牛支原体肺炎(MBP)是牛呼吸道疾病的重要组成部分,其管理因持续感染和抗菌药物管理问题而复杂化。鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb.)具有抗炎和免疫调节活性,但其在MBP中的潜在宿主导向机制尚不清楚。本研究基于计算机模拟(in silico)采用网络药理学和分子对接技术,识别候选化合物、共同药物-疾病靶点、富集的生物学功能及预测的配体-靶点相互作用。从TCMSP、GeneCards、OMIM和CTD数据库共获得145个鱼腥草的假定靶点和474个MBP相关疾病靶点,得到43个共同药物-疾病靶点。双置信度STRING分析、cytoHubba排序和MCODE模块分析优先筛选出TNF、IL6、IL1B、PTGS2、PPARG、IFNG、CASP3和MMP9作为候选核心靶点。基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析表明集中在细胞因子介导的信号传导、炎症反应、免疫调节、氧化应激、IL-17信号通路和TNF信号通路。分子对接提示槲皮苷(quercitrin)与PTGS2、槲皮素(quercetin)与TNF、槲皮素与IL6、槲皮苷与CASP3具有有利的预测相互作用。这些计算结果表明,鱼腥草可能与MBP中宿主炎症和免疫反应调节相关,主要通过类黄酮相关的与炎症和凋亡相关靶点的相互作用。在推断生物活性或实际应用之前,需要进一步进行牛特异性实验验证。
**研究背景、问题与意义**
牛支原体肺炎(Bovine Mycoplasma bovis pneumonia, MBP)是牛呼吸道疾病综合征的重要组成部分,其管理面临持续感染、肺组织损伤及抗菌药物疗效下降等挑战。由于牛支原体(Mycoplasma bovis)无细胞壁,对β-内酰胺类抗菌药物天然不敏感,常用大环内酯类、四环素类和氟喹诺酮类药物,但耐药性问题日益突出。因此,需探索辅助性宿主反应调控策略。鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb.)是一种药食同源植物,具有抗炎、抗氧化、免疫调节等活性,但其在MBP中的潜在宿主导向机制尚不明确。本研究旨在通过网络药理学和分子对接,从计算层面揭示鱼腥草化合物与MBP相关宿主靶点及通路的关联,为后续牛特异性实验验证提供候选化合物、核心靶点和机制线索。论文发表在《Veterinary Sciences》。
**关键技术与方法**(不超过250字)
研究人员采用网络药理学(network pharmacology)和分子对接(molecular docking)技术。首先,从TCMSP、GeneCards、OMIM和CTD数据库获取鱼腥草的假定靶点(145个)和MBP相关疾病靶点(474个),取交集得到43个共同药物-疾病靶点。利用STRING数据库构建蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络,物种限定为牛(Bos taurus),并采用双置信度(0.4和0.7)策略。通过cytoHubba的多算法(MCC、Degree、Betweenness、Closeness)筛选核心靶点,结合MCODE模块分析识别功能模块。基因本体论(GO)和KEGG通路富集分析在R中完成。最后,选取代表性化合物(槲皮素、槲皮苷、山奈酚、癸酰乙醛、2-十一酮)与优先核心靶点进行半柔性分子对接,使用AutoDock Vina评估结合能。数据库来源包括TCMSP、GeneCards、OMIM、CTD、UniProt、PDB等公共资源。
**研究结果**
**3.1 鱼腥草的代表性化合物和假定靶点**
通过TCMSP筛选(口服生物利用度≥30%,类药性≥0.18)及文献补充,获得5个代表性化合物:槲皮素(quercetin)、山奈酚(kaempferol)、槲皮苷(quercitrin)(均为类黄酮/类黄酮苷),以及特征性挥发成分癸酰乙醛(decanoyl acetaldehyde)和2-十一酮(2-undecanone)。经整合去重后,共获得145个鱼腥草的假定靶点。
**3.2 MBP相关疾病靶点及共同药物-疾病靶点**
从GeneCards、OMIM和CTD检索并标准化后,获得474个MBP相关候选疾病靶点。与鱼腥草靶点取交集,得到43个共同靶点,涵盖细胞因子(TNF、IL6、IL1B)、炎症信号分子(PTGS2)、免疫调节因子(PPARG、IFNG)、凋亡相关基因(CASP3)、趋化因子(CXCL8)、组织重塑相关基因(MMP9)等。
