagli erano rappresentati rispettivamente da rombi rossi, cerchi blu e triangoli verdi, e i pesi dei bordi riflettevano il grado di centralità dei nodi. Il plugin CytoNCA veniva poi utilizzato per calcolare i valori di centralità dei gradi, classificare i composti principali e identificare i principali composti centrali. L'analisi di arricchimento bioinformatico dei geni target è stata effettuata utilizzando la piattaformaMetascape 20, inclusa l'analisi GO (processo biologico, BP; funzione molecolare, MF; componente cellulare, CC) e analisi delle vie KEGG.
Aggancio molecolare
Le proteine recettrici correlate all'autismo identificate sopra sono state pre-processate prima dell'agganciamento, riparando residui mancanti, ottimizzando lo stato di protonazione e rimuovendo molecole di acqua cristallina per mantenere l'integrità strutturale dei recettori. Fu quindi impiegato il metodo di attracco semi-flessibile nel moduloCDOCKER 21 . I residui entro 10 Å dal ligando co-cristallino sono stati definiti come la tasca attiva, e il legame al recettore del ligando è stato simulato in questa regione.
I risultati dell'attracco sono stati valutati utilizzando l'Energia di Interazione CDOCKER come indice chiave, con valori energetici più bassi che indicano un legame previsto più stabile tra il ligando e il recettore. L'affidabilità della modalità di aggancio è stata valutata confrontando la conformazione di legame spaziale del componente centrale con quella del ligando co-cristallino nella tasca attiva. Il complesso con l'energia di legame ottimale e l'interazione più forte è stato selezionato come conformazione iniziale per la successiva simulazione della dinamica molecolare.
Simulazione della dinamica molecolare
Sulla base dei risultati dell'aggancio molecolare, è stata eseguita una simulazione della dinamica molecolare per esplorare il meccanismo di legame tra il complesso di quercetina e il TNF-α. Questo approccio simula il moto molecolare e le interazioni a livello atomico e analizza i cambiamenti dinamici di proteine, liganti e ambiente circostante, fornendo così informazioni sul cambiamento conformazionale molecolare, la stabilità del legame e la dinamica proteina-ligando. Il complesso recettore-ligando è stato solvato utilizzando il modello idrico TIP3P, con una distanza tampone di almeno 12 Å tra il complesso e il confine del sistema per garantire una solvatazione completa e ridurre gli effetti di confine. La concentrazione ionica fu impostata a 0,154 M, e furono aggiunti ioni Na⁺ e Cl⁻ per neutralizzare la carica del sistema. Per migliorare l'accuratezza della simulazione, è stato adottato il campo di forza proteico Amber14SB22 , che descrive efficacemente le interazioni intermolecolari non legate e le modalità di legame ed è particolarmente adatto per studi sul complessoproteina-ligando 23.
Per la minimizzazione iniziale dell'energia, il metodo della discesa più ripida è stato eseguito per 5000 passi per rimuovere contatti irragionevoli e conformazioni ad alta energia, utilizzando una soglia di convergenza di 10 kJ/mol/nm per garantire il rilassamento dei parametri del campo di forza. Il metodo del gradiente coniugato è stato poi eseguito per 2.000 passaggi per ottimizzare ulteriormente lo stato termodinamico e garantire la stabilitàdel sistema 24.
Durante l'equilibrio, la simulazione di ensemble NVT è stata eseguita per la prima volta per 100 ps con un passo temporale di 2 fs. Il sistema fu gradualmente riscaldato fino a 300 K per ridurre l'influenza della struttura iniziale e raggiungere l'equilibrio termodinamico. L'ensemble è stato poi passato alla NPT e un ulteriore equilibrio di 100 ps è stato eseguito a una pressione costante di 1 bar per stabilizzare densità e pressione. Questo stadio è stato utilizzato per portare il sistema a uno stato termodinamico stabile prima della simulazionedi produzione 25. La simulazione formale della dinamica molecolare è stata eseguita per 20 ns, mantenendo la temperatura a 300 K, la pressione a 1 bar e un intervallo temporale di 2 fs. La traiettoria veniva salvata ogni 10 ps. Per garantire stabilità e accuratezza della simulazione, i parametri fisici, tra cui temperatura, pressione e volume, venivano monitorati regolarmente per confermare che rimanessero entro i range attesi.
