普瑞巴林通过抑制NF-κB的激活来阻止二氧化硅（SiO2）诱导的肺上皮-间充质转化：来自网络药理学和实验验证的见解

《Toxicology and Applied Pharmacology》：Puerarin inhibits SiO2-induced pulmonary epithelial-mesenchymal transition via suppressing NF-κB activation: Insights from network pharmacology and experiment validation

　　

文胜鹏|王凯|王秋实|刘志宏

宁夏医科大学公共卫生学院，中国宁夏银川750000

摘要

矽肺是一种进行性且不可逆的职业性肺纤维化疾病，目前尚无临床可用药物能够有效逆转已形成的纤维化。葛根素（PUE）是一种天然异黄酮类化合物，先前已被证明对矽肺具有保护作用；然而，其具体的保护机制仍不甚明了。在本研究中，我们结合了网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和体外实验，以阐明葛根素对抗二氧化硅（SiO?）诱导的肺纤维化的作用靶点和机制。网络药理学分析确定了葛根素治疗矽肺的227个潜在靶点。IL-17信号通路是最显著富集的通路，其核心靶点包括IL6、TNF、AKT1、IL1B、ALB、EGFR、CASP3、MMP9、NF-κB1和MAPK3。分子对接显示葛根素与NF-κB1的结合能最低，分子动力学模拟进一步证实了两者之间的稳定结合亲和力。在SiO?诱导的BEAS-2B细胞模型中，葛根素处理显著抑制了NF-κB p65的磷酸化，下调了包括TNF-α、IL-1β和IL-6在内的促炎细胞因子的表达，并逆转了上皮-间充质转化（EMT）。总体而言，本研究提供了实验证据，表明葛根素的抗纤维化作用可能是通过结合NF-κB1来实现的，从而抑制NF-κB信号通路的激活，减轻SiO?诱导的EMT，并抑制炎症反应。这些发现为葛根素作为矽肺潜在治疗药物的进一步开发奠定了理论基础。

引言

矽肺是一种由吸入结晶二氧化硅（SiO?）粉尘引起的致命职业性肺病，目前尚无有效的治疗手段（Yuan等人，2022年）。该疾病以持续的肺部炎症和进行性纤维化为特征，随着纤维化的进展，肺实质的不可逆破坏会损害气体交换能力，最终导致呼吸衰竭（Liu等人，2021年）。从呼吸病理生理学的角度来看，完整的气道-肺泡上皮屏障是抵御吸入的外源性有害物质的第一道物理防线。吸入的结晶SiO?粉尘首先接触并突破气道上皮屏障，然后到达远端肺实质，通过直接的细胞毒性和间接的继发效应对肺泡上皮细胞（LECs）造成持续损伤——这些细胞是维持整个呼吸上皮屏障和血气界面的核心结构成分（Sun等人，2019a；Sun等人，2019b）。上皮屏障完整性的不可逆丧失会引发肺泡间隙与肺间质之间的通透性显著增加，随后血浆成分泄漏，大量炎症细胞（包括肺泡巨噬细胞和中性粒细胞）被招募和浸润，并释放大量促炎和促纤维化介质，从而正式启动肺纤维化级联反应（Crosby和Waters，2010年）。持续的LECs损伤是矽肺纤维化进展的核心驱动因素，而SiO?诱导的上皮-间充质转化（EMT）是这一过程中的关键病理事件。在EMT过程中，LECs逐渐失去上皮特异性标志物，获得间充质表型，表现出增强的迁移和侵袭能力，并过度产生细胞外基质（ECM）成分（Guida和Riccio，2019年）。这种异常的表型转变直接破坏了肺结构完整性，促进了纤维组织的病理性沉积，因此在矽肺的进展中起着关键作用。鉴于EMT在纤维化级联反应中的核心作用，针对这一病理过程的治疗策略已成为矽肺治疗的有希望的干预措施。

