解析Hericium erinaceus次生代谢产物的分子机制及其对肝性脑病中基因调控网络的影响

《Pharmacological Research - Natural Products》：Deciphering the molecular mechanism of Hericium erinaceus secondary metabolites and their impact on gene regulatory networks in hepatic encephalopathy

　　肝性脑病治疗潜力研究通过整合网络药理学、分子对接、密度泛函理论和分子动力学模拟，评估了白念珠菌次级代谢产物（Erinacerin I、L和1-D-阿拉伯糖单油酸酯）对HE的作用机制。计算显示其与GAPDH、AKT1等靶点强结合，Erinacerin L高反应性，1-D-阿拉伯糖单油酸酯稳定性突出，MD模拟验证复合物稳定性，提示该真菌代谢产物可能成为HE治疗新候选。

　　

拉贾潘·钱德拉·萨蒂什·库马尔（Rajappan Chandra Satish Kumar）、拉梅什·文卡塔查拉帕蒂（Ramesh Venkatachalapathy）、桑卡里·阿拉古库马尔（Sankari Alagukumar）、阿卡什·贾亚拉曼（Akash Jayaraman）、奇塔兰詹·达斯（Chittaranjan Das）、帕塔纳·滕-乌姆努艾（Patana Teng-Umnuay）

药物检测实验室（Drug Testing Laboratory, DTL），印度系统医学跨学科研究所（Interdisciplinary Institute of Indian System of Medicine, IIISM），SRM科学技术学院（SRM Institute of Science and Technology），卡坦库拉图尔（Kattankulathur），金奈（Chennai），泰米尔纳德邦（Tamil Nadu），印度

摘要

肝性脑病（Hepatic Encephalopathy, HE）是一种与肝脏功能障碍相关的严重神经精神疾病，会导致认知和运动障碍。传统的治疗方法如乳果糖和利福昔明（rifaximin）往往效果有限且伴有副作用，因此需要新的治疗策略。Hericium erinaceus是一种可食用的药用蘑菇，具有保护肝脏、保护神经和调节肠道的功能。本研究采用综合计算方法，包括网络药理学、分子对接（Molecular Docking）、密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）和分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟，来评估H. erinaceus的次级代谢物（erinacerin I、erinacerin L和1-D-阿拉伯糖醇单烯酸酯）对肝性脑病相关靶点的治疗潜力。蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）分析确定了参与肝性脑病病理生理的关键靶点，包括GAPDH、AKT1、TNF、SRC、ALB、STAT3和EGFR。分子对接显示这些代谢物与靶点有很强的结合亲和力，表明它们有可能调节与肝性脑病相关的通路。DFT分析表明erinacerin L具有高度反应性，而1-D-阿拉伯糖醇单烯酸酯则表现出更高的稳定性。MD模拟证实了蛋白质-配体复合物的稳定性，支持了其药理可行性。这些发现表明H. erinaceus的代谢物是治疗肝性脑病的有希望的候选物质，但仍需在临床前和临床研究中进行实验验证。

引言

肝性脑病（HE）是一种由急性或慢性肝病或肝硬化引起的严重神经系统疾病，主要由胃肠道出血、感染或电解质失衡引发，导致精神或神经系统异常。[1],[2],[3]。40%的肝硬化患者会出现肝性脑病，可分为隐性肝性脑病（Covert Hepatic Encephalopathy, CHE）和显性肝性脑病（Overt Hepatic Encephalopathy, OHE）。CHE表现为认知障碍，通过心理测量测试可检测出来；而OHE则表现为严重的功能衰退和警觉性下降。[4],[5]。肝性脑病的病理生理机制主要包括氨中毒、全身性炎症、血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的变化以及神经类固醇的作用。[6],[7]目前的治疗手段包括乳果糖和利福昔明，但效果有限且存在治疗相关副作用。因此，需要新的治疗方法。

