Сетевой фармакологический анализ
«Аутизм» использовался как ключевое слово для поиска в базе данных GeneCards (https://www.genecards.org/) по целям, связанным саутизмом 12,13,14. Цели, полученные из баз данных, объединялись после удаления дублирующих записей. Известные цели активных компонентов, не охваченных прогнозами базы данных, были дополнены на основе литературныхотчётов 15. Мишени заболевания и потенциальные мишени компонентов лекарств были единообразно стандартизированы по символам генов с помощью базы данных белков UniProt (https://www.uniprot.org/), и эти два набора были сопоставлены для выявления потенциальных терапевтических целей KSZZD приаутизме 16.
На основе базы данных и аналитической платформы фармакологии традиционных китайских медицинских систем (TCMSP, http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php) были отобраны потенциальные биоактивные соединения в KSZZD и их соответствующие мишени в соответствии с критериями пероральной биодоступности (OB ≥ 0,30) и индекса подобия лекарственного препарата (DL ≥ 0,18)17. Идентификаторы соединений SMILES были извлечены из базы данных PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/), а Swiss Target Prediction (http://swisstargetprediction.ch/) был дополнительно использован для изучения потенциальных целей, не включённых в платформу TCMSP18. Впоследствии база данных HERB (http://herb.ac.cn) использовалась для дополнительного скрининга в соответствии с Правилом пяти Липинского с этими критериями: молекулярная масса (МВт ≤ 500 Да), коэффициент разделения октанол-вода (AlogP ≤ 5), количество доноров водородных связей (Hdon ≤ 5), количество акцепторов водородных связей (Hacc ≤ 10) и количество вращающихся связей (RBN ≤ 10). Затем был проведен скрининг целей с использованием базы данных BATMAN-TCM (http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/) по следующим критериям: порог балла (≥0,84), балл пригодности для лекарств (≥0,10) и значение P (≤0,05). Наконец, база данных UniProt (https://www.uniprot.org) была использована для преобразования выбранных целевых имён в стандартные генные символы.
Перекрывающиеся мишени между мишенями для лекарств и аутизмом были выявлены с помощью онлайн-инструмента Draw Venn Diagram (http://bioinformatics.psb.ugent.be). Эти перекрывающиеся мишени были импортированы в базу данных STRING (https://string-db.org/) для построения сети взаимодействия белков и белков (PPI) 19. Вид был установлен в Homo sapiens, а белокно-белковые взаимодействия с оценками доверия ниже 0,40 были отфильтрованы. Получившаяся сеть была импортирована в программное обеспечение Cytoscape 3.10.0 для визуальногоанализа 16, где лекарства, соединения и мишени представлялись соответственно красными ромбами, синими кругами и зелёными треугольниками, а веса краёв отражали степень центральности узлов. Плагин CytoNCA затем использовался для вычисления значений центральности степеней, ранжирования основных соединений и идентификации основных соединений. Биоинформатический анализ обогащения целевых генов проводился с использованием платформыMetascape 20, включая анализ GO (биологический процесс, BP; молекулярная функция, MF; клеточный компонент, CC) и анализ путей KEGG.
Молекулярная стыковка
Белки, связанные с аутизмом, были предварительно обработаны перед стыковкой путём восстановления недостающих остатков, оптимизации состояния протонирования и удаления кристаллических молекул воды для сохранения структуры рецептора. Затем был применён полугибкий метод стыковки в модулеCDOCKER 21 . Остатки в пределах 10 Å от ко-кристаллического лиганда определялись как активный карман, и в этой области моделировалось связывание лиганд-рецепторов.
Результаты стыковки оценивались с использованием энергии взаимодействия CDOCKER в качестве ключевого индекса, при этом более низкие энергетические значения указывали на более стабильное предсказанное связывание между лиганом и рецептором. Надёжность режима стыковки оценивалась путём сравнения пространственной конформации связывания ядра с конформацией кокристаллического лиганда в активном кармане. Комплекс с оптимальной энергией связи и самым сильным взаимодействием был выбран в качестве начальной конформации для последующего молекулярно-динамического моделирования.
