基于网络药理学、分子对接和量子化学虚拟筛选潜在抗骨关节炎海参活性肽及其机理*

doi:10.11978/2025011

Abstract

Abstract:

Osteoarthritis (OA) is a chronic degenerative joint disease characterized by the progressive loss of articular cartilage and the destruction of joint structures. This study investigates the potential role of sea cucumber peptides in combating OA. Potential bioactive peptides from sea cucumber protein were identified through computer simulations of gastrointestinal digestion and online database predictions. Using network pharmacology, molecular docking, and quantum chemical calculations, a sea cucumber peptide candidate (phenylalanine-aspartic acid-proline-valine-isoleucine-glutamic acid-glutamic acid-tyrosine-histidine-asparagine-glycine-phenylalanine, FDPVIEEYHNGF) with strong anti-OA activity was virtually screened. Further analysis suggests that this peptide may alleviate OA by modulating the IL-17 and TNF signaling pathways, inhibiting inflammation, collagen degradation, and the activity of matrix metalloproteinases (MMPs). The sea cucumber peptide may form hydrogen bonds with MMP9 and IL-17RA, potential core targets for OA, thereby influencing the related signaling pathways, reducing inflammation, intervening in extracellular matrix remodeling, and mitigating collagen degradation. This study provides new insights into the application of sea cucumber peptides as functional food ingredients in the development of therapeutic foods for OA.

Key words: sea cucumber peptides, osteoarthritis, network pharmacology, molecular docking, quantum chemistry

CLC Number:

R285

DUAN Ailing, LI Si, ZHAO Xiangtan, CHEN Hua, WAN Peng, CHEN Deke, CAI Bingna, PAN Jianyu. Virtual screening of potential anti-osteoarthritic peptides from sea cucumber and their mechanisms based on network pharmacology, molecular docking, and quantum chemistry calculation*[J].Journal of Tropical Oceanography, 2025, 44(6): 176-187.

Figures/Tables 9

Tab. 1

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Tab. 2

Fig. 4

Fig. 5

Tab. 3

Appendix Tab. 1

Predicted reactivity, anti-inflammatory activity, toxicity and allergenicity of 105 peptides"