**3.3 共同靶点的PPI网络构建**
将43个共同靶点导入STRING(物种限定为牛),在中等置信度(0.4)下获得42个节点、405条边;在高置信度(0.7)下获得42个节点、174条边。两种阈值下PPI富集均显著(p<1.0×10-16),表明共同靶点间存在功能关联性。
**3.4 STRING 0.4网络中的多算法cytoHubba筛选**
在中等置信度PPI网络中,通过MCC、Degree、Betweenness和Closeness四种算法排名,TNF、PTGS2、PPARG、IL6、IL1B、IFNG和CASP7在所有算法中均进入前十,具有高拓扑优先性。
**3.5 跨阈值整合cytoHubba筛选与稳定性分析**
比较两种置信度阈值下各算法的前十名基因,Jaccard相似指数显示多数算法重叠度高。TNF、IL6、IL1B在两种阈值下均被四种算法列入前十;PTGS2、PPARG、IFNG、CASP3在0.4阈值下获四种算法支持,在0.7阈值下获三种支持;MMP9获两种阈值下三种算法支持。基于出现频率、跨阈值重复性和排名稳定性,最终将TNF、IL6、IL1B、PTGS2、PPARG、IFNG、CASP3和MMP9保留为优先核心靶点。
**3.6 MCODE模块分析与候选核心靶点的模块级支持**
MCODE聚类分析显示,两种置信度下模块1均包含这些核心靶点(TNF、IL6、IL1B、PTGS2、PPARG、IFNG、CASP3、MMP9),且高置信度模块基因数减少但核心组成稳定。IL10虽在模块中但整合证据较弱,作为辅助候选基因。
**3.7 GO功能富集分析**
生物学过程(BP)富集于对革兰氏阳性菌的防御反应、脂多糖应答、细胞因子产生正调控、趋化因子产生正调控、白细胞介素-1产生正调控、白细胞介素-17产生正调控及STAT蛋白酪氨酸磷酸化调控等。分子功能(MF)富集于细胞因子活性、细胞因子受体结合、受体配体活性、Toll样受体结合等。细胞组分(CC)富集于内吞囊泡膜、吞噬囊泡膜、质膜外侧等。
**3.8 KEGG通路富集分析**
共同靶点显著富集于脂质与动脉粥样硬化、IL-17信号通路、AGE-RAGE信号通路、流体剪切应力与动脉粥样硬化、TNF信号通路、流感A、利什曼病、恰加斯病、疟疾、丙型肝炎等通路。其中IL-17通路涉及13个基因(如PTGS2、TNF、CASP3、IL6等),TNF通路涉及12个基因(如PTGS2、TNF、CASP3等),显示出细胞因子介导的炎症、凋亡和趋化因子招募的汇聚。
**3.9 分子对接分析**
对10个配体-靶点对进行分子对接,除2-十一酮与PPARG外,其余9对结合能均低于-5.0 kcal/mol。槲皮苷与PTGS2结合能最低(-7.8 kcal/mol),槲皮素与TNF(-7.4 kcal/mol)及IL6(-7.1 kcal/mol)结合能较优,槲皮苷与CASP3(-7.0 kcal/mol)也有较好预测。癸酰乙醛与MMP9、PTGS2结合能较弱(均为-5.5 kcal/mol)。
**讨论总结与结论翻译**
讨论部分强调,这些计算预测结果为鱼腥草在MBP中可能通过炎症-免疫网络发挥宿主导向调节作用提供了初步机制假设,而非直接抗菌作用。核心靶点(TNF、IL6、IL1B等)与细胞因子扩增、免疫失调、凋亡及组织损伤相关,IL-17和TNF信号通路的富集进一步支持这一方向。分子对接显示类黄酮(尤其是槲皮素和槲皮苷)可能是主要的结构贡献者,而挥发成分作用较弱。研究局限性包括数据库偏倚(主要基于人类知识)、跨物种映射偏差、以及缺乏牛源性实验验证。未来需在牛原代肺泡巨噬细胞、单核细胞衍生巨噬细胞或呼吸道上皮细胞中进行qPCR、ELISA、Western blot等实验验证。
**结论**:本网络药理学和分子对接研究表明,鱼腥草可能主要通过宿主导向的炎症和免疫相关网络调节,参与牛支原体肺炎(MBP)相关病理过程。综合网络分析确定了TNF、IL6、IL1B、PTGS2、PPARG、IFNG、CASP3和MMP9为关键候选靶点,提示预测作用涉及炎症放大、细胞因子信号、免疫调节、凋亡、氧化应激和组织损伤过程。分子对接进一步提示类黄酮化合物,尤其是槲皮苷和槲皮素,可能为与炎症和凋亡相关靶点的相互作用提供重要结构基础。鱼腥草更适合定位为一种药食同源辅助资源,在抗菌药物减量化策略下支持宿主炎症-免疫调节和呼吸健康管理,而非直接抗菌替代品。这些发现为未来牛特异性实验验证提供了候选化合物、靶点和机制线索。