药用蘑菇的次级代谢物因其潜在的神经保护、肝脏保护和肠道调节作用而受到越来越多的关注。[8],[9],[10。H. erinaceus是一种可食用的中国传统蘑菇，具有保护肝脏、治疗胃肠道疾病和抗炎作用等药用特性。[11],[12],[13]。除了蘑菇本身，倍半萜类化合物也成为治疗肝病的有力候选物质，为本次对H. erinaceus代谢物的评估提供了更广泛的背景。[14]这种蘑菇中含有的多种生物活性化合物，如多糖、三萜类、生物碱和酚酸，均显示出潜在的药理治疗作用。[15],[16],[17],[18]肝性脑病的主要病理特征之一是肠道菌群失调，导致氨的产生增加和全身性炎症。[19]H. erinaceus的多糖具有益生元作用，有助于促进有益肠道微生物的生长，同时抑制产生氨的病原菌。[20],[21]此外，这种蘑菇中的萜类化合物还具有神经保护作用，可以防止神经元损伤和认知能力下降。[22],[23]本研究通过整合网络药理学、DFT分析和分子动力学等多种计算方法，明确探讨了H. erinaceus代谢物在调节肝性脑病中的肠道-肝脏-大脑轴中的作用，这在以往关于药用蘑菇的计算研究中较为罕见。[24]本研究为该领域增添了独特的转化价值，阐明了与肝性脑病相关的精确分子机制。

目标代谢物的筛选与提取

在分析过程中，目标代谢物的筛选至关重要。从Medicinal Fungi Secondary Metabolites and Therapeutics (MeFSAT)数据库（https://cb.imsc.res.in/mefsat/）中提取H. erinaceus的次级代谢物后，所有化合物均经过瑞士ADME数据库（http://www.swissadme.ch/）的初步ADME分析和药物特性评估。通过SwissADME分析并通过SwissTargetPrediction工具评估毒性的化合物被进一步研究。

目标代谢物与肝性脑病靶基因的筛选

在通过SwissADME和Osiris毒性检测工具对H. erinaceus中的化合物进行ADME分析后，共筛选出104种化合物。最终仅有30种化合物被纳入研究（见表1）。每种化合物的目标代谢物被收集并整合到一个数据表中，以便进一步分析。

讨论

药用蘑菇的次级代谢物对人类健康有多种益处，包括保护肝脏、改善肠道健康、调节情绪障碍和血液相关疾病，尤其是对癌症具有一定的抑制作用[30],[31]。因此，本研究旨在确定H. erinaceus次级代谢物在治疗肝性脑病方面的安全性和有效性。PPI网络分析显示，GAPDH、AKT1、TNF、SRC、ALB、STAT3、CTNNB1、EGFR、BCL2和HSP90AA1是排名前10的靶点。

局限性

本研究采用综合计算方法（包括网络药理学、分子对接、密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟）来预测Hericium erinaceus次级代谢物治疗肝性脑病（HE）的潜力。然而，必须认识到一些局限性：首先，这些发现仅基于计算机模拟，缺乏在细胞或动物模型中的实验验证，而这对于确认其效果至关重要。

结论

本研究通过综合计算方法证明了Hericium erinaceus的次级代谢物（erinacerin I、erinacerin L和1-D-阿拉伯糖醇单烯酸酯）作为肝性脑病（HE）治疗候选物的潜力。网络药理学确定了与肝性脑病相关的关键靶点，分子对接和MD模拟证实了它们与靶点的强效且稳定的结合作用。DFT分析显示erinacerin L具有高反应性，而1-D-阿拉伯糖醇单烯酸酯则具有较高的稳定性。

伦理审批与参与同意

不适用

利益冲突

作者声明本文内容不存在任何利益冲突。

出版内容

不适用

资助情况

未收到任何资助

CRediT作者贡献声明

桑卡里·阿拉古库马尔（Sankari Alagukumar）：正式分析、概念构思。拉梅什·文卡塔查拉帕蒂（Ramesh Venkatachalapathy）：撰写初稿、正式分析、数据管理。拉贾潘·钱德拉·萨蒂什·库马尔（Rajappan Chandra Satish Kumar）：项目监督、方法论设计。阿卡什·贾亚拉曼（Akash Jayaraman）：撰写、审稿与编辑、软件使用、资源协调。奇塔兰詹·达斯（Chittaranjan Das）：结果验证、项目监督。帕塔纳·滕-乌姆努艾（Patana Teng-Umnuay）：数据可视化、项目监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。