Симуляция молекулярной динамики
На основе результатов молекулярного стыковки была проведена молекулярно-динамическая симуляция для изучения механизма связывания между комплексом кверцетина и TNF-α. Этот подход моделирует молекулярное движение и взаимодействия на атомном уровне и анализирует динамические изменения белков, лигандов и окружающей среды, предоставляя информацию о молекулярных конформационных изменениях, стабильности связывания и динамике белков-лиганды. Рецептор-лигандный комплекс был растворён с использованием водной модели TIP3P, с буферным расстоянием не менее 12 Å между комплексом и границей системы для обеспечения полного растворения и снижения пограничных эффектов. Концентрация ионов была установлена на уровне 0,154 М, а для нейтрализации заряда системы были добавлены ионы Na⁺ и Cl⁻. Для повышения точности симуляции было принято белоковоеполе силы Amber14SB 22 , которое эффективно описывает несвязанные межмолекулярные взаимодействия и режимы связывания и особенно подходит для исследований комплекса белок-лиганд23.
Для начальной минимизации энергии был выполнен самый крутой метод снижения в течение 5000 шагов для устранения необоснованных контактов и высокоэнергетических конформаций с использованием порога сходимости 10 кДж/моль/нм для обеспечения ослабления параметров силового поля. Метод сопряжённого градиента затем выполнялся в течение 2000 шагов для дальнейшей оптимизации термодинамического состояния и обеспечения стабильностисистемы 24.
Во время уравновешения впервые была выполнена ансамблевая симуляция NVT с частотой 100 ps с временным шагом 2 fs. Система постепенно нагревалась до 300 К, чтобы уменьшить влияние исходной структуры и достичь термодинамического равновесия. Затем ансамбль был переключён на NPT, и дополнительное уравновешение на 100 пс было проведено при постоянном давлении 1 бар для стабилизации плотности и давления. Эта ступень была использована для приведения системы в стабильное термодинамическое состояние перед производственныммоделированием 25. Формальное молекулярно-динамическое моделирование проводилось в течение 20 нс, при поддержании температуры 300 K, давлении 1 бар и временном шагу 2 fs. Траектория сохранялась каждые 10 ps. Для обеспечения стабильности и точности моделирования физические параметры, включая температуру, давление и объём, регулярно отслеживались, чтобы убедиться, что они остаются в ожидаемых диапазонах.
Гибкое сканирование с аланином
На основе стабильной конформации, полученной в результате молекулярно-динамического моделирования, было проведено сканирование аланина на всех аминокислотных остатках в радиусе 3 Å от границы связывания лиганда. В этой процедуре остатки-мишени систематически заменяются аланином, тем самым усекая боковую цепь, сохраняя конформацию основной цепи и устраняя специфические взаимодействия, опосредованные боковой цепью. Вклад каждого остатка в аффинность связывания количественно оценивался путём вычисления изменения свободной энергии связывания между дикими и мутантными комплексами. В отличие от традиционных статических моделей, в этом исследовании был введён гибкий механизм релаксации на основе боковой цепи, позволяющий окружающей среде вокруг места мутации проводить структурную релаксацию и более реалистично моделировать динамическую реакцию интерфейса связывания. Целью анализа было выявление остатков горячих точек, которые сохраняют сложную стабильность, предоставляя энергичный отпечаток для оптимизации свинцовых соединений, направленных на белки, связанные с аутизмом.
Эксперименты на животных
Экспериментальные животные
Были отобраны здоровые крысы сорта SPF Sprague-Dawley (SD) (три самца и три самки, 3 месяца), рожденные и выросшие в одинаковых условиях. Температура в комнате контролировалась на уровне 18–22 °C, относительная влажность поддерживалась на уровне 60%–70%, а световой цикл составлял 12 ч: 12 часов (свет: темнота). Все экспериментальные операции на животных были одобрены Комитетом по этике экспериментальных животных Первой народной больницы Цзуньи (номер одобрения: LunShen (2025)-2-362).
