基于网络药理学和转录组分析的GANDouling片剂治疗伴有认知障碍的威尔逊病的机制研究

《Tissue and Cell》：Mechanistic Study on GANDouling Tablet in the Treatment of Wilson's Disease with Cognitive Impairment Based on Network Pharmacology and Transcriptomic Analysis

本研究通过整合网络药理学和转录组分析，揭示甘露卿片改善威尔逊病相关认知障碍的机制，涉及APP和DRD2等关键靶点，突触可塑性、PI3K-Akt信号通路及神经炎症通路富集分析，临床验证显示治疗有效。

夏胡 | 曹世坚

安徽中医药大学第一附属医院老年疾病中心脑病科，中国安徽合肥230031

摘要

背景

威尔逊病（WD）是一种铜代谢障碍，常伴有认知功能障碍，但目前有效的干预措施仍然有限。甘豆灵片是一种传统中药配方，在治疗威尔逊病方面显示出临床疗效，但其对认知功能障碍的作用机制尚不明确。

方法

从TCMSP和SwissTargetPrediction数据库中检索了甘豆灵片的活性成分和潜在靶点。从多个数据库中获取了与疾病相关的基因，并分析了转录组数据（GSE197406）以识别差异表达基因（DEGs）。对交集靶点进行了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）分析、GO/KEGG富集以及化合物-靶点-通路网络构建。通过分子对接评估了化合物与靶点的结合能力。最后，在15名患有威尔逊病相关认知障碍的患者中，测量了甘豆灵片治疗前后的血清APP蛋白水平（ELISA）和PBMCs中的DRD2 mRNA表达（qRT-PCR）。

结果

共鉴定出928个DEGs，交集分析得到25个潜在的治疗靶点。PPI分析突出了APP、DRD2和F2等核心基因。富集分析显示与突触可塑性、PI3K-Akt信号传导和神经炎症相关的通路。分子对接证明了代表性化合物与核心靶点之间的稳定结合亲和力。临床验证显示，甘豆灵片治疗后APP蛋白水平和DRD2 mRNA表达显著升高（P < 0.001），这与网络预测结果一致。

结论

甘豆灵片可能通过多组分、多靶点和多通路的机制改善威尔逊病相关的认知障碍，尤其是涉及APP和DRD2。这项综合研究为甘豆灵片在治疗威尔逊病相关认知障碍方面的治疗潜力提供了分子证据和临床支持。

引言

威尔逊病（WD）是一种常染色体隐性遗传病，由ATP7B基因突变引起，该基因编码一种铜转运ATP酶（Dmitriev和Patry，2024）。全球患病率约为每30,000人中有1例，中国某些地区的发病率较高（Sandahl等，2020）。威尔逊病的核心病理生理机制是肝脏铜排泄受损，导致铜在多个器官（尤其是肝脏和中枢神经系统）中逐渐积累。这会引起多种临床表现，包括肝功能异常、锥体外系运动症状、精神障碍和认知功能障碍（Dev等，2022；Socha等，2025）。

威尔逊病的精神症状主要包括情绪异常、行为改变、焦虑和认知障碍，其中认知障碍是关键的精神神经症状（Frota等，2009）。近年来，认知障碍作为威尔逊病的早期或慢性临床特征受到了越来越多的关注。研究表明，约30-50%的威尔逊病患者表现出不同程度的认知缺陷，如注意力不集中、记忆力下降和执行功能障碍（Wungjiranirun和Sharzehi，2023）。值得注意的是，即使运动症状得到缓解，这些症状也可能持续存在，严重影响患者的独立性和生活质量（Litwin等，2024）。本研究重点关注威尔逊病相关的认知障碍，而非帕金森综合征、震颤、肌张力障碍、共济失调、舞蹈病、肌阵挛和抽动障碍等运动障碍，或抑郁和恐惧症等精神症状（Palmieri等，2022）。然而，目前的治疗策略主要集中在铜螯合和症状管理上，针对认知障碍及其潜在机制的靶向干预仍缺乏。

