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        基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌的作用機(jī)制

        2022-05-22 06:33:04華雯高鴻彬
        世界中醫(yī)藥 2022年5期
        關(guān)鍵詞:肝癌數(shù)據(jù)庫(kù)信號(hào)

        華雯 高鴻彬

        摘要 目的:采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法篩選三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌的作用靶點(diǎn)以及相關(guān)信號(hào)通路,明確治療肝癌的作用機(jī)制。方法:通過(guò)中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(TCMSP)篩選出三棱、莪術(shù)的有效藥物成分及作用靶點(diǎn),構(gòu)建有效成分-靶點(diǎn)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)。從OMIM、DrugBank、TTD數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與肝癌相關(guān)的疾病靶點(diǎn),并通過(guò)R語(yǔ)言軟件分析獲得三棱-莪術(shù)成分與肝癌的交集靶點(diǎn)。應(yīng)用Cytoscape 3.2.1軟件繪制成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),并運(yùn)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基因本體(GO)富集分析和京都基因和基因組百科全書(KEGG)通路富集分析。結(jié)果:共篩選出三棱-莪術(shù)藥對(duì)與肝癌的相對(duì)應(yīng)作用靶點(diǎn)共31個(gè)。共涉及與肝癌相關(guān)的GO分析125條,主要包括分子功能、生物過(guò)程、細(xì)胞組分3個(gè)方面。KEGG通路82條,主要從一氧化氮生物合成過(guò)程的正調(diào)控、細(xì)胞對(duì)脂多糖的反應(yīng)、RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控等多處通路治療肝癌。結(jié)論:本研究初步驗(yàn)證了三棱-莪術(shù)藥對(duì)通過(guò)腫瘤壞死因子信號(hào)通路、RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控、類固醇激素介導(dǎo)的信號(hào)通路等治療肝癌。本研究表明三棱-莪術(shù)藥對(duì)具有多成分、多靶點(diǎn)的特點(diǎn),其作用機(jī)制多樣,對(duì)進(jìn)一步研究肝癌的治療提供了參考。

        關(guān)鍵詞 三棱-莪術(shù)藥對(duì);肝癌;網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);中藥;成分;靶點(diǎn);通路;作用機(jī)制

        Discussion on the Mechanism of Action of Rhizoma Sparganii-rhizoma Curcumae Drug Pair on the Treatment of Liver Cancer Based on Network Pharmacology

        HUA Wen,GAO Hongbin

        (Baoshan Branch of Renji Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200444,China)

        Abstract Objective:To screen out the action targets and related signal pathways of Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair on the treatment of liver cancer by means of network pharmacology,and to clarify the mechanism of action in the treatment of liver cancer.Methods:The effective ingredients and targets of Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair were screened out through the Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform(TCMSP),and the effective ingredient-target Protein-protein Interaction(PPI) network was constructed.We retrieved disease targets related to liver cancer from OMIM,DrugBank,and TTD databases,and used R language software analysis to obtain the intersection target of the Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair component and liver cancer.Cytoscape 3.2. software was used to draw the component-target network,and the DAVID database was used for Gene Ontology(GO) enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG) pathway analysis.Results:A total of 3 targets of Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair turmeric medicine against liver cancer were screened.A total of 125 GO analyses related to liver cancer were involved,including 3 aspects:molecular function,biological process,and cell composition.There were 82 KEGG pathways,mainly from the positive regulation of nitric oxide biosynthesis,the cell′s response to lipopolysaccharide,and the positive regulation of RNA polymerase Ⅱ promoter transcription to treat liver cancer.Conclusion:This study preliminarily verified the treatment of liver cancer by Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair through the tumor necrosis factor signaling pathway,the positive regulation of RNA polymerase Ⅱ promoter transcription,and the steroid hormone-mediated signaling pathway.This study shows that the Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair has the characteristics of multiple components and multiple targets,and its mechanism of action is diverse,which provides a reference for further research on the treatment of liver cancer.

