基于生物信息学和细胞实验探究杜仲治疗结直肠癌的作用机制

作     者：缪玉敏 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董益阳

授予年度：2024年

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 100602[医学-中西医结合临床] 10[医学] 

主      题：杜仲 网络药理学 生物信息学 分子机制 器官芯片 体外实验 

摘      要：在全球范围内,结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)作为一种常见的恶性肿瘤,已经成为威胁公众健康的重要风险因素。目前,针对CRC的治疗,主要依赖于放疗、手术、化疗、免疫治疗以及靶向治疗等多种手段。尽管在CRC的诊断和治疗方面已经取得了显著的进展,CRC患者的预后情况仍然不容乐观,且长期应用这些疗法会导致严重的副作用。中药作为草药资源的宝库,在抗CRC药物研发中具有巨大潜力。 杜仲(Eucommia ulmoides Oliver,EU)作为我国传统的药食同源中药材,具有抗高血压、抗炎、抗骨质疏松、抗氧化、抗癌等多种药理活性。然而,目前对于杜仲抗癌作用机制的研究还十分有限。本研究首次基于网络药理学和生物信息学系统地探究杜仲治疗CRC的作用机制,并基于响应面法优化杜仲叶总黄酮(EULF)的提取工艺,为杜仲的工业化生产以及杜仲资源的开发和利用提供了实验基础。进一步通过细胞实验初步验证,为杜仲在抗癌方面的研究与应用提供数据支持和科学依据,也为中药在临床应用上对抗恶性肿瘤提供了合理的依据,同时为CRC患者潜在的个体化治疗策略的制定奠定了坚实的基础。 本文主要研究成果包括: (1)基于生物信息学探究杜仲抗CRC的潜在作用机制。通过网络药理学和生物信息学发现,杜仲可能通过槲皮素、山奈酚、β-谷甾醇、β-胡萝卜素和丁香亭等化学成分,作用于TP53、AKT1、SRC、JUN、ESR1、TNF、CTNNB1、EGFR、HSP90AB1、IL6等关键靶点,参与癌症通路、脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt等信号通路,发挥其治疗CRC的作用,体现了杜仲多成分、多靶点、多通路治疗CRC的机制。采用GEO2R在线工具筛选GSE35279和GSE37182基因芯片中与CRC相关的差异表达基因,利用GEPIA、HPA、UALCAN和TIMER数据库对差异表达基因进一步分析,并预测CXCL8和CCNA2基因为CRC诊断和预后评估的重要生物标志物。 (2)响应面法(RSM)优化EULF的超声提取工艺。以液料比、提取时间、乙醇浓度为单因素条件,芦丁为标准品,测定EULF提取量。基于Box-Behnken设计(BBD)和响应面法优化EULF提取工艺,其最佳提取工艺为:液料比40 m L/g,提取时间17 min,乙醇浓度54%,最大提取量为30.99 mg/g。 (3)细胞实验探究EULF粗提物对SW480的抑制作用及其抗血管生成能力。EULF粗提物可浓度依赖性地抑制SW480细胞增殖,对HUVEC细胞具有低浓度促进,高浓度抑制作用。细胞凋亡实验结果显示,EULF粗提物可诱导SW480细胞及HUVEC细胞凋亡。表明杜仲可通过诱导CRC细胞凋亡,抑制血管生成,从而抑制CRC细胞的增殖。进一步基于微流体器官芯片技术,模拟人体内肿瘤微环境,初步发现SW480细胞能够促进HUVEC细胞的迁移。