肽序列	活性预测	抗炎活性预测	毒性预测	过敏性预测
MVSLVPCGF	0.732412	阴性 (0.09)	无毒性	低过敏性
QGMCLDVEGSDGSGNVGIY	0.522422	阴性 (0.11)	无毒性	低过敏性
SGGSYCNGQWVDVHT	0.515439	阴性 (0.15)	无毒性	低过敏性
AYHNTMRF	0.809287	阴性 (0.18)	无毒性	低过敏性
CANEDCTF	0.668399	阴性 (0.23)	无毒性	低过敏性
FTNDQF	0.561741	阴性 (0.26)	无毒性	低过敏性
SGDLLVW	0.687684	阴性 (0.26)	毒性	高过敏性
AVLCPPAK	0.575315	阴性 (0.3)	毒性	低过敏性
TW	0.814447	——————————	无毒性	低过敏性
GVIF	0.679797	阳性 (0.91)	无毒性	低过敏性
INHCIF	0.814483	阴性 (0.32)	无毒性	低过敏性
VF	0.815398	——————————	无毒性	低过敏性
TW	0.814447	——————————	无毒性	低过敏性
GVIF	0.679797	阳性 (0.91)	无毒性	低过敏性
LVPCG	0.555399	阳性 (0.97)	无毒性	低过敏性
NDHGF	0.73823	阳性 (0.97)	无毒性	低过敏性
LYG	0.571687	阳性 (0.98)	无毒性	低过敏性
SPGPY	0.834009	阳性(0.69)	无毒性	低过敏性
IF	0.949173	——————————	无毒性	低过敏性
IG	0.501816	——————————	无毒性	低过敏性
LF	0.986934	——————————	无毒性	低过敏性
LL	0.618551	——————————	无毒性	低过敏性
LR	0.569984	——————————	无毒性	低过敏性
MR	0.849148	——————————	无毒性	低过敏性
IF	0.949173	——————————	无毒性	低过敏性
TRGCMWQ	0.562712	阴性 (0.33)	无毒性	低过敏性
SLADPAGR	0.560956	阴性 (0.34)	无毒性	低过敏性
LYPEIPSSQRWRL	0.73744	阴性 (0.36)	无毒性	低过敏性
LPGDNDQIPF	0.642526	阴性 (0.39)	无毒性	低过敏性
FAYDPSAQNKF	0.666363	阴性 (0.41)	无毒性	低过敏性
DDFPNF	0.927081	阴性 (0.42)	无毒性	低过敏性
PHMAKDKRFEEICTKMRL	0.767377	阴性 (0.47)	无毒性	低过敏性
CSCYPDWMAIPGSGCY	0.929117	阳性 (0.54)	毒性	高过敏性
FTSGGMARDFPDGRGIWHNDKKNFL	0.57984	阳性 (0.51)	无毒性	低过敏性
STW	0.608876	阳性 (0.52)	无毒性	低过敏性
SNTAPGCAPF	0.746688	阳性 (0.52)	无毒性	低过敏性
CSF	0.938752	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
FGS	0.848001	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
GAW	0.95923	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
GPELF	0.799842	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
NGQYYDYSGAPSIYWSYL	0.592428	阳性 (0.56)	无毒性	低过敏性
AAAHAEGDIGGMIALQPALNGGGINHCIF	0.530885	阳性 (0.56)	无毒性	低过敏性
GAY	0.546287	阳性 (0.58)	无毒性	低过敏性
QNW	0.769836	阳性 (0.58)	无毒性	低过敏性
MGGT	0.589573	阳性 (0.59)	无毒性	低过敏性
LVW	0.679093	阳性 (0.6)	无毒性	低过敏性
NGGG	0.630468	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
GMALSPHVCR	0.630588	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
PDQRF	0.818055	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
WTN	0.511211	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
LGR	0.620526	阳性 (0.63)	无毒性	低过敏性
APGDR	0.611329	阳性 (0.63)	无毒性	低过敏性
MQAIKCVVVGDGAVGKTCL	0.596152	阳性 (0.64)	无毒性	低过敏性
TGF	0.837013	阳性 (0.64)	无毒性	低过敏性
APR	0.649879	阳性 (0.65)	无毒性	低过敏性
FSPGPYG	0.903072	阳性 (0.65)	无毒性	低过敏性
MSGR	0.598963	阳性 (0.66)	无毒性	低过敏性
PEF	0.723457	阳性 (0.68)	无毒性	低过敏性
LPGDNDQIPF	0.642526	阴性 (0.39)	无毒性	低过敏性
FAYDPSAQNKF	0.666363	阴性 (0.41)	无毒性	低过敏性
DDFPNF	0.927081	阴性 (0.42)	无毒性	低过敏性
PHMAKDKRFEEICTKMRL	0.767377	阴性 (0.47)	无毒性	低过敏性
CSCYPDWMAIPGSGCY	0.929117	阳性 (0.54)	毒性	高过敏性
FTSGGMARDFPDGRGIWHNDKKNFL	0.57984	阳性 (0.51)	无毒性	低过敏性
STW	0.608876	阳性 (0.52)	无毒性	低过敏性
SNTAPGCAPF	0.746688	阳性 (0.52)	无毒性	低过敏性