传统中药（TCM）由于其整体调节和多靶点作用，为复杂的神经系统疾病提供了有希望的治疗方法（Wang等，2025）。甘豆灵片是一种常用的治疗威尔逊病的中药复方，由大黄根（Radix et Rhizoma Rhei）、黄连根（Rhizoma Coptidis）、鸡血藤茎（Caulis Spatholobi）、姜黄根（Rhizoma Curcumae Longae）、丹参根（Radix Salviae Miltiorrhizae）和莪术根（Rhizoma Curcumae）组成（Chen等，2025）。先前的研究表明，甘豆灵片可通过Wnt-1/β-连环蛋白信号通路和HSF1/HSPB1通路对威尔逊病的肝损伤发挥积极的治疗作用（Cheng等，2023；Zhao等，2024）。尽管甘豆灵片的神经保护作用已在临床和动物研究中得到证实（Wen等，2024；Zhang等，2018），但其对威尔逊病相关认知障碍的直接影响和分子机制仍不清楚。传统的药理学方法在阐明中药复方的复杂、多组分和多靶点机制方面存在局限性，这突显了先进生物信息学方法的必要性。

网络药理学和转录组分析的结合为系统探索中药机制提供了强大的平台。网络药理学能够识别活性成分、潜在靶点和疾病相关通路，从而构建全面的“化合物-靶点-通路”相互作用网络（Kibble等，2015）。同时，转录组学可以揭示疾病组织中的差异表达基因（DEGs），为机制研究提供分子层面的见解（Kolobkov等，2022）。这两种方法的结合不仅有助于生成机制假设，还允许通过分子对接和临床样本分析进行实验验证，形成一个具有更高科学严谨性的闭环研究模型。

基于这一理念，本研究通过整合网络药理学和转录组数据，探讨了甘豆灵片治疗威尔逊病相关认知障碍的潜在机制。我们从公开数据库中筛选了甘豆灵片的活性成分和预测靶点，识别了与疾病相关的基因和DEGs，并分析了交集靶点和关键信号通路。然后通过分子对接评估了核心成分与靶点之间的结合亲和力。最后，使用患者血清和外周血单核细胞（PBMC）样本在治疗前后验证了选定关键蛋白和基因的表达水平。本研究的结果旨在为甘豆灵片在威尔逊病相关认知障碍中的临床应用提供机制支持和理论依据。

部分摘要

威尔逊病（WD）是一种常染色体隐性遗传病，由ATP7B基因突变引起，该基因编码一种铜转运ATP酶（Dmitriev和Patry，2024）。全球患病率估计约为每30,000人中有1例，中国某些地区的发病率更高（Sandahl等，2020）。威尔逊病的核心病理生理机制是肝脏铜排泄受损，导致铜在多个器官（尤其是肝脏和中枢神经系统）中逐渐积累。这会引起广泛的临床表现，包括肝功能异常、锥体外系运动症状、精神障碍和认知功能障碍（Dev等，2022；Socha等，2025）。

威尔逊病的精神症状主要包括情绪异常、行为改变、焦虑和认知障碍，其中认知障碍是关键的精神神经症状（Frota等，2009）。近年来，认知障碍作为威尔逊病的早期或慢性临床特征受到了越来越多的关注。研究表明，约30-50%的威尔逊病患者表现出不同程度的认知缺陷，如注意力不集中、记忆力下降和执行功能障碍（Wungjiranirun和Sharzehi，2023）。值得注意的是，这些症状即使在运动症状得到缓解后也可能持续存在，严重影响患者的独立性和生活质量（Litwin等，2024）。本研究重点关注威尔逊病相关的认知障碍，而非帕金森综合征、震颤、肌张力障碍、共济失调、舞蹈病、肌阵挛和抽动障碍等运动障碍，或抑郁和恐惧症等精神症状（Palmieri等，2022）。然而，目前的治疗策略主要集中在铜螯合和症状管理上，而针对认知障碍及其潜在机制的靶向干预仍不足。