Scansione flessibile alanina
Sulla base della conformazione stabile ottenuta dalla simulazione della dinamica molecolare, è stata effettuata una scansione dell'alanina su tutti i residui di amminoacidi entro un raggio di 3 Å dall'interfaccia di legame al ligando. In questa procedura, i residui del bersaglio vengono sistematicamente sostituiti con alanina, troncando così la catena laterale preservando la conformazione della catena principale e rimuovendo le interazioni specifiche mediate dalla catena laterale. Il peso di contributo di ciascun residuo all'affinità di legame è stato quantificato calcolando la variazione dell'energia libera di legame tra i complessi di tipo selvatico e mutante. A differenza dei modelli statici tradizionali, questo studio ha introdotto un meccanismo di rilassamento flessibile a catena laterale, permettendo all'ambiente attorno al sito di mutazione di subire un rilassamento strutturale e simulare in modo più realistico la risposta dinamica dell'interfaccia di legame. Questa analisi mirava a identificare residui candidati di hotspot che mantengono una stabilità complessa, fornendo un'impronta energetica per l'ottimizzazione dei composti piofili che mira alle proteine correlate all'autismo.
Esperimenti con animali
Animali sperimentali
Sono stati selezionati ratti Sprague-Dawley (SD) sani di grado SPF (tre maschi e tre femmine, di 3 mesi), nati e allevati in condizioni identiche. La temperatura della stanza era controllata tra 18 e 22 °C, l'umidità relativa era mantenuta tra il 60% e il ciclo di luce era di 12 h: 12 h (chiaro: buio). Tutte le operazioni sperimentali sugli animali sono state approvate dal Comitato Etico Sperimentale degli Animali del First People's Hospital di Zunyi (Approvazione n.: LunShen (2025)-2-362).
Accoppiamento animale, identificazione della gravidanza e raggruppamento
Tutti i ratti sono stati nutriti in modo adattativo in un ambiente SPF per 1 settimana dopo l'acquisto. Una femmina e un maschio venivano rinchiusi insieme alle 18:00 ogni pomeriggio. L'esame vaginale del plug è stato eseguito alle 8:00 del mattino seguente (12 ore dopo la gabbia). La presenza di un tappo vaginale è stata considerata un accoppiamento riuscito e lo stesso giorno è stato designato come giorno gestazionale 0,5 (GD0,5). I ratti gravidi venivano ospitati singolarmente in gabbie separate. Il peso corporeo dei ratti gravidi veniva misurato e registrato quotidianamente. Il peso corporeo dei ratti gravidi aumentava continuamente, con un aumento medio giornaliero di 2–5 g, e il peso corporeo totale poteva aumentare di circa il 30% prima del parto. Dopo circa 10 giorni di gravidanza, era visibile un tipico rigonfiamento asimmetrico a forma di pera dell'addome, e masse dure di feti si potevano percepire alla palpazione, distinguendosi dalla circonferenza addominale uniforme e morbida causata dall'obesità.
