發(fā)布時(shí)間：2022-05-11所屬分類：醫(yī)學(xué)職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要: 目的: 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法探討馬齒莧藥理作用的分子機(jī)制。方法: 以馬齒莧為檢索詞，在中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺(tái)進(jìn)行檢索，根據(jù)口服生物利用度及類藥性參數(shù)查找有效成分及其靶基因，構(gòu)建有效成分 - 靶點(diǎn)基因網(wǎng)絡(luò)作用圖; 構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用( protein - pr
摘要: 目的: 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法探討馬齒莧藥理作用的分子機(jī)制。方法: 以“馬齒莧”為檢索詞，在中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺(tái)進(jìn)行檢索，根據(jù)口服生物利用度及類藥性參數(shù)查找有效成分及其靶基因，構(gòu)建有效成分 - 靶點(diǎn)基因網(wǎng)絡(luò)作用圖; 構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用( protein - protein interation，PPI) 網(wǎng)絡(luò)圖，篩選出相互作用的核心靶點(diǎn)并對(duì)其作用靶點(diǎn)進(jìn)行 GO 富集分析和 KEGG 通路富集分析，明確馬齒莧具體的作用分子機(jī)制。結(jié)果: 共篩選出 10 種馬齒莧的有效成分、221 個(gè)靶點(diǎn)蛋白，靶蛋白 PPI 網(wǎng)絡(luò)中其中的核心靶點(diǎn)蛋白包括 AKT1、ALB、白細(xì)胞介素 - 6( interleukin - 6，IL - 6) 等。富集分析發(fā)現(xiàn)馬齒莧作用的靶點(diǎn)蛋白多分布于神經(jīng)突觸后膜、細(xì)胞質(zhì)的核周區(qū)域及細(xì)胞外基質(zhì)等區(qū)域、分子功能涉及蛋白質(zhì)同源二聚體激活、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合等; 生物過程富集于對(duì)有機(jī)環(huán)狀化合物及有毒物質(zhì)的反應(yīng)等; 生物通路包括多條癌癥通路、乙型肝炎通路及動(dòng)脈粥樣硬化通路。結(jié)論: 馬齒莧在抗癌、心血管等方面有潛在的藥理作用。
關(guān)鍵詞: 馬齒莧; 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué); 藥理作用
馬齒莧，又名長(zhǎng)壽菜，為常見的藥食同源的中藥，來源廣，應(yīng)用廣泛，內(nèi)服用于治療痢疾，有降糖、降脂等作用[1]，外用可以治療濕疹、扁平疣和尖銳濕疣等[2 - 3]。其性寒味酸，入大腸、肝、脾經(jīng)，有清熱解毒、消癰利尿之功效，適用于濕熱或熱毒所致的痢疾、癰腫和淋癥等[4]。有研究表明，其性寒滑利，清血分及大腸熱毒，為中醫(yī)臨床治痢疾的常用品，有 “痢疾克星”之稱[5]。《本草綱目》記載“散血消腫，利腸滑胎，解毒通淋，治產(chǎn)后虛汗”。中藥因其成分復(fù)雜，靶點(diǎn)眾多，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中藥藥理作用的分子作用機(jī)制有重要意義。
本研究通過收集整理馬齒莧的主要成分和作用靶點(diǎn)，構(gòu)建成分靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法分析馬齒莧藥理作用的分子機(jī)制，為尋找馬齒莧潛在的藥理作用提供了依據(jù)。
1 方法
1. 1 活性成分及靶標(biāo)蛋白的篩選 通過中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺(tái)( traditional Chinese medicine systems pharmacology data base and analysis platform，TCMSP) [6]( http: / /tcmspw. com /tcmsp. php) 檢索“馬 齒 莧”。口 服 生 物 利 用 度 ( oral availability， OB) ，即口服后藥物以原型形式進(jìn)入血液循環(huán)的相對(duì)量，是確定藥物生物活性，可作為藥物的關(guān)鍵指標(biāo)，篩選值≥30%。類似性( drug - likeness，DL) 是基于相似性原理，總體相似的分子應(yīng)具有相似的生物活性; DL≥0. 18，即“類藥物”化合物的選擇標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)活性成分在相關(guān)靶點(diǎn)中選出相應(yīng)的靶點(diǎn)蛋白名稱。
