題目：整合網絡藥理學與轉錄組學方法揭示雌馬酚通過調控HCT116細胞中多細胞周期基因抑制結直腸癌的作用機制

英文名：Integrated network pharmacology and transcriptomic approach reveal the role of Equol in reducing colorectal cancer via regulating multiple cell cycle genes in HCT116 cells

雜志：Macromolecules

影響因子：7.7/Q1

發表時間：2024年10月24日

研究背景：結直腸癌是一種癌癥，通常以結腸和直腸上皮組織中的良性腫瘤開始。結直腸癌是世界上第三大最常見的惡性腫瘤，也是第二大最常見的癌癥死亡原因。雌馬酚是一種異黃酮衍生的代謝物，已知表現出強烈的雌激素和抗氧化活性。盡管雌馬酚具有眾所周知的抗癌潛力，但其潛在機制仍然未知。

研究思路：通過CCK-8、劃痕愈合和集落形成實驗，分析了雌馬酚對癌細胞增殖、遷移和侵襲的作用。然后，利用RNA-seq分析探究雌馬酚抑制癌細胞增殖和誘導細胞周期停滯的調控通路。通過網絡藥理學篩選核心基因，隨后，采用Western blot方法檢測關鍵蛋白的表達，最后，進行分子對接分析，從分子水平揭示雌馬酚與靶蛋白的相互作用。研究表明，雌馬酚可以通過靶向多種途徑抑制結直腸癌，暗示其作為結直腸癌輔助治療的關鍵組成部分的潛力。

1、雌馬酚抑制細胞增殖、遷移和集落形成

雌馬酚以劑量和時間依賴性的方式抑制四種人結直腸癌細胞系（HCT116、HT29、SW480和Caco2細胞）的增殖（圖1a）。濃度≥40μg/mL和80μg/mL的雌馬酚在孵育24小時后分別抑制HCT116和HT29細胞的遷移（圖1b）。與對照組相比，當使用20μg/mL雌馬酚時，HCT116和HT29細胞的集落形成能力明顯受到抑制，而當使用40μg/mL雌馬酚時，僅觀察到可忽略不計的集落形成（圖1c）。這些結果表明，雌馬酚可以抑制結直腸癌細胞的增殖、遷移和集落形成，HCT116細胞因其對雌馬酚的高度敏感性而被選擇用于進一步的實驗。

圖1

2、 雌馬酚誘導細胞周期停滯并促進細胞凋亡

流式細胞術用于評估雌馬酚是否能誘導細胞周期停滯和細胞凋亡。圖2a顯示了HCT116細胞群的不同階段。此外，雌馬酚干預后G2/M期細胞的比例增加，但未顯著增加。細胞凋亡的流式細胞術結果如圖 2b所示，細胞凋亡率與雌馬酚劑量呈正相關。這些結果表明，雌馬酚可以誘導細胞周期停滯并以劑量依賴性方式促進細胞凋亡。

圖2

3、雌馬酚在HCT116細胞中誘導獨特的基因表達模式

對照組（CK）和馬肝酚處理組（EQ）的基因如維恩圖所示（圖3a），在CK和EQ組中分別檢測到14,910和14,812個基因，在EQ和CK組之間鑒定了1685個DEGs（圖3b）。根據PCA分數圖（圖3c），樣本沿第一主成分（PC1）明確分為兩組，占方差的84.87%。因此，很明顯雌馬酚處理的癌細胞（HCT116細胞）改變了基因表達。差異表達基因的分層聚類和熱圖分析如圖 3d所示。熱圖中可見的不同模式表明，雌馬酚處理會誘導HCT116細胞轉錄組學的顯著變化。這一觀察結果有力地支持了我們的假設，即雌馬酚對結直腸癌細胞的基因表達模式有重大影響。

圖3

4、差異表達基因的GO和KEGG通路富集分析

DEGs的GO術語富集分析顯示，與細胞增殖和細胞周期相關的GO術語顯著富集，例如細胞器裂變、核分裂、DNA復制、染色體分離、有絲分裂細胞周期的調節和有絲分裂核分裂。對于用雌馬酚處理的細胞，與所有DEGs相關的KEGG通路與谷氨酸能突觸、HIF-1信號通路、DNA復制和細胞周期有關。

5、樞紐基因篩選和轉錄因子預測

從GeneCards數據庫和轉錄組學分析，獲得了168個目標基因（圖4a）。PPI分析了來自168個候選基因的112個基因，其中包括112個節點和310個邊緣（圖4b）。Cytoscape分析如圖 4c所示。共有17個具有maximum團中心性（MCC）的基因被選為候選基因（圖 4d）。17個樞紐基因之間的相互作用如圖4e所示。TF基因靶標調控網絡如圖 4g所示，2個TFs在對癌細胞進行雌馬酚處理后下調（圖 4h）。Western blot實驗表明，癌細胞接受80μg/mL的馬其酚后，CDK1、CCNA2、CCND1、E2F1和NFYA的表達降低，而CCNB1的表達在接受40μg/mL的雌馬酚后表達降低（圖 4i）。

圖4

總結：本文利用了轉錄組測序巧妙的結合了網藥分析，揭示了雌馬酚發揮其抗癌作用的潛在機制之一是通過調節細胞周期相關基因的表達。傲星生物深耕生信分析十余載，有豐富的實驗方案、完善的下游驗證、機制研究服務，一對一專屬服務為您排憂解難，助您輕松應對畢業和晉升！