Creazione di modelli e impostazione del gruppo di controllo:
Per il gruppo modello, due ratti gravidi sono stati selezionati casualmente e iniettati intraperitonealmente con soluzione VPA (600 mg/kg) una volta al giorno gestazionale 12,5 (GD12,5). La VPA è stata somministrata tramite un'unica iniezione intraperitoneale a una dose di 600 mg/kg nel giorno gestazionale 12,5. Questo regime è stato selezionato sulla base del lavoro fondamentale di Schneider ePrzewłocki 26, che hanno stabilito che l'esposizione alla VPA in questo specifico momento gestazionale ripropone sia le caratteristiche neuroanatomiche che comportamentali dell'ASD umano. Questo protocollo è diventato da allora il modello standard ed è stato costantemente validato in recenti studi farmacologici utilizzando parametriidentici 27. Per il gruppo di controllo a vuoto, è stata selezionata una rata incinta e iniettata intraperitonealmente con un volume uguale dello 0,9% di soluzione salina normale nello stesso momento. I ratti gravidi hanno partorito naturalmente e il giorno di nascita della prole è stato registrato come giorno 0 postnatale (PND0). Tutti i ratti prole sono stati svezzati e ospitati separatamente per sesso nel PND21.
Raggruppamento e intervento della prole
Su PND28, 12 cuccioli maschi sono stati selezionati casualmente tra i cuccioli di ratti gravi esposti a VPA (6 nel gruppo modello e 6 nel gruppo di intervento con quercetina), e 6 cuccioli maschi sono stati selezionati casualmente dalla prole di ratti gravi esposti alla soluzione salina normale (6 nel gruppo blank). Si è assicurato che non ci fossero differenze significative di peso corporeo tra i cuccioli di ciascun gruppo. I cuccioli nati da ratti gravi trattati con soluzione salina normale sono stati assegnati al gruppo blank, quelli nati da ratti gravi trattati con VPA al gruppo modello, e quelli nati da ratti gravi trattati con VPA al gruppo di intervento con quercetina.
L'intervento continuo è stato eseguito per 4 settimane a partire dalla PND28. Per il gruppo di intervento con quercetina, la sospensione di quercetina è stata somministrata intragicastricamente a un orario fisso ogni giorno con una dose di 100 mg/kg/giorno. Questo dosaggio è stato selezionato sulla base delle seguenti evidenze integrate: (i) uno studio precedente sulle dosi variabili ha identificato 100 mg/kg come dose ottimale per alleviare comportamenti simili all'ansia e ridurre le citochine pro-infiammatorie in un modello di ratto neuroinfiammatorio indotto daLPS 28; (ii) la quercetina a 50 mg/kg ha dimostrato di prevenire deficit di interazione sociale e danni cerebrali ossidatori in un modello prenatale di ratto autistico indotto da VPA29; e (iii) recentemente è stato dimostrato che la quercetina orale riduce i livelli di TNF-α cerebrali e migliora comportamenti simili ad autistici in un modello di ratto autistico indotto da acidopropionico 30. Collettivamente, queste validazioni indipendenti supportano la selezione di 100 mg/kg per garantire un coinvolgimento robusto della via infiammatoria mediata dalla TNF-α nell'attuale modello postnatale di ASD indotto da VPA. Per i gruppi blank e modello, ogni giorno è stato somministrato intragicastricamente ogni giorno un volume equivalente di soluzione salina normale CMC-Na. Tutti gli animali avevano libero accesso a cibo e acqua durante il periodo di intervento, e il loro peso corporeo veniva misurato ogni settimana per regolare il volume somministrato in base al loro peso corporeo.
Test in campo aperto
Dopo 4 settimane di intervento (circa PND56), è stato eseguito il test in campo aperto per valutare i livelli di attività spontanea e ansia. Il test open field (OFT) è un classico esperimento comportamentale per valutare il comportamento legato all'ansia negli animali da sperimentazione. Gli indicatori misurati erano la capacità di movimento spontaneo dei ratti in un ambiente aperto e il tempo trascorso al centro del campo aperto. L'apparato OFT per ratti era alto 30 cm, lungo 50 cm e largo 50 cm alla base, con pareti interne bianche, ed era suddiviso artificialmente in 16 piccole griglie, incluse 4 griglie nell'area interna e 12 griglie nell'area esterna. Il sito sperimentale è stato mantenuto silenzioso per evitare stimolazioni sonore che potessero compromettere l'accuratezza dei risultati sperimentali. Ogni ratto veniva posizionato al centro del fondo della scatola e la registrazione video e la temporizzazione venivano effettuate simultaneamente. Il campo visivo della telecamera copriva l'intero campo aperto e registrava il movimento spontaneo dei ratti e il numero di attraversamenti tra le griglie. Ogni test durava 5 minuti, dopo di che la registrazione video veniva interrotta. La parete interna e il fondo della scatola aperta sono stati puliti con alcol al 75% per evitare che feci e odori corporei lasciati da un animale influenzassero i risultati del test del successivo. L'operazione è stata ripetuta dopo la sostituzione dei ratti fino al completamento del test di tutti i ratti.