CSF	0.938752	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
FGS	0.848001	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
GAW	0.95923	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
GPELF	0.799842	阳性 (0.55)	无毒性	低过敏性
NGQYYDYSGAPSIYWSYL	0.592428	阳性 (0.56)	无毒性	低过敏性
AAAHAEGDIGGMIALQPALNGGGINHCIF	0.530885	阳性 (0.56)	无毒性	低过敏性
GAY	0.546287	阳性 (0.58)	无毒性	低过敏性
QNW	0.769836	阳性 (0.58)	无毒性	低过敏性
MGGT	0.589573	阳性 (0.59)	无毒性	低过敏性
LVW	0.679093	阳性 (0.6)	无毒性	低过敏性
NGGG	0.630468	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
GMALSPHVCR	0.630588	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
PDQRF	0.818055	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
WTN	0.511211	阳性 (0.62)	无毒性	低过敏性
LGR	0.620526	阳性 (0.63)	无毒性	低过敏性
APGDR	0.611329	阳性 (0.63)	无毒性	低过敏性
MQAIKCVVVGDGAVGKTCL	0.596152	阳性 (0.64)	无毒性	低过敏性
TGF	0.837013	阳性 (0.64)	无毒性	低过敏性
APR	0.649879	阳性 (0.65)	无毒性	低过敏性
FSPGPYG	0.903072	阳性 (0.65)	无毒性	低过敏性
MSGR	0.598963	阳性 (0.66)	无毒性	低过敏性
PEF	0.723457	阳性 (0.68)	无毒性	低过敏性
PNF	0.937503	阳性 (0.7)	无毒性	低过敏性
DEAIRAVLCPPAKNKSKRSCQ	0.556741	阳性 (0.71)	无毒性	低过敏性
SCEDNLDQW	0.551231	阳性 (0.72)	无毒性	低过敏性
YGRL	0.758053	阳性 (0.72)	无毒性	低过敏性
DAW	0.81178	阳性 (0.73)	无毒性	低过敏性
STYDNDNDVYSINCASHSSYGRGAWWYKSCL	0.894838	阳性 (0.73)	无毒性	低过敏性
DQMW	0.873162	阳性 (0.74)	无毒性	低过敏性
FDPVIEEYHNGF	0.613992	阳性 (0.74)	无毒性	低过敏性
CNGQW	0.83143	阳性 (0.75)	无毒性	低过敏性
LQPAL	0.573567	阳性 (0.75)	无毒性	低过敏性
SDQQIIMCGDGTIRNEARNYC	0.771888	阳性 (0.76)	无毒性	低过敏性
CNGDY	0.565136	阳性 (0.77)	无毒性	低过敏性
KWVF	0.877281	阳性 (0.78)	无毒性	低过敏性
TSF	0.503464	阳性 (0.78)	无毒性	低过敏性
FAYDPAAQNKF	0.665849	阳性 (0.79)	无毒性	低过敏性
CGNDPNAHPDGY	0.545128	阳性 (0.82)	无毒性	低过敏性
FKCKL	0.73601	阳性 (0.82)	无毒性	低过敏性
VWNPQIIKCTRSNTAPGCAP	0.570157	阳性 (0.83)	无毒性	低过敏性
DFPDGR	0.836716	阳性 (0.85)	无毒性	低过敏性
HNGF	0.825278	阳性 (0.85)	无毒性	低过敏性
CSCYPDWMAIPGSGCYKYVDTPKT	0.744716	阳性 (0.86)	无毒性	低过敏性
DQW	0.7393	阳性 (0.87)	无毒性	低过敏性
GCMW	0.990831	阳性 (0.88)	无毒性	低过敏性
GIW	0.954702	阳性 (0.88)	无毒性	低过敏性
ERF	0.623648	阳性 (0.89)	无毒性	低过敏性
CDDLR	0.538337	阳性 (0.9)	无毒性	低过敏性
DSW	0.733247	阳性 (0.9)	无毒性	低过敏性
GGG	0.871626	阳性 (0.9)	无毒性	低过敏性
DCY	0.64835	阳性 (0.94)	无毒性	低过敏性
DDW	0.7639	阳性 (0.94)	无毒性	低过敏性
AF	0.973259	——————————	无毒性	低过敏性
AW	0.9669	——————————	无毒性	低过敏性
CF	0.99641	——————————	无毒性	低过敏性
DF	0.942412	——————————	无毒性	低过敏性
EF	0.598976	——————————	无毒性	低过敏性
FL	0.989567	——————————	无毒性	低过敏性
GF	0.994712	——————————	无毒性	低过敏性
GG	0.88736	——————————	无毒性	低过敏性
GH	0.530477	——————————	无毒性	低过敏性
GL	0.808777	——————————	无毒性	低过敏性
GR	0.766288	——————————	无毒性	低过敏性
GW	0.993164	——————————	无毒性	低过敏性
HF	0.950971	——————————	无毒性	低过敏性
IC	0.663199	——————————	无毒性	低过敏性
NF	0.941145	——————————	无毒性	低过敏性
RL	0.626352	——————————	无毒性	低过敏性
RR	0.565498	——————————	无毒性	低过敏性
SW	0.93391	——————————	无毒性	低过敏性
TF	0.826678	——————————	无毒性	低过敏性