1. 2 靶蛋白的基因 symbol 確定及成分 - 靶基因網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 通過 UNIPROT [7]數(shù)據(jù)庫( https: / /www. uniprot. org /) 和 GENECARDS [8]( https: / /www. genecards. org /) 數(shù)據(jù)庫將靶點(diǎn)蛋白轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的 gene symbol，采用 Cytoscope3. 6. 0 軟件構(gòu)建成分 - 靶基因網(wǎng)絡(luò)圖。
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1. 3 構(gòu)建蛋白相互作用( protein - protein interation，PPI) 網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用 STRING[9]( https: / /string - db. org /) 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建相關(guān)靶蛋白的 PPI 網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)度值篩選核心網(wǎng)絡(luò)作用圖。
1. 4 靶蛋白的富集分析 采用在線富集分析網(wǎng)站 Metascape [10]( https: / /metascape. org /gp /index. html) 對(duì)靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行 GO 富集分析和 KEGG 通路富集。
1. 5 實(shí)驗(yàn)流程圖 見圖 1。
2 結(jié)果
2. 1 活性化合物的篩選結(jié)果 從馬齒莧中共篩選出 10 種( 占 54 種化合物的 18. 52% ) 具有良好的口服生物利用度( OB≥30% ) 和類藥性( DL≥0. 18) 的化合物。見表 1。
2. 2 化合物 - 靶點(diǎn)相互作用網(wǎng)絡(luò) 共篩選出靶點(diǎn) 221 個(gè)蛋白基因。化合物 - 靶蛋白基因相互作用網(wǎng)絡(luò)圖，見圖 2。
2. 3 靶基因相互作用網(wǎng)絡(luò)( PPI 分析) 及高連接子圖篩選 將所有靶基因數(shù)據(jù)導(dǎo)入 STRING 數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行 PPI 分析，PPI 網(wǎng)絡(luò)圖共 212 個(gè)節(jié)點(diǎn)，3 898 條邊，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)度為 0. 808，聚集系數(shù)為 0. 585，PPI 富集 P < 0. 001，蛋白相互作用包括共表達(dá)、共現(xiàn)、融合、調(diào)控和注釋途徑等相互作用[11]。度值前 10 位節(jié)點(diǎn)的拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)，見表 2。蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)度值越大，表明該蛋白質(zhì)參與的相互作用越多，體現(xiàn)了該蛋白質(zhì)與周圍蛋白質(zhì)之間的直接聯(lián)系的能力更強(qiáng)，對(duì)于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的影響力就越大，該蛋白質(zhì)是關(guān)鍵蛋白質(zhì)的可能性越大[12]。度值最高的 AKT1 是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶之一，調(diào)節(jié)多種過程，包括代謝、增殖、細(xì)胞存活、生長(zhǎng)和血管生成[13 - 15]。ALB 為血漿白蛋白，在調(diào)節(jié)血漿膠體滲透壓中起到重要作用，并充當(dāng)多種內(nèi)源性分子及外源性藥物的載體蛋白[16]。白細(xì)胞介素 - 6( interleukin - 6，IL - 6) 參與炎癥反應(yīng)，在急性期參與 B 細(xì)胞活化[17]。TP53、 TNF、VEGFA、CASP3、JUN、MAPK8 均參與腫瘤的生成和壞死[18 - 23]。見圖 3。