在这种背景下，来自传统中药的天然生物活性化合物因其多靶点活性和良好的安全性而受到广泛关注。葛根素（PUE）是从葛根属植物（如P. lobata和P. thomsonii）中提取的异黄酮类化合物，具有独特的研究价值（Liu等人，2016年）。葛根素具有多种药理活性，包括抗氧化和抗炎作用（Zhou等人，2018年）。最近的研究表明，葛根素在肝纤维化（Li等人，2013年）、心脏纤维化（Hou等人，2021年；Cai等人，2018年）和胰腺纤维化（Zeng等人，2021年）模型中表现出显著的抑制作用。在肺病理学方面，葛根素通过上调CD31和VE-钙粘蛋白来缓解与纤维化相关的肺动脉高压，同时抑制α-SMA、层粘连蛋白和纤维连接蛋白等纤维化标志物——可能是通过调节缺氧相关信号通路实现的（Zhang等人，2018年）。此外，葛根素与丹参酮IIA联合使用可以通过IL-6–JAK2–STAT3/STAT1轴抑制博莱霉素诱导的肺成纤维细胞活化（Xue等人，2021年）。尽管有这些有希望的发现，但关于葛根素在矽肺中的具体作用机制的研究仍然有限，其多靶点特性与矽肺发病机制之间的关系需要系统阐明。在矽肺进展过程中，LECs——SiO?粉尘在呼吸道中的主要作用靶点——在SiO?刺激下会经历氧化应激、EMT和炎症介质的释放，从而引发慢性炎症和异常组织修复的级联反应（Ma等人，2020年；Cheng等人，2021年；Sun等人，2019a；Sun等人，2019b）。这一过程与IL-17信号通路的失调密切相关。感染和炎症性疾病会增加肺组织中产生IL-17的细胞数量。在激活状态下，肺上皮细胞通过其侧膜上基部表达的IL-17受体A和C亚单位特异性结合IL-17，从而启动NF-κB依赖的下游信号级联反应（Chen等人，2016a；Chen等人，2016b）。NF-κB1主要通过与Rel家族蛋白形成p50-RelA/p65异二聚体来发挥作用（Schuliga，2015年）。这种复合物代表了NF-κB的典型激活形式，它转移到细胞核并驱动促炎细胞因子（如IL-6、IL-1β和TNF-α）的强烈表达（Nemmar等人，2018年）。这些细胞因子不仅招募中性粒细胞以加剧炎症损伤，还通过旁分泌信号途径激活LECs和肺成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，最终导致过多的ECM沉积和肺结构破坏（Karamalakova等人，2022年）。

基于这一背景，我们采用多层次系统方法来识别葛根素治疗矽肺的潜在分子靶点，结合了网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和体外实验验证。网络药理学用于构建药物-靶点-疾病相互作用网络，以确定葛根素对抗矽肺的治疗靶点。分子对接用于模拟配体与受体蛋白之间的三维结合模式，预测关键相互作用位点。分子动力学模拟揭示了蛋白质-配体复合物的原子级动态构象变化和结合稳定性。最后，通过体外实验验证了计算机预测结果，证实葛根素与NF-κB1结合，从而调节NF-κB的激活，抑制SiO?诱导的EMT和炎症反应。这项工作建立了从计算预测到实验验证的完整研究框架，这种综合方法为葛根素在矽肺中的抗纤维化作用提供了新的机制见解。

章节片段

材料与试剂

葛根素（目录编号HY-N0145，纯度≥98.92%）购自MedChemExpress（美国新泽西州蒙茅斯 Junction）。吡非尼酮（PFD，目录编号P8350，纯度≥99%）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。二氧化硅（纯度>99%，粒径0.5–10 μm）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。人支气管上皮细胞系BEAS-2B（产品编号STCC10202P）购自武汉Sevier生物技术有限公司。

SiO?诱导LECs的EMT

在本研究中，从GEO数据库（Aloe等人，2024年）检索了与矽肺相关的转录组数据集GSE264182。共鉴定出12,090个与矽肺相关的差异表达基因（DEGs）。火山图和热图显示，矽肺患者肺组织中的纤维化标志物COL1 A1和ECM1显著上调，而关键的EMT转录因子SNAI2显著下调（图1A-B）。随后的GSEA和

讨论

矽肺是一种典型的尘肺病，其特征是进行性肺纤维化（Komai等人，2019年）。传统上，这种疾病主要归因于SiO?颗粒对肺成纤维细胞的直接刺激和过量的ECM沉积（Jia等人，2025年）。然而，新兴的研究越来越多地表明，作为呼吸上皮屏障核心组成部分的LECs不仅仅是被动损伤的靶点，而且积极参与并驱动

结论

在本研究中，我们结合了网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和体外实验，以阐明葛根素对抗SiO?相关纤维化的潜在机制。网络药理学筛选确定了葛根素在矽肺中的关键治疗靶点。随后，分子对接和分子动力学模拟分析表明葛根素与NF-κB1具有稳定且高的结合亲和力。最后，体外实验证实了葛根素

CRediT作者贡献声明

文胜鹏：撰写——原始草稿。王凯：资源提供。王秋实：资源提供。刘志宏：撰写——审阅与编辑。

出版同意

不适用。

致谢与资助

作者衷心感谢所有提供技术支持的人士。本工作得到了宁夏自然科学基金（资助编号2024AAC03241和2025AAC030721）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。