基于网络药理学探讨三七治疗肝癌的作用机制.pdf

基于网络药理学探讨三七治疗肝癌的作用机制杨宝乐，王小娟，张书瑜，马 川，李进虎，黄 琼基金项目：国家自然科学基金项目（）；军队卫勤保障保障能力创新与生成专项计划项目（）作者单位：兰州，甘肃中医药大学药学院（杨宝乐、王小娟、马川）；兰州，联勤保障部队第九四医院医疗保障中心（张书瑜、李进虎、黄琼）作者简介：杨宝乐，硕士研究生。主要从事中药药效物质基础方向研究通讯作者：黄琼，：摘要 目的 基于网络药理学、分子对接技术探究三七干预肝癌的潜在作用靶点及机制。方法 采用网络药理学的方法，通过、筛选三七的活性成分；通过、获取三七活性成分的作用靶标；采用 软件对三七干预肝癌的成分与靶点进行可视化，得到药物 成分 靶点网络图，通过 网站构建蛋白相互作用（）网络，再用 软件对三七干预肝癌的靶点基因进行 功能富集和 通路富集分析，最后采用分子对接技术对所得结果进行验证。结果 根据生物利用度和类药性从三七成分中共筛选出 个有效成分和 个靶基因，中得到与肝癌相关靶基因 个，二者取交集得到 个三七干预肝癌有效靶点。经 功能富集分析发现的基因与细胞因子活性、转录因子活性、核受体活性等功能有关，且经 通路富集分析发现其与肿瘤、乙型肝炎、脂质和动脉粥样硬化等通路有关。分子对接结果发现，网络中排名前 位的活性成分与排名前 位的核心靶点蛋白可自发结合，且具有较强的结合活性。结论三七防治肝癌的核心靶点为、白细胞介素 等，其机制可能与 信号通路、信号通路等有关。关键词 三七；肝癌；网络药理学；分子对接；蛋白相互作用；功能富集；通路富集；信号通路中国图书资料分类号 文献标志码 文章编号（），；，；转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，网络药理学是目前中药学比较热门的研究方向，其是一种复合方法研究药理学的思想，结合了系统生物学以及统计学的知识。网络药理联合相关数据库构建药物 靶点 疾病之间的网络，分析药物的作用机制，将中药研究从“一个药物、一个靶标、一种疾病”的经典方法转变为“一个药物、多个靶标、一种疾病”的新兴方法，将传统的药理学研究由单个靶点转向复杂网络分析。同时，通过网络药理学分析可发现，同一疾病在不同发展阶段，可由不同的功能基因或功能蛋白调控；而部分功能蛋白可在多个疾病中起中枢调控作用，与中医药理论的“同病异治”和“异病同治”相似。肝癌是最常见的恶性肿瘤之一，发病率和病死率均较高。手术切除是治疗肝癌的主要方法，大部分患者确诊时已处于晚期，错失手术治疗的最佳时机，只能采用药物治疗。索拉非尼为临床治疗肝癌的一线药物，但长期应用也会产生耐药性和诸多不良反应。因此，探索肝癌的防治药物迫在眉睫。现有临床研究证明，传统中医药在改善患者症状、减少肿瘤复发、控制疾病进展方面效果显著。三七为五加科植物 （）的干燥根和根茎，性温，味甘苦，有止血止痛、活血化瘀的功效。现代药理学研究发现，三七具有镇静、镇痛、调节细胞免疫、抗炎、保肝、抗肿瘤等作用。本研究拟采用网络药理学方法探讨三七对肝癌的干预作用，并通过分子对接技术对所得结果进行验证。材料与方法 软件与数据库中药系统药理学数据库（）、数据库、中国期刊全文数据库、数据库、数据库、数据库、分析平台、数据库、数据库、数据库、等。三七有效成分和靶点筛选 数据库以系统药理学作为基本构架，通过文献和数据库联合整理得到中药所含化合物共 万多个，同时在药物选择评估方面，数据库提供的信息数据也比较详细，包括口服生物利用度（）、类药性（）、药物半衰期、血脑屏障通透性、小肠上皮通透性、溶解度、药物成药五原则等。通常情况下，口服 作为评价生物活性分子能否作为治疗的关键；而对药物特性及药动学进行优化时往往可以使用，一般情况下将 定为选择标准，以此来选择传统中药中“类药”化合物。所以，口服 和 可以用来评价化合物是否可发展成为药物。本研究中根据 、对三七所含化学成分进行过滤，并查询其对应的作用靶点基因。中肝癌相关基因下载 数据库整合了大概 个网络资源中的基因数据，是中医药各类试验常用数据库。在 网站中以“”作为关键词检索、筛选、下载与肝癌相关的靶点基因。三七对肝癌干预作用靶点分析将从 网站中得到的肝癌相关基因与三七成分靶点基因相映射，得到三七干预肝癌的靶点基因；运行 软件，对三七干预肝癌的药物 成分 靶点进行可视化；将靶点基因导入 网站，置信度设置为 ，构建蛋白质相互作用（）网络；利用 插件，根据 值过滤出 网络中的关键基因。三七对肝癌干预作用靶点富集分析将三七对肝癌干预作用靶点基因上传至数据库，进行 功能富集和 通路富集，用气泡图和柱状图对前 位结果进行可视化。