        Keywords Rhizoma Sparganii-Rhizoma Curcumae drug pair; Liver cancer; Network pharmacology; Chinese medicinal; Composition; Target; Pathway; Mechanism of action

        中圖分類號(hào):R285文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.3969/j.issn.1673-7202.2022.05.015

        目前,原發(fā)性肝癌在我國(guó)非常常見(jiàn),近幾年增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸加快,每年造成30余萬(wàn)人死亡,成為我國(guó)腫瘤致死的第2大“元兇”,對(duì)人民的生命和健康安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅[1-2]。中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶,為中國(guó)人民的健康保駕護(hù)航幾千年,中醫(yī)藥治療可改善患者癥狀,增強(qiáng)機(jī)體免疫力,扶正祛邪,并可有效減輕西醫(yī)藥物化療后的不良反應(yīng),從而提高患者的生命質(zhì)量[3]。肝癌在中醫(yī)上主要屬于“癥瘕”“積聚”等范疇,在治療上針對(duì)“癥瘕”“積聚”等瘀血阻滯病機(jī)多采用活血化瘀療法[4]。中藥三棱破血逐瘀,莪術(shù)活血行氣,二者配伍活血化瘀消癥,相得益彰。

        《日華子本草》曰:“三棱治婦人血脈不調(diào),心腹痛,落腰消惡血,補(bǔ)勞?!彼幚硌芯孔C實(shí)三棱不但具有抗血栓的功效,還有溶栓的功效。莪術(shù)首載于《藥性論》,其曰“莪術(shù)能治女子血?dú)庑耐矗起珩崩錃狻薄,F(xiàn)代藥理研究證實(shí)莪術(shù)揮發(fā)油具有殺死癌細(xì)胞的作用,莪術(shù)醇有抑瘤作用,還可以抗血栓[5-6]。三棱-莪術(shù)對(duì)于肝癌的治療作用盡管得到諸多臨床案例驗(yàn)證,但目前現(xiàn)代藥理學(xué)對(duì)中藥三棱、莪術(shù)治療肝癌的相關(guān)作用機(jī)制研究仍不明確,尤其是在分子作用層面,故運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法,依據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù),研究分析三棱-莪術(shù)有效成分在治療肝癌方面的機(jī)制,從而為臨床應(yīng)用三棱-莪術(shù)治療肝癌以及后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)。

        資料與方法

        1. 藥物成分的篩選和收集

        三棱-莪術(shù)成分和靶點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP)。在TCMSP網(wǎng)站中查詢可以得到當(dāng)三棱-莪術(shù)藥對(duì)的有效成分信息及其藥理學(xué)信息,通過(guò)藥對(duì)的吸收、分布、代謝及排泄(Absorption,Distribution,Metabolism and Excretion,ADME)特性,將口服生物利用度(Oral Bioavailability,OB)≥30%、類藥性(Drug Likeness,DL)≥0.18作為依據(jù)來(lái)篩選有效成分。利用獲取三棱-莪術(shù)藥對(duì)中篩選出的每個(gè)成分對(duì)應(yīng)的潛在靶點(diǎn)信息,利用Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)校正并將相關(guān)靶點(diǎn)轉(zhuǎn)換為基因[7]。同時(shí)運(yùn)用Cytoscape 3.2.1軟件構(gòu)建藥物有效成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖。

        1.2 疾病靶點(diǎn)獲取

        利用DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)、在線人類孟德?tīng)栠z傳數(shù)據(jù)庫(kù)(Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)數(shù)據(jù)庫(kù)、治療靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)(Therapeutic Target Database,TTD)數(shù)據(jù)庫(kù),檢索“l(fā)iver cancer”,獲取肝癌相關(guān)靶點(diǎn)成分,從而構(gòu)建肝癌相關(guān)靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

        1.3 藥物與疾病關(guān)聯(lián)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

        通過(guò)Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)獲取的靶點(diǎn)進(jìn)行校正,統(tǒng)一藥物有效成分和疾病靶點(diǎn)信息來(lái)源,取得交集的靶點(diǎn)即為三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌的作用靶點(diǎn)。利用String數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相互作用蛋白查詢及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(Protein-protein Interaction,PPI)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

