近年来,机器学习与多组学整合策略正逐渐成为中医药机制研究的新范式。贯叶连翘(Hypericum perforatum)作为一种传统抗抑郁草药,虽在临床中显示出显著疗效,但其系统性的分子作用机制尚未完全阐明。一项发表于Chinese Medicine的研究,基于TCMSP数据库,通过整合转录组学、系统药理学、机器学习算法与分子对接,系统揭示了贯叶连翘在治疗重度抑郁症(MDD)中的多靶点作用机制,为其中医药现代化提供了重要科学依据。
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研究亮点:
1. 机器学习驱动关键靶点筛选,TCMSP数据验证结合活性
研究采用LASSO回归与SVM-RFE两种机器学习算法交叉验证,锁定5个关键靶点;进一步通过分子对接验证TCMSP中活性成分与关键靶点的结合能力,体现“数据库预测算法筛选实验验证”闭环研究逻辑。
2. 免疫细胞浸润分析揭示抑郁的免疫炎症机制
结合CIBERSORT免疫细胞反卷积分析,首次在血液样本中系统评估MDD患者免疫细胞组成变化,揭示中性粒细胞等免疫细胞在抑郁发生中的关键作用。
3. 多维度验证机制可靠性
通过分子对接、miRNA-mRNA调控网络、临床诊断模型(Nomogram+ROC)等多方法交叉验证,全面保障研究结论的生物学与临床意义。
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题目:
Identification of molecular targets of Hypericum perforatum in blood for major depressive disorder: a machine-learning pharmacological study
研究思路梳理:
本研究采用“差异表达+WGCNA模块分析+疾病数据库交叉+机器学习筛选+免疫分析+分子对接”的系统策略,全面揭示贯叶连翘抗抑郁的分子机制。
主要结果:
1.差异基因与WGCNA模块识别潜在靶点
通过对GSE98793血液mRNA表达数据进行分析,共识别1954个差异基因,结合WGCNA筛选出933个MDD相关潜在靶点。
2.多数据库交叉确定关键通路
整合CTD、DisGeNET、GeneCards三大疾病数据库,获得982个MDD预测靶点;从TCMSP中获取275个贯叶连翘活性成分靶点。通过KEGG富集分析交叉得到13条关键通路,包括流体剪切应力与动脉粥样硬化、NOD样受体信号通路、C型凝集素受体信号通路等。
3.PPI网络与MCODE识别核心子网
构建76个潜在治疗靶点的PPI网络,通过Cytoscape插件MCODE进一步筛选出22个核心候选基因。
4.机器学习锁定5个关键靶点
采用LASSO与SVM-RFE两种机器学习算法交叉验证,最终确定AKT1、MAPK1、MYC、EGF、HSP90AA1为贯叶连翘治疗MDD的关键靶点。
5.关键靶点表达、相关性及功能富集分析
相关性热图揭示了五个关键靶点间的相互作用关系。表达分析显示,MAPK1与MYC在正常组中表达更高,而AKT1与HSP90AA1在MDD组中表达显著上调。GSEA分析进一步揭示了这些靶点与中性粒细胞胞外陷阱形成、尼古丁成瘾、突触小泡循环等通路密切相关。
6.免疫细胞分析揭示炎症机制
CIBERSORT分析显示,MDD患者中中性粒细胞、记忆B细胞比例显著降低,而CD8+T细胞、单核细胞比例升高,提示MDD存在免疫抑制与炎症失衡状态。关键靶点与免疫细胞的相关性分析进一步揭示其在免疫调控中的潜在作用。
7.miRNA-mRNA调控网络构建
基于6个miRNA数据库预测关键靶点的上游调控miRNA,构建调控网络,发现hsa-miR-1827可同时调控EGF与MYC,提示其在抑郁调控中的协同作用。
8.分子对接验证结合活性
选取贯叶连翘三种主要活性成分(槲皮素、山奈酚、木犀草素)与5个关键靶点进行分子对接。结果显示所有成分与靶点结合能均低于-5 kcal/mol,表明其具有良好的结合活性。
点评:
本研究充分发挥TCMSP数据库在中药成分筛选与靶点预测中的核心作用,通过机器学习驱动的多组学整合策略,系统揭示了贯叶连翘治疗重度抑郁症的分子靶点与作用机制,尤其突出了其在免疫炎症调控中的关键作用。研究不仅为贯叶连翘的临床应用提供了理论依据,也为中医药现代化研究提供了“数据驱动+算法验证+实验支撑”的可推广范式。
未来可进一步结合单细胞转录组、蛋白质组学等高维数据,深入解析靶点在不同细胞类型中的表达特征,并通过动物模型与类器官进行功能性验证,推动贯叶连翘向精准抗抑郁药物方向发展。
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