三七干预肝癌作用 基因分子对接验证于 数据库中下载 蛋白的 结构作为受体。数据库中获得 网络中排名前 位化合物的二维结构，运用 转化为 结构，将其作为配体。运用 软件对蛋白受体、配文件进行蛋白质结构去水、加氢处理，然后转换为“”格式。运用 软件进行对接，选取对接结合能最低的构象用进行可视化。结果 三七对肝癌干预作用靶点筛选在 中，根据、从三七中得到有效成分共 个，分别为、（表），相关作用靶点 个。网站中得到与肝癌相关靶基因 个，二者取交集得到 个三七干预肝癌有效靶点。网络构建与核心基因筛选将三七干预肝癌作用靶点基因上传至 数据库得到三七干预肝癌靶点基因 网络图。应用 插件，根据 值筛选得到相互关联度最高的 个核心基因，分别是雄性激素受体转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，（）、基质金属蛋白酶（）、过氧化物酶体增殖物激活受体（）、白细胞介素（）、受体酪氨酸激酶（）、转录辅抑制因子（）、蛋白激酶（）、前列素内环氧化物合成酶 （）、转录因子亚单位（）、细胞间黏附分子（）、信号转换器和转录 激 活 器（）、核 因 子 抑 制 剂（）、白细胞介素（）、缺氧诱导因子 亚基（）、表皮生长因子（）、基序趋化因子配体（）、雌激素受体（）、基序趋化因子配体（）、细胞周期蛋白（）、转录因子（）、基质金属蛋白酶（）、血管内皮生长因子（）、丝裂原活化蛋白激酶（）、转录因子亚基（）、半 胱 氨 酸 天 冬 氨 酸 蛋 白 酶（）、亚单位（）、表皮生长因子受体（）、丝 氨 酸 苏 氨 酸 激 酶（）。三七干预肝癌作用靶点基因 功能富集分析结果三七干预肝癌作用靶点基因主要与以下功能有关：乙酰胆碱受体活性、丝氨酸水解酶活性、细胞核激素受体结合、类固醇激素受体活性、抗氧化活性、四吡咯结合、亚铁血红素结合、受体配体活性、肾上腺素能受体活性、聚合酶因子结合、核受体转录共激活因子活性、蛋白耦联胺受体活性、聚合酶特异性、细胞因子活性、激素受体结合、细胞受体因子结合、转录因子活性、直接配体调控序列特异性 结合、核受体活性。见图、。三七干预肝癌作用靶点基因 通路分析结果三七干预肝癌作用靶点基因主要富集在以下通路：信号通路、脂质和动脉粥样硬化、流体剪切应力和动脉粥样硬化、化学致癌物受体激活、膀胱癌、乙型肝炎、前列腺癌、肿瘤坏死因子信号通路、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染、丙型肝炎、胰腺炎、人类巨细胞病毒感染、信号通路、非小细胞肺癌、甲型流感、信号通路、肝细胞性肝癌、小细胞肺癌、化学致癌作用活性氧、内分泌阻力等。见图、。分子对接结果在分子对接中，结合能越小则表示对接效果越好，结合能 ，表明受体蛋白与配体可以自由结合；结合能 ，则表明受体与配体有很强结合活性。将 网络中排名前三的活性成分（、）与排名前三的核心靶点蛋白、依次进行分子对接，结果见图、。AKT1?JUN?IL-6-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0-6.5-7.0-7.5结合能/?(kcal/mol)quercetinStigmasterolDiop 为 丝氨酸 苏氨酸激酶，为 转录因子亚单位，为白细胞介素。图 三七活性成分与核心基因结合能 讨论 肝癌的发病率较高且研究较广，其诱发因素很多，但主要原因是肝炎病毒感染。目前肝癌的治疗方法有手术切除和肝脏移植，但大部分患者确诊时处于晚期，肿瘤细胞转移，手术无法解决根源问题。目前已经发现许多标志物与肝癌的发生发展具有密切的联系，但对有效治疗的靶点仍知之甚少。因此，未来仍需继续探讨肝癌潜在机制，为肝癌的治疗提供有效靶点。表 数据库中三七有效成分成分代码分子名中文名（）甘草黄素 人参皂苷 谷甾醇 亚油酸乙酯 邻苯二甲酸二异辛酯 豆甾醇 槲皮素 注：为生物利用度，为类药性。转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，图 三七干预肝癌靶点基因 功能富集柱状图图 三七干预肝癌靶点基因 功能富集气泡图图 三七干预肝癌靶点基因 通路富集柱状图转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，图 三七干预肝癌靶点基因 通路富集气泡图quercetin?AKT1quercetin?IL-6?quercetin?JUN?Stigmasterol?AKT1Stigmasterol?IL-6Stigmasterol?JUNDiop?AKT1Diop?IL-6Diop?JUN 为 丝氨酸 苏氨酸激酶，为白细胞介素，为 转录因子亚单位。