2025年3月,来自江西中医药大学的李斌团队以及中国科学院化学研究所的聂宗秀团队在《Analytical Chemistry》杂志上发表了文章“Study on the Material Basis and Mechanisms of Achyrocline satureioides in the Treatment of Nonsmall Cell Lung Cancer Based on Network Pharmacology and Spatial Metabolomics”,该研究通过网络药理学结合质谱成像技术阐明了A. satureioides治疗非小细胞肺癌的代谢机制,为中草药治疗癌症提供了新的见解。
研究背景:
肺癌是全球癌症死亡的主要原因,其中非小细胞肺癌(NSCLC)占80-85%;传统草药及其活性成分对NSCLC具有治疗或辅助作用,但多成分、多靶点的复杂性限制了其机制解析。有研究表明菊科植物Achyrocline satureioides的乙醇提取物具有显著的抗癌作用,然而,A. satureioides中负责抗 NSCLC 活性的具体成分尚未确定,其作用机制仍不清楚。网络药理学能够预测多成分-多靶点作用,但依赖计算预测,需实验验证;而空间代谢组学则能够很好的揭示肿瘤微环境代谢重编程 。该研究首次整合网络药理学与空间代谢组学,采用基质辅助激光解吸/电离质谱成像(MALDI-MSI),系统性解析A. satureioides抗NSCLC的物质基础。
研究思路:
该研究的整体流程如下:1. 制备提取物→ 2. 体外实验(细胞活力/迁移)→ 3. 细胞代谢组学研究 → 4. 网络药理学筛选核心成分及靶点 → 5. 槲皮素体内验证 → 6. 空间代谢组学(MALDI-MSI)分析→ 7. 机制整合:代谢通路调控

研究结果:
1. ASM 对非小细胞肺癌具有显著的抑制作用
A. satureioides的甲醇提取物(ASM)和乙酸乙酯提取物(ASE)处理A549细胞后,细胞活力呈浓度依赖性降低。ASM的 IC50(133.6 ± 10.0 μg/mL)显著低于ASE(432.1 ± 64.3 μg/mL)。划痕实验显示,仅用低浓度ASM(50 μg/mL)即可显著抑制细胞迁移。结果表明,ASM对NSCLC的抑制作用优于ASE,因此后续聚焦于ASM研究。

为了研究 ASM 抗非小细胞肺癌作用的机制,研究者进行了细胞代谢组学分析。正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)显示,在用 ASM 处理后,A549 细胞发生了显著的代谢变化。根据倍数变化(FC)和 p 值标准(FC ≥ 2,p < 0.05),共观察到32种显著差异代谢物,其中16种表现出显著上调,16种表现出下调。对差异代谢物进行了 KEGG 通路富集分析,发现它们主要参与精氨酸生物合成、烟酸和烟酰胺代谢、组氨酸代谢、醚脂代谢、泛酸和辅酶 A 生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及甘油磷脂代谢等通路。

为了进一步阐明 ASM 的活性成分和负责治疗 NSCLC 的目标蛋白,研究者使用了 UPLC/Fusion Lumos Orbitrap MS 和网络药理学分析。在ASM中共鉴定出69种化合物,对其进行网络药理学分析明确了ASM抗NSCLS的六种核心成分。网络药理学分析结果显示ASM通过调控10个关键靶蛋白(HSP90AA1、AKT1、EGFR、STAT3、BCL2、CCND1、HIF1A、JUN、ESR1 和 GAPDH)发挥抗 NSCLC 作用。分子对接证实这些成分与靶蛋白稳定结合,而整合分析进一步揭示了其通过调控 11 种代谢物、57 个相关基因及 7 条代谢通路的协同作用机制,展现了 ASM 多成分-多靶点-多通路治疗 NSCLC 的综合效应。

ASM的六种活性成分中槲皮素含量最丰富,因此研究者提出它在抗NSCLC中起着重要作用,并对此进行了体内验证。与对照组相比,治疗组肿瘤生长缓慢,大小和重量显著减少(P<0.01),肿瘤坏死因子水平显著下降。H&E 染色图像显示治疗组的肿瘤细胞呈弥漫分布,细胞缩小和死亡,边界不清晰,同时心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏的组织学分析显示,对照组和槲皮素处理组之间没有显著差异。表明槲皮素能够抑制肿瘤生长,在体内具有显著的抗肺癌作用,且对正常组织没有不良反应。

为了阐明槲皮素抗非小细胞肺癌的机制,作者研究了治疗后肿瘤内源性代谢物的变化。比较对照组与槲皮素处理组的代谢轨迹,OPLS-DA结果显示两组完全分离,使用 FC 和 p 值(FC > 1.5 或 FC < 0.67;p < 0.05)构建火山图,揭示了治疗组中 51 个显著改变的代谢物并展示于热图中,其中 19 个上调,32 个下调。KEGG 通路富集分析可视化 20 个通路,其中相关性最强的前五个通路包括组氨酸代谢、泛酸和辅酶 A 生物合成、β-丙氨酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,以及抗坏血酸和醛二酸代谢。

根据MALDI-MSI结果,研究者提出槲皮素通过调控TCA循环关键代谢物(如降低苹果酸、琥珀酸及天冬氨酸水平)及血清素代谢抑制肿瘤生长,同时上调尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-葡萄糖)水平阻碍肺癌转移和复发。代谢组学分析揭示槲皮素通过蛋白互作网络(PPI)作用于低氧诱导因子(HIF1A),并通过影响谷氨酰胺酶(GLS)降低谷氨酸转化水平,进而降低辅酶A合成,导致TCA循环活性减弱和脂代谢紊乱(磷脂(PE)、鞘磷脂(PA)和甘油磷脂水平上调),最终通过多靶点协同抑制NSCLC进展。

研究结论:
该研究通过体外实验验证了 A. satureioides 抗NSCLC的作用,并利用细胞代谢组学分析了 ASM 的抗 NSCLC 机制。通过网络药理学结合MALDI-MSI技术,从理论和实践两个角度对 A. satureioides 进行研究,突出了其主要成分槲皮素靶向肿瘤代谢的潜在治疗作用。
参考文献:
SHEN D, MIN J, CHEN J, et al. 2025. Study on the Material Basis and Mechanisms of Achyrocline satureioides in the Treatment of Nonsmall Cell Lung Cancer Based on Network Pharmacology and Spatial Metabolomics. Analytical Chemistry [J], 97: 5688-5697.
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c06682
DOI:10.1021/acs.analchem.4c06682