王 偉

(天津市靜海區(qū)醫(yī)院藥劑科，天津 301600)

黃芪是臨床上常用的一味中藥，主要生長于我國北方地區(qū)如華北北部、東北等，黃芪的生物有效成分主要為黃芪甲苷，具有抗菌消炎、解毒等功效[1-2]，近年來相關(guān)研究還顯示黃芪同樣具有抑制腫瘤細胞分裂增殖的作用[3]。關(guān)于黃芪抗腫瘤分子機制及蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)并不是十分清楚[4]。因此，本研究采用生物信息學(xué)分析方法探討中藥黃芪抗腫瘤作用的藥理學(xué)基礎(chǔ)及其相互作用基因網(wǎng)絡(luò)，為黃芪的臨床應(yīng)用提供更為科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源：檢索策略ETCM[5]中對中藥黃芪進行檢索，分析其主要化學(xué)成分、歸經(jīng)、治療適應(yīng)證。檢索詞為：黃芪；檢索限制條件為：中草藥。

1.2生物學(xué)功能及信號通路分析：David(https://david.ncifcrf.gov/)、KEGG(https://www.genome.jp/kegg/pathway.html)數(shù)據(jù)庫中對黃芪及抑制腫瘤相關(guān)基因進行相關(guān)生物學(xué)功能富集，同時在STRING數(shù)據(jù)庫(http://string-db.org/cgi/input.pl)[6]中對進行相關(guān)蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，構(gòu)建條件為置信度不低于0.4。

1.3蛋白網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵基因表達與主要腫瘤預(yù)后關(guān)系：根據(jù)黃芪相關(guān)基因蛋白網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因mRNA表達水平將腫瘤患者分為高、低表達組，Cox回歸模型log-rank檢驗比較高低表達組腫瘤患者總生存期有無差異，并計算風(fēng)險比(Hazard ratio，HR)。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析：黃芪相關(guān)基因、蛋白網(wǎng)絡(luò)等采用在線軟件分析，關(guān)鍵基因篩選采用cytocscape進行，并計算整個蛋白網(wǎng)絡(luò)中的前3個關(guān)鍵基因，生存數(shù)據(jù)采用風(fēng)險比例模型，并進行l(wèi)og-rank檢驗，計算風(fēng)險比HR，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1黃芪相關(guān)抗腫瘤關(guān)鍵基因及相互作用蛋白網(wǎng)絡(luò)(PPI)：ETCM數(shù)據(jù)庫顯示，黃芪對多種實體科學(xué)腫瘤有抑制作用。PPI中存在21個蛋白節(jié)點，184個作用關(guān)系， Cluster為0.92，富集顯著 (P<0.05)。見圖1。網(wǎng)絡(luò)中核心基因包括POLR2A，POLR2D及POLR2G。

圖1 黃芪生物學(xué)功能相關(guān)基因蛋白網(wǎng)絡(luò)

2.2黃芪相關(guān)基因生物學(xué)功能及信號通路富集：黃芪相關(guān)基因生物學(xué)過程(BP)：主要富集于谷氨酰胺代謝；細胞成分(CC)與谷氨酸代謝復(fù)合體、分子功能與氨基酸代謝有關(guān)。見圖2；KEGG通路主要與代謝條件及TP53通路有關(guān)。見圖3。

圖2 GO對黃芪相關(guān)基因功能富集

圖3 KEGG對黃芪相關(guān)基因信號通路進行富集

2.3黃芪關(guān)鍵基因表達水平與主要腫瘤生存期：黃芪抑制關(guān)鍵基因與宮頸癌、非小細胞肺癌、乳腺癌和胃癌生存曲線見圖4。

圖4 黃芪抗腫瘤信號通路中關(guān)鍵基因與常見腫瘤預(yù)后關(guān)系生存曲線

3 討論

黃芪具有排水、愈合傷口、化膿、升中、解除障礙、排毒等藥理功能[7-9]，主要生長于我國山西、黑龍江等地區(qū)[10-11]，相關(guān)醫(yī)學(xué)古籍認(rèn)為黃芪為“補藥之長”，迄今為止，在黃芪中已鑒定出200多種化合物包括皂甙、多糖、類黃酮等。黃芪化學(xué)成分的多樣性是其廣泛藥理作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。文獻報道黃芪具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用，在細胞模型中，黃芪甲苷可抑制宮頸癌的侵襲，通過調(diào)節(jié)宮頸癌細胞表面的各種蛋白質(zhì)誘導(dǎo)自噬。此外，一項關(guān)于骨髓瘤的研究表明黃芪皂甙具有時間和濃度依賴性的抗細胞存活和增殖作用[12]，另有研究表明黃芪多糖抑制卵巢癌的增殖和轉(zhuǎn)移[13]。然而，關(guān)于黃芪對腫瘤細胞或細胞因子的影響及其可能分子機制的研究鮮有報道。黃芪的抗腫瘤機制包括：①提高機體免疫力，細胞免疫監(jiān)視功能減低有關(guān)[14]，黃芪可活化T細胞核NK細胞，從而達到抗腫瘤的效果[15]。②誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，黃芪有效成分與腫瘤細胞共培養(yǎng)，能夠明顯促進腫瘤細胞的凋亡，抑制增殖[16-17]。

在本研究中采用生物信息學(xué)方法探討了中藥黃芪抗腫瘤作用的藥理學(xué)基礎(chǔ)及其相互作用基因網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果提示黃芪可能通過對多個基因進行調(diào)控從而達到抗腫瘤作用。本研究結(jié)論主要依據(jù)生物信息分析結(jié)果，后續(xù)應(yīng)進行體內(nèi)外細胞試驗，從分子層面證實黃芪的抗腫瘤功效。