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槟榔碱对牙周炎的多维度解析:网络毒理学整合分子对接的探索
作者: 黄怡
单位: 暨南大学附属第一医院

摘要

本研究旨在综合利用网络毒理学与分子对接技术,系统揭示槟榔碱加重牙周炎的作用机制。通过筛选槟榔碱与牙周炎的共同作用靶点,构建蛋白互作网络以识别核心靶标,并利用基因富集分析阐释其关键的生物学通路。最后,通过分子对接技术验证槟榔碱与核心靶点之间的结合能力与模式,从而为阐明槟榔碱在牙周炎进展中的毒性作用提供理论依据。

本研究整合了多组学数据与计算生物学方法。首先,基于GEO数据库中的GSE16134数据集,通过差异表达分析与WGCNA筛选出牙周炎的核心疾病靶点;同时,利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据对牙周组织进行细胞分群,在细胞亚群水平上精准定位关键靶点的表达分布。继而,从SwissTargetPrediction、CTD及ChEMBL数据库预测槟榔碱的作用靶点,并与上述疾病靶点取交集,获得潜在的关键靶标。随后,对交集靶点进行了GO/KEGG富集分析、PPI网络构建,并采用机器学习算法进一步筛选核心生物标志物,评估其诊断效能并构建预测列线图。进而,结合单细胞注释与免疫浸润分析,深入探讨了槟榔碱对牙周炎免疫微环境及特定细胞亚群的潜在影响,并利用SHAP分析阐释了关键特征的贡献度。最后,对最终确定的枢纽靶点进行了分子对接与分子动力学模拟,从原子水平验证了槟榔碱与靶标结合的特异性与稳定性。

本研究成功鉴定出14个槟榔碱-牙周炎共同作用靶点。富集分析揭示这些靶点显著富集于IL-17信号通路、TNF信号通路等炎症与免疫相关通路。综合多种机器学习算法,进一步筛选出9个核心枢纽靶点(如HPGD)。免疫浸润分析表明,槟榔碱可能通过影响浆细胞等免疫群体的浸润水平扰乱牙周免疫微环境。单细胞转录组分析在细胞亚群层面精准定位了核心靶点,发现其主要在肥大细胞和单核细胞中表达,提示了其细胞特异性机制。最终,通过分子对接与分子动力学模拟,从原子层面证实槟榔碱与关键靶点(如HPGD)之间具备稳定的结合构象与优异的结合自由能,有力支撑了其相互作用的可能性与稳定性。

本研究通过多维度整合分析,系统揭示了槟榔碱通过影响免疫微环境、干预关键信号通路,从而加剧牙周炎的潜在分子机制。HPGD等核心靶点的发现及其在髓系细胞等细胞中的特异性表达,为阐释槟榔碱的细胞特异性毒性提供了新见解。分子模拟结果从原子层面为槟榔碱与靶点的直接互作提供了理论依据。这些发现进一步揭示了咀嚼槟榔危害牙周健康的内在机制。


关键词: 槟榔碱、牙周炎、网络毒理学、单细胞RNA测序、分子对接模拟
来源:中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第19次口腔修复学学术会议