Metodo di rilevamento patologico
Dopo la fissazione con il 4% di paraformaldeide, il tessuto cerebrale è stato sottoposto a disidratazione graduale tramite un disidratatore completamente automatico: etanolo al 75% per 2 ore, 85% etanolo per 1 ora, 95% etanolo per 1 ora e etanolo assoluto I-IV per 20 minuti ciascuno. I tessuti sono stati poi purificati con l'agente di depurazione I per 25 minuti e con l'agente di pulizia II per 30 minuti, seguiti dall'ingestione della paraffina. Le sezioni con uno spessore di 5 μm sono state decerate con la soluzione dewaxing I e II per 30 minuti ciascuna e reidratate con etanolo gradiente. Le sezioni sono state colorate con ematossilina per 5–10 minuti, differenziate con alcol cloridrico per 3 secondi e controcolorate con acqua alcalina per diventare blu. Sono stati poi controcolorati con eosina solubile in alcool per 3 minuti, disidratati con etanolo gradiente, eliminati, coperti con mezzo di montaggio neutro e osservati al microscopio.
Rilevamento dei livelli di TNF-α nel tessuto siero e cerebrale
Dopo l'ultima somministrazione, il sangue dell'aorta addominale è stato raccolto dai ratti e centrifugato a 3.000 r/min a 4 °C per 15 minuti, e il soprantantante sierico è stato prelevato. Nel frattempo, i tessuti ippocampali e corticali sono stati dissezionati e è stato aggiunto PBS preraffreddato con un rapporto di 1:9 per l'omogeneizzazione meccanica. L'omogeneato veniva poi centrifugato a 12.000 r/min a 4 °C per 20 minuti per raccogliere il soprantante. Il metodo BCA è stato utilizzato per la quantificazione delle proteine tissutali. Seguendo le istruzioni del kit ELISA, i campioni da analizzare e gli anticorpi biotinilati sono stati aggiunti alla micropiastra in sequenza. Dopo incubazione e lavaggio, il complesso avidina-perossidasi è stato aggiunto e incubato. Dopo un altro lavaggio, è stata aggiunta una soluzione di substrato per lo sviluppo del colore, la reazione è stata interrotta con soluzione di stop e l'assorbanza è stata misurata a 450 nm utilizzando un lettore di microplacche. Le concentrazioni di TNF-α nel siero (pg/mL) e nel tessuto cerebrale (pg/mg prot) sono state calcolate utilizzando la curva standard.
Analisi statistica
La funzione RANDBETWEEN in Microsoft Excel veniva utilizzata per randomizzare i ratti e generare numeri casuali per l'allocazione dei ratti. Tutti i dati sperimentali in questo studio sono stati espressi come media ± deviazione standard (DS). Prima dell'analisi statistica, il test di normalità (test di Shapiro-Wilk) e il test di omogeneità di varianza (test di Levene) venivano eseguiti sui dati di ciascun gruppo. Per i dati che rispettavano la distribuzione normale e l'omogeneità della varianza, è stata utilizzata un'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA unidirezionale). Se la differenza era statisticamente significativa, il metodo LSD veniva ulteriormente utilizzato per confronti multipli. Un valore di *p < 0,05, **p < 0,01 e ***p < 0,001 è stato considerato statisticamente significativo.