Спаривание животных, идентификация беременности и группировка
Все крысы получали адаптивный корм в условиях SPF в течение недели после покупки. Одна самка крысы и один самец крысы держались в клетках в 18:00 каждый день. Осмотр вагинальной пробки был проведён в 8:00 утра следующего дня (через 12 часов после кейсирования). Наличие вагинальной пробки считалось успешным спариванием, и тот же день был обозначен как гестационный день 0,5 (GD0,5). Беременных крыс содержали по отдельности в отдельных клетках. Масса тела беременных крыс измерялась и фиксировалась ежедневно. Масса тела беременных крыс постоянно увеличивалась, со средним суточным приростом от 2 до 5 г, а общая масса тела могла увеличиваться примерно на 30% до родов. Примерно через 10 дней беременности был заметен типичный грушеобразный асимметричный выпуклость живота, а твёрдые массы плодов можно было почувствовать пальпацией, что отличалось от равномерной и мягкой окружности живота, вызванной ожирением.
Создание модели и установка контрольных групп:
Для модельной группы две беременные крысы были случайно выбраны и внутрибрюшинно введены раствором VPA (600 мг/кг) один раз на 12,5 день беременности (GD12,5). VPA вводилась через одну интрабрюшинную инъекцию при дозе 600 мг/кг на 12,5 день беременности. Эта схема была выбрана на основе фундаментальных работ Шнайдера иПшевлоцкого, которые установили, что воздействие ВПА в данный конкретный момент беременности повторяет как нейроанатомические, так и поведенческие особенности человеческого РАС. Этот протокол с тех пор стал стандартной моделью и последовательно подтверждается в последних фармакологических исследованиях с использованием идентичныхпараметров 27. Для пустой контрольной группы была выбрана одна беременная крыса и внутрибрюшинно введена равный объём 0,9% физиологического раствора в одно и то же время. Беременные крысы рожались естественным путём, а день рождения потомства был записан как постнатальный день 0 (PND0). Все потомства крыс были отлучены от груди и содержались отдельно по полу на PND21.
Группирование потомства и вмешательство
На PND28 12 самцов были случайно отобраны из потомства беременных крыс, подвергшихся воздействию VPA (6 в модельной группе и 6 в группе интервенции кверцетина), а 6 самцов — случайным образом из потомства нормальных беременных крыс, подвергшихся воздействию физиологического раствора (6 в пустой группе). Было гарантировано, что между щенками каждой группы не было значительной разницы в весе. Потомство, рождённое от беременных крыс, обработанных нормальным физиологическим раствором, относились к группе с пустым раствором, те, что рождались от беременных крыс, получавших ВПА, в модельную группу, а те, что рождались от беременных крыс, получавших ВПА, — в группу интервенции кверцетина.
Непрерывное вмешательство проводилось в течение 4 недель, начиная с PND28. Для группы интервенции кверцетина суспензия кверцетина вводилась внутрижелудочно в фиксированное время каждый день при дозе 100 мг/кг/день. Эта доза была выбрана на основе следующих интегрированных данных: (i) предыдущее исследование диапазона дозы определило оптимальную дозу 100 мг/кг для облегчения тревожного поведения и снижения провоспалительных цитокинов у крысы с нейровоспалением, вызваннойЛПС, модель 28; (ii) кверцетин в дозе 50 мг/кг доказал способность предотвращать нарушения социальных взаимодействий и окисляющее повреждение мозга у крыс с аутизмом, вызваннойВПА, модели 29; и (iii) пероральный кверцетин недавно был продемонстрирован в снижении уровня TNF-α в мозге и улучшении аутистического поведения у крыс модели30, индуцированной пропионовой кислотой. В совокупности эти независимые валидации поддерживают выбор 100 мг/кг для обеспечения надёжного водействия воспалительного пути, опосредованного ФНО, α в текущей постнатальной модели РАС, индуцированной ВПА. Для пустой и модельной групп ежедневно внутрижелудочно вводился равный объём 0,5% нормального физиологического раствора CMC-Na. Все животные имели свободный доступ к корму и воде в период вмешательства, а их масса тела измерялась каждую неделю для корректировки объёма подачи в соответствии с весом тела.