Appendix Tab. 1

References 29

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UniProt检索号	蛋白检索名	蛋白名称	氨基酸总数	疏水性氨基酸比例	支链氨基酸比例
Q868M7	CEL3_CUCEC	Galactose/N-acetylgalactosamine-binding lectin CEL-III, Gal/GalNAc-binding lectin CEL-III, CEL-III, Hemolytic lectin CEL-III, Lectin CEL-III	442	55.66%	17.65%
A0A286QZ36	RAC1_STIJA	Ras-related protein Rac1, AjRac1	192	55.73%	23.44%
P80018	GLBC_MOLAR	Globin C, coelomic	159	55.35%	22.01%
P48557	H2B_HOLTU	Histone H2B	123	51.22%	15.45%
P15161	GLB1_PARCH	Globin-1, Globin I	158	55.70%	22.15%
P80017	GLBD_MOLAR	Globin D, coelomic	159	61.64%	12.58%
P21251	CALM_STIJA	Calmodulin, CaM	149	52.35%	16.11%
Q9XY07	KARG_STIJA	Arginine kinase, AK, EC:2.7.3.3	370	50.81%	19.73%
P62776	H4_HOLTU	Histone H4	103	85.44%	70.87%
P28766	SODM_APOCL	Superoxide dismutase [Mn], mitochondrial, EC:1.15.1.1	144	69.44%	20.14%
P14309	PHI0_HOLTU	Sperm-specific protein Phi-0	78	46.15%	6.41%
Q7M3Y0	SJL1_STIJA	Lectin 1, Stichopus japonicas lectin 1, SjL-1	143	60.84%	11.19%
P19477	FIBA_APOPA	Fibrinogen-like protein A, FREP-A	282	48.94%	16.67%

肽序列	对接结合能(kcal·mol^-1)
肽序列	MMP9(8K5Y)	IL-17RA(5N9B)
FDPVIEEYHNGF	-9.1	-7.0
KWVF	-8.4	-6.7
SPGPY	-8.1	-6.9
DDW	-7.9	-6.3
YGRL	-7.8	-6.6
LMWCP*	-7.8	-6.4
DFPDGR	-7.5	-6.6
GHSR	-7.3	-5.8
DAW	-7.2	-6.2
TW	-7.2	-6.7
GW	-7.1	-6.3
GROW	-6.7	-7.0
APGDR	-6.6	-6.0
APR	-6.6	-6.4
AW	-6.6	-6.2
LVW	-6.6	-6.3
FAYDPAAQNKF	-6.3	-8.0
GVIF	-6.3	-6.1
NDHGF	-6.3	-6.3
ERF	-6.1	-5.8
FL	-6.1	-5.5
RR	-6.1	-5.8
SCIIP*	-6.0	-5.3
NGQYYDYSGAPSIYWSYL	-5.7	-6.4
GR	-5.6	-5.0
EF	-5.5	-5.5

参数	KWVF	FDPVIEEYHNGF	SPGPY	LMWCP	SCIIP
E_HOMO/(kJ·mol^-1)	-0.00567	-0.06577	-0.00885	-0.02392	-0.03917
E_LUMO/(kJ·mol^-1)	-0.199	-0.2097	-0.22609	-0.20165	-0.21981
ΔE_HOMO-LUMO	0.19333	0.14393	0.21724	0.17773	0.18064
I=-E_HOMO	0.00567	0.06577	0.00885	0.02392	0.03917
A=-E_LUMO	0.199	0.2097	0.22609	0.20165	0.21981
χ=(I+A)/2	0.102335	0.137735	0.11747	0.112785	0.12949
μ=-(I+A)/2	-0.102335	-0.137735	-0.11747	-0.112785	-0.12949
η= (I-A)/2	0.096665	0.071965	-0.10862	-0.088865	-0.09032
S= 1/η	10.34500595	13.89564372	-9.20640766	-11.25302425	-11.07174491
ω= μ²/2η	0.05416879	0.131806644	-0.063520534	-0.071571801	-0.092823628

Virtual screening of potential anti-osteoarthritic peptides from sea cucumber and their mechanisms based on network pharmacology, molecular docking, and quantum chemistry calculation*

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