        1.4 基因富集分析

        采用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)交集靶點(diǎn)進(jìn)行基因本體(Gene Ontology,GO)富集分析和京都基因和基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析。探究三棱-莪術(shù)藥對(duì)有效成分靶點(diǎn)通過(guò)參與生物進(jìn)程和調(diào)控信號(hào)通路來(lái)治療肝癌的分子作用機(jī)制。

        2 結(jié)果

        2. 三棱-莪術(shù)藥對(duì)活性成分的篩選和收集

        在TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索三棱-莪術(shù)藥對(duì)的所有成分,依據(jù)ADME參數(shù)中OB、DL、BBB條件進(jìn)行篩選,結(jié)果共篩選出49個(gè)化學(xué)成分,其中三棱有7個(gè)活性成分、莪術(shù)有42個(gè)活性成分,得到三棱-莪術(shù)藥對(duì)相應(yīng)靶點(diǎn)蛋白539個(gè)。將三棱-莪術(shù)成分及靶點(diǎn)導(dǎo)入Cytoscape 3.2.1軟件,繪制其活性成分及靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖1。圖中平均自由度為3.630,根據(jù)Degree值列出成分-靶點(diǎn)前15位。見(jiàn)表1。

        2.2 PPI網(wǎng)絡(luò)分析

        通過(guò)DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)以及OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與肝癌相關(guān)基因836個(gè)基因,與三棱-莪術(shù)藥對(duì)成分靶點(diǎn)進(jìn)行匹配,最終得到交集靶點(diǎn)31個(gè)。將31個(gè)交集靶點(diǎn)導(dǎo)入String數(shù)據(jù)庫(kù)獲取核心靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖2。

        2.3 GO富集分析

        將三棱-莪術(shù)藥對(duì)相關(guān)的31個(gè)靶點(diǎn)通過(guò)DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行GO富集及通路分析。在GO富集分析中獲得125條生物過(guò)程條目,根據(jù)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤率選取其中前10位進(jìn)行重點(diǎn)分析。其中分子功能條目3個(gè),細(xì)胞組分條目2個(gè),生物過(guò)程條目5個(gè)。見(jiàn)表2。

        2.4 KEGG通路富集分析

        為了進(jìn)一步研究三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌的分子作用機(jī)制,對(duì)31個(gè)核心靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG通路分析,并依據(jù)FDR<0.05的標(biāo)準(zhǔn)篩選出79條相關(guān)信號(hào)通路,如腫瘤壞死因子(TNF)信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路等,結(jié)果以氣泡圖直觀展示。見(jiàn)圖3。將TNF信號(hào)通路中所包含的基因直觀展示。見(jiàn)圖4。

        3 討論

        肝癌歸屬于中醫(yī)學(xué)中“鼓脹”“癥瘕”等范疇[8]?!毒霸廊珪吩唬骸叭?,善破積氣,逐瘀血,消飲食飽滿,氣滯腹痛,除痃癖癥瘕,積聚結(jié)塊?!逼淦蒲袣?,尤適用于肝癌等有形實(shí)邪積聚之癥瘕腫塊?!侗静萁?jīng)疏》載:“莪術(shù),味苦辛,入足厥陰肝經(jīng)氣分,能破氣中之血,主積聚諸氣,為最要之藥,與京三棱同用之良?!比廨g(shù)作為藥對(duì)同用或?qū)Ρ冗€記載于《本草新編》《醫(yī)學(xué)衷中參西錄》等醫(yī)學(xué)著作中。現(xiàn)代研究表明,三棱-莪術(shù)藥對(duì)在減緩細(xì)胞生長(zhǎng)周期中有一定作用,并可抑制腫瘤細(xì)胞的產(chǎn)生,通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而起到治療腫瘤的作用[9-11]。