图 蛋白相互作用网络中前三位活性成分和核心靶点蛋白与三七活性成分分子对接图 研究证实，三七中有效成分的综合作用优于单一化学类药物，我们通过对三七干预肝癌的主成分、主靶点和主通路进行分析，筛选出主要活性成分为槲皮 素、豆 甾 醇、谷 甾 醇、人 参 皂 苷 等。等研究发现，槲皮素具有抑制肝癌细胞增殖 的 作 用。研 究 表 明，槲 皮 素 可 通 过 阻 断 通路和 细胞外信号调节激酶 信号通路的表达，抑制肝癌细胞增殖，并促进其凋亡。等研究发现，谷甾醇可以抑制甲羟戊酸途径，激活 途径，调节 生长和凋亡过程。网络分析研究表明，三七干预肝癌的重要靶点是、等。为丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶，经 激活后产生磷酸化（）起到了促进肿瘤细胞增殖功能，为 信号通路的核心效应。异常激活表明了肿瘤细胞对凋亡的耐受及细胞的异常增殖。在糖尿病、心血管疾病，以及各种肿瘤中都可异常激活。田莉等研究发现，原发性肝癌的发生与 基因多态性有关。另有研究指出，阻止发挥作用可抑制肝癌 细胞增殖，可以说明 基因与肝癌的发生具有密切的关系。可以与其他细胞相结合产生蛋白质，进而促进机体转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，的免疫反应。在肝组织中，能促进肝细胞的再生，肝癌患者血清 水平显著升高。王安民等研究发现，能够介导 型细胞促进肝癌 细胞上皮间充质样改变。通过改变肝组织内的氧化还原反应和引发炎症反应改善肝细胞损伤。减少细胞凋亡的途径是切断 诱导，下调 诱导相关炎症基因表达。功能富集分析发现，三七防治肝癌的机制集中于调控凋亡信号通路；通过 通路富集分析发现，信号通路、信号通路是其较为关键的治疗通路。三七干预 信号通路的机制为减少 生成和 表达、减轻机体氧化应激反应、抑制相关炎症反应发生等。相关研究表明，信号通路在细胞增殖、分化、迁移、凋亡与肿瘤进展中都发挥了重要作用。分子对接结果提示，三七活性成分与肝癌治疗核心靶点均有较好的结合能。综上所述，通过网络药理学分析可得出三七的七种活性成分作用于 个蛋白靶点，其中槲皮素、豆甾醇、谷甾醇、人参皂苷 为三七防治肝癌的主 要 活 性 成 分，、为三七治疗肝癌的潜在靶点，通过、等信号通路改善肝癌患者症状。参考文献 任郭珉 基于文本挖掘的药用植物数据库的建立及网络药理学分析 北京：北京协和医学院中国医学科学院，朱明强，杨大帅，熊祥云，等 肝癌肝切除术后感染风险预测模型的建立与评价 临床肝胆病杂志，（）：，（），（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：孙晶 三七总皂苷抗肝癌活性的研究 长春：吉林大学，汝锦龙 中药系统药理学数据库和分析平台的构建和应用 咸阳：西北农林科技大学，：，（）：庄莉，翟园园，姚卫峰，等 基于网络药理学的二至丸对肾脏保护作用的机制研究 药学学报，（）：，（）：，：刘耀鸿，林宜圣，杨荣焕，等 仑伐替尼联合肝动脉化疗栓塞术对中晚期原发性肝癌患者近期疗效、淋巴细胞免疫功能及预后的影响 临床误诊误治，（）：，（），（）：，：，（）：，（）：（下转 页）转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，（）：，（）：，：，（）：，（）：韩淑霞，杨志娟，赵俊杰 宫颈癌和宫颈上皮内瘤变与血清肿瘤坏死因子受体的相关性分析 中华老年医学杂志，（）：严立祥 宫颈癌中性别决定区 框蛋白 和 表达关系及临床意义 中国妇幼保健，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：（收稿时间：修回时间：）（责任编辑：王金立）（上接 页），（）：，（）：田莉，谢惠芳，孙高峰 基因 位点基因多态性与原发性肝癌的病例对照研究 新疆医科大学学报，（）：，李一春，杨文军，陈艳 黄荆子木脂素 对人肝癌 细胞增殖 的 抑 制 作 用 及 对 蛋 白 激 酶、信号通路的影响 中国药房，（）：王安民，念家辉，方全，等 介导 型巨噬细胞促进肝癌 细胞上皮间充质样改变 右江民族医学院学报，（）：，：，：（）：，（）：，（）：（收稿时间：修回时间：）（责任编辑：苏晓娜）转化医学杂志 年 月 第 卷 第 期 ，