传统中药（TCM）由于其整体调节和多靶点作用，为复杂的神经系统疾病提供了有希望的治疗方法（Wang等，2025）。甘豆灵片是一种常用的治疗威尔逊病的中药复方，由大黄根（Radix et Rhizoma Rhei）、黄连根（Rhizoma Coptidis）、鸡血藤茎（Caulis Spatholobi）、姜黄根（Rhizoma Curcumae Longae）、丹参根（Radix Salviae Miltiorrhizae）和莪术根（Rhizoma Curcumae）组成（Chen等，2025）。先前的研究表明，甘豆灵片可通过Wnt-1/β-连环蛋白信号通路和HSF1/HSPB1通路对威尔逊病的肝损伤发挥积极的治疗作用（Cheng等，2023；Zhao等，2024）。尽管甘豆灵片的神经保护作用已在临床和动物研究中得到证实（Wen等，2024；Zhang等，2018），但其对威尔逊病相关认知障碍的直接影响和分子机制仍不清楚。传统的药理学方法在阐明中药复方的复杂、多组分和多靶点机制方面存在局限性，这突显了先进生物信息学方法的必要性。

网络药理学和转录组分析的结合为系统探索中药机制提供了有力平台。网络药理学能够识别活性成分、潜在靶点和疾病相关通路，从而构建全面的“化合物-靶点-通路”相互作用网络（Kibble等，2015）。同时，转录组学可以揭示疾病组织中的差异表达基因（DEGs），为机制研究提供分子层面的依据（Kolobkov等，2022）。这两种方法的结合不仅有助于生成机制假设，还允许通过分子对接和临床样本分析进行实验验证，形成一个具有更高科学严谨性的闭环研究模型。

基于这一理念，本研究通过整合网络药理学和转录组数据，探讨了甘豆灵片治疗威尔逊病相关认知障碍的潜在机制。我们从公开数据库中筛选了甘豆灵片的活性成分和预测靶点，识别了与疾病相关的基因和DEGs，并分析了交集靶点和关键信号通路。然后通过分子对接评估了核心成分与靶点之间的结合亲和力。最后，使用患者血清和外周血单核细胞（PBMC）样本在治疗前后验证了选定关键蛋白和基因的表达水平。本研究的结果旨在为甘豆灵片在威尔逊病相关认知障碍中的临床应用提供机制支持和理论依据。

部分摘要

活性成分和靶点预测

使用传统中药系统药理学数据库（TCMSP，https://tcmspw.com/tcmsp.php）筛选了甘豆灵片（大黄根、黄连根、鸡血藤茎、姜黄根、丹参根和莪术根）六种草药成分的活性成分。筛选标准设定为口服生物利用度（OB）≥30%和药物相似性（DL）≥0.18。

使用

差异表达和交集分析揭示甘豆灵片的潜在靶点

为了识别甘豆灵片在治疗威尔逊病相关认知障碍中的潜在靶点，将与疾病相关的基因和药物预测靶点与转录组数据进行了系统整合。

在GSE197406数据集中，差异表达分析鉴定出928个DEGs，包括393个上调基因和535个下调基因（图1A）。我们从五个数据库（GeneCards、OMIM、CTD、ClinVar和MalaCards）中获得了总共16654个与威尔逊病相关的认知障碍基因。

讨论

本研究结合了网络药理学、转录组分析、分子对接和临床验证，系统阐明了甘豆灵片治疗威尔逊病相关认知障碍的潜在机制。研究结果表明，在PPI网络中，APP和DRD2被优先确定为核心靶点，富集术语包括与突触可塑性相关的过程以及PI3K-Akt信号传导和神经炎症相关的注释。在分子对接中，

结论

本研究整合了网络药理学、转录组学、分子对接和临床验证，探讨了甘豆灵片治疗威尔逊病相关认知障碍的机制。APP和DRD2被优先确定为候选靶点，富集分析提示突触可塑性、PI3K-Akt信号传导和神经炎症相关模块的潜在参与。这些结果表明，甘豆灵片可能通过多组分机制改善认知障碍，

伦理批准和参与者同意

本研究获得了安徽中医药大学第一附属医院伦理委员会的批准（编号2025AH-141）。所有参与者在纳入研究前均签署了书面知情同意书。本研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则进行。

资助

本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。

作者贡献声明

夏胡：撰写——原始草案、监督、软件使用、方法学、数据分析、概念构建。曹世坚：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源提供、方法学、概念构建。

致谢

不适用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

出版同意

不适用。