        本研究發(fā)現(xiàn)三棱的主要成分為山柰酚、異硫氰酸、三棱酸等,莪術(shù)的主要成分為1,7,7-三甲基雙環(huán)[2.2.1]庚烷-2-醇、八醛、3-(4-甲氧基苯基)丙烯酸乙酯等,治療肝癌的關(guān)鍵靶點(diǎn)為AKT1、TNF、IL6、ESR1、PTGS2等。超過(guò)90%的原發(fā)性肝癌為肝細(xì)胞癌(Hepatocellular Carcinoma,HCC),HCC的預(yù)后較差。相關(guān)研究表明,PI3K/AKT/m TOR信號(hào)通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[12],并對(duì)重要抑癌基因p53的表達(dá)具有關(guān)鍵調(diào)控作用[13]。AKT是PI3K/AKT信號(hào)通路中極為重要的下游效應(yīng)分子,是連接作用于PI3K/AKT/m TOR信號(hào)通路的橋梁[14]。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,AKT包含AKT1、AKT2、AKT3 3種亞型,可介導(dǎo)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用[15]。陳晶[16]研究結(jié)果顯示作用于HCC細(xì)胞增殖和遷移的主要是AKT1,阻斷AKT1能有效抑制核因子κB的表達(dá),從而減緩肝癌的進(jìn)程。TNF是可以損傷腫瘤細(xì)胞,使其壞死的物質(zhì),其中TNF-α發(fā)揮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答、調(diào)控腫瘤組織血管系統(tǒng)、誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死等方面的功能,在肝癌的治療中具有重要的作用[17]。IL-6是一種炎癥介質(zhì),是一種單鏈糖蛋白,在免疫調(diào)節(jié)、炎癥及腫瘤發(fā)生方面具有廣泛的調(diào)控作用[18]。趙振雄[19]挖掘出癌旁成纖維細(xì)胞(Peri-tumor Fibroblasts,PTFs)促進(jìn)肝癌惡性特征的關(guān)鍵作用因子IL-6,利用RayBio Human Cytokine Antibody Array檢測(cè)顯示PTFs分泌量最大的細(xì)胞因子是IL-6,顯示IL-6通路在癌旁表達(dá)較癌組織高。PTGS2是參與合成PTG類物質(zhì)的一種酶,可參與炎癥、凋亡及調(diào)控腫瘤等多種生化過(guò)程[20-21]。

        GO富集分析和KEGG通路分析表明,TNF信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路是三棱-莪術(shù)藥對(duì)主要的作用通路,通過(guò)對(duì)一氧化氮生物合成過(guò)程的正調(diào)控、RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控、干預(yù)類固醇激素受體活性及信號(hào)通路,從而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)等起到抑制腫瘤的作用。Toll樣受體4(TLR4)在全身各組織細(xì)胞中廣泛表達(dá)[22],TLR4在肝癌細(xì)胞株Hep3B中高表達(dá),其增殖能力隨TLR4被干擾受到明顯抑制,且TLR4于膜表面表達(dá)情況與外周血內(nèi)毒素水平正相關(guān),而內(nèi)毒素對(duì)肝癌的發(fā)展起到促進(jìn)作用,提示TLR4與腫瘤細(xì)胞增殖相關(guān)[23]。蘇純潔等[24]采用免疫組織化學(xué)染色法檢測(cè)90例肝癌組織中缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的表達(dá),結(jié)果顯示HIF-1α信號(hào)通路激活是導(dǎo)致肝癌組織中PD-L1表達(dá)升高的原因之一。

        綜上所述,本研究綜合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)及文獻(xiàn)報(bào)道,初步驗(yàn)證了三棱-莪術(shù)藥對(duì)通過(guò)腫瘤壞死因子信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路,通過(guò)對(duì)一氧化氮生物合成過(guò)程的正調(diào)控和RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控,干預(yù)類固醇激素受體活性及信號(hào)通路,介導(dǎo)炎癥反應(yīng)等發(fā)揮抗腫瘤生物學(xué)作用,表明三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌是多成分、多靶點(diǎn)、多通路。本研究通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)闡明三棱-莪術(shù)藥對(duì)治療肝癌可能的靶點(diǎn)和分子機(jī)制,為臨床治療肝癌提供客觀依據(jù)。

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        (2020-09-17收稿 本文編輯:楊覺(jué)雄)

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