Тест на открытом поле
После 4 недель вмешательства (примерно PND56) был проведён тест на открытом поле для оценки спонтанной активности и уровня тревожности. Открытый полевой тест (OFT) — классический поведенческий эксперимент для оценки поведения, связанного с тревогой, у экспериментальных животных. Измеряемыми показателями были способность крыс к спонтанному движению в открытой среде и время, проведённое в центре открытого поля. Аппарат OFT для крыс имел высоту 30 см, длину 50 см и ширину внизу 50 см, с белыми внутренними стенками и искусственно разделен на 16 небольших сеток, включая 4 сетки во внутренней части и 12 сеток во внешней части. Экспериментальный участок оставался в тишине, чтобы избежать звуковой стимуляции, которая могла бы повлиять на точность экспериментальных результатов. Каждую крысу помещали в центр нижней части коробки, а видеозапись и тайминг проводились одновременно. Поле зрения камеры охватывало всё открытое поле и фиксировало спонтанное движение крыс и количество пересечений между сетками. Каждый тест длился 5 минут, после чего запись видеозаписи прекращались. Внутренняя стенка и дно открытого ящика были протерты 75% спиртом, чтобы предотвратить влияние фекалий и запаха организма одного животного на результаты тестов следующего. Операция повторялась после замены крыс, пока все крысы не завершили испытание.
Метод патологического обнаружения
После фиксации 4% параформальдегидом ткань мозга подвергалась градиентному обезвоживанию с помощью полностью автоматического дегидратора: 75% этанола в течение 2 часа, 85% этанола 1 час, 95% этанола 1 час и абсолютного этанола I-IV по 20 минут каждый. Затем ткани очищались очищающим агентом I на 25 минут и очищающим агентом II на 30 минут, после чего проводилось вложение парафина. Секции толщиной 5 мкм были обезвощены растворами I и II по 30 минут каждый и затем увлажнены градиентным этанолом. Срезы окрашивались гематоксилином в течение 5–10 минут, дифференцировали солянокислотным спиртом в течение 3 секунд и окрашивались щелочной водой, чтобы стать синим. Затем их контрокрашивали спирторастворимым эозином в течение 3 минут, обезвождали градиентным этанолом, очищали, накрывали нейтральным креплением и изучали под микроскопом.
Обнаружение уровней TNF-α в сыворотке и ткани мозга
После последнего применения кровь из аорты брюшной аорты была взята у крыс и центрифугирована при 3 000 об/мин при 4 °C в течение 15 минут, после чего был собран супернатант сыворотки. Тем временем были рассечени ткани гиппокампа и корки, а также добавлен предварительно охлаждённый PBS в соотношении 1:9 для механической гомогенизации. Затем гомогенат центрифугировали при 12 000 об/мин при 4 °C в течение 20 минут для сбора супернатаната. Метод BCA использовался для количественной оценки белков тканей. В соответствии с инструкциями по набору ИФА образцы, подлежащие тестированию и биотинилированные антитела добавлялись на микропластину последовательно. После инкубации и промывки добавлялся и инкубировался комплекс авидин-пероксидазы. После ещё одной промывки был добавлен раствор субстрата для проявления цвета, реакция завершалась стоп-раствором, а поглощение измерялось на 450 нм с помощью считывателя микропластин. Концентрации TNF-α в сыворотке (pg/mL) и ткани мозга (pg/mg prot) рассчитывались с использованием стандартной кривой.
Статистический анализ
Функция RANDBETWEEN в Microsoft Excel использовалась для рандомизации крыс и генерации случайных чисел для распределения крыс. Все экспериментальные данные в этом исследовании были выражены в виде среднего ± стандартного отклонения (SD). До проведения статистического анализа впервые проводились тест нормальности (тест Шапиро-Вилка) и тест однородности дисперсии (тест Левена) на данных каждой группы. Для данных, соответствующих нормальному распределению и однородности дисперсии, использовался односторонний анализ дисперсии (односторонний ANOVA). Если разница была статистически значимой, метод ЛСД применялся для множественных сравнений. Значение *p < 0,05, **p < 0,01 и ***p < 0,001 считалось статистически значимым.