2. 4 靶蛋白基因 GO 富集分析和 KEGG 富集分析 GO 富集分析和 KEGG 通絡(luò)富集均在 Metascape ( https: / /metascape. org /gp /index. html) 上完成，GO 富集分析包括生物過程( biological progress，BP) 、分子功能( molecular function，MF) 和細(xì)胞成分( cellular component，CC) 。選取顯著性前 20 位富集結(jié)果做氣泡圖，圖 4 為 BP 富集結(jié)果，圖 5 為 MF 富集結(jié)果，圖 6 為 CC 富集結(jié)果，圖 7 為 KEGG 通路富集結(jié)果。 MF 富集分析顯示了作用靶點(diǎn)多具有與配體激活的轉(zhuǎn)錄因子活性、核受體激活、類固醇激素受體激活、銨離子結(jié)合、神經(jīng)遞質(zhì)受體激活等分子功能，BP 富集分析主要包括對(duì)有機(jī)環(huán)狀化合物反應(yīng)過程、對(duì)有毒物質(zhì)反應(yīng)過程、對(duì)無機(jī)物的反應(yīng)過程等; CC 富集分析顯示這些靶點(diǎn)蛋白主要分布在突觸后膜、細(xì)胞質(zhì)核周區(qū)域、細(xì)胞外基質(zhì)等; 主要的通路包括癌癥通路、乙型肝炎通路、動(dòng)脈粥樣硬化通路等。說明馬齒莧作用范圍廣泛，通過多種途徑調(diào)節(jié)機(jī)體功能，包括腫瘤形成、乙型肝炎、動(dòng)脈粥樣硬化等。
顏色由綠到紅為 - log10 ( fdr) 范圍從小到大，- lg( fdr) 越大說明顯著性越強(qiáng)，fdr 為調(diào)整后 P 值，即 q 值) ，氣泡大小為富集的基因數(shù)目，縱坐標(biāo)為各個(gè)富集的名稱，橫坐標(biāo)為富集倍數(shù)。
3 討論
本研究通過對(duì)馬齒莧的有效成分進(jìn)行篩選，尋找靶點(diǎn)蛋白，轉(zhuǎn)換成靶點(diǎn)基因，靶基因相互作用和富集分析來研究馬齒莧藥理作用的分子機(jī)制。符合多靶點(diǎn)、多通路和多種分子機(jī)制共同作用的條件。有效成分的篩選僅僅從口服生物利用度和參數(shù)方面考慮，沒有考慮有效成分在馬齒莧中的含量濃度，可能會(huì)存在一定的誤差。
蛋白質(zhì)不能獨(dú)立執(zhí)行生物功能，而是通過相互作用以協(xié)作的方式完成生物功能，PPI 在生命活動(dòng)中起到核心作用。PPI 是互相作用的蛋白質(zhì)在物理上的接觸，形成蛋白質(zhì)復(fù)合物或短暫接觸后又發(fā)生了分離[24]。通過 PPI 網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)馬齒莧作用的主要蛋白 AKT1 參與炎癥、癌癥、糖尿病及心血管疾病等的發(fā)生發(fā)展。研究表明，AKT 信號(hào)通路在心肌肥厚和重塑中起著重要作用[25]。馬齒莧前 10 的作用靶點(diǎn)分子中除了 AKT1，IL - 6、TNF 也是炎癥反應(yīng) 中重要的細(xì)胞因子。IL - 6 是細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)中重要成員，在急性炎癥反應(yīng)中處于中心地位，可誘導(dǎo)產(chǎn)生 C 反應(yīng)蛋白和降鈣素原生成，與炎性疾病及感染程度直接相關(guān)[26]。研究發(fā)現(xiàn)，馬齒莧可以抑制 IL - 6 表達(dá)，抑制潰瘍性結(jié)腸炎的癌變[27]。前 10 作用分子中其他靶點(diǎn)參與腫瘤發(fā)展、細(xì)胞分裂等。研究表明，馬齒莧中提取的多糖能提高小鼠的免疫功能，同時(shí)也可直接抑制腫瘤細(xì)胞分裂[28]。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬齒莧通過驅(qū)邪扶正作用起到抗病毒作用[29]。富集分析結(jié)果顯示了馬齒莧的靶蛋白多參與細(xì)胞分裂、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等生物過程。這些研究結(jié)果均與基因富集分析結(jié)果中靶基因蛋白所參與的多條癌癥通路及心血管疾病通路相對(duì)應(yīng)。有研究表明，馬齒莧提取液具有抗金黃色葡萄球菌、大 腸 桿 菌、酵 母 菌 等 作用[30]，本研究重點(diǎn)關(guān)注于馬齒莧在人體中潛在存在的靶點(diǎn)蛋白的作用，其他生物的靶點(diǎn)蛋白不在考慮范圍內(nèi)。
本研究?jī)H分析了馬齒莧的作用分子機(jī)制，沒有把相關(guān)疾病靶點(diǎn)映射到其作用靶點(diǎn)中，探討馬齒莧與某種疾病的關(guān)系。后續(xù)研究要注意把相關(guān)疾病與馬齒莧作用靶點(diǎn)相互映射，為中藥治療相關(guān)疾病的開發(fā)提供依據(jù)。——論文作者:張偉
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