基于网络药理学及分子对接探究茵陈蒿汤治疗自身免疫性肝炎的作用机制.pdf
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1、基于网络药理学及分子对接探究茵陈蒿汤治疗自身免疫性肝炎的作用机制程新红1,王浩嘉1,2,王 勇1,雒 扬1,2,李 汛1,21 兰州大学 第一临床医学院,甘肃 兰州 730000;2 兰州大学第一医院 甘肃省生物治疗与再生医学重点实验室,甘肃 兰州 730000收稿日期:2023-05-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(81960293);甘肃省自然科学基金资助项目(20JR5RA368);兰州市城关区科技计划资助项目(2020XG47);中央高校基本科研业务费资助项目(lzujbky-2020-sp26);兰州大学(第26届)“政基金”资助项目(LZU-JZH2634)作者简介:李 汛
2、,男,主任医师,教授,博士研究生导师,博士,研究方向为外科学,e-mail:,通信作者摘要:目的目的 通过网络药理学的方法,探讨使用茵陈蒿汤治疗自身免疫性肝炎可能发挥作用的关键成分以及分子机制,并通过分子对接验证结果的可靠性。方法方法 使用TCMSP数据库筛选茵陈蒿汤有效化学成分和作用靶点,使用OMIN、DRUGBANK、Genecards和 DisgenNET数据库获得自身免疫性肝炎靶点。将获得的药物与疾病靶点标准化后,使用VENNY 2.1线上工具获取交集靶点,通过Cytoscape 3.7.1软件,构建茵陈蒿汤治疗自身免疫性肝炎有效成分靶点网络。将靶点的交集导入String,构建蛋白质相
3、互作用网络。借助Metascape数据库对靶点进行京都基因和基因组数据库、基因本体细胞成分、基因本体分子功能和基因本体生物过程富集分析。使用Autodock Vina软件对关键化学成分和核心靶点进行分子对接。结果结果 筛选得到茵陈蒿汤有效成分29个,其治疗自身免疫性肝炎的核心靶点分别是:白细胞介素-6、P53蛋白、肿瘤坏死因子、蛋白激酶B 亚型和白细胞介素-1。结论结论 茵陈蒿汤可能通过槲皮素、山柰酚等成分作用于白细胞介素-6、P53蛋白、肿瘤坏死因子、蛋白激酶B 亚型和白细胞介素-1靶点,进而影响肿瘤相关信号通路、核因子B信号通路、活性氧信号通路和趋化因子信号通路等多种相关信号通路治疗自身免
4、疫性肝炎,该研究为深入研究茵陈蒿汤治疗自身免疫性肝炎的机制提供理论依据。关键词:茵陈蒿汤;自身免疫性肝炎;网络药理学;分子对接中图分类号:R575.1文献标识码:Adoi:10.13885/j.issn.1000-2812.2023.08.002Mechanism of Yinchenhao decoction in treating autoimmunehepatitis based on network pharmacology andmolecular dockingCheng Xinhong1,Wang Haojia1,2,Wang Yong1,Luo Yang1,2,Li Xun1,
5、21 The First Clinical Medical School,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China;2 Key Laboratory of Biotherapyand Regenerative Medicine of Gansu Province,The First Hospital of Lanzhou University,Lanzhou 730000,ChinaAbstract:Objects To investigate the possible key components and molecular mechanisms of
6、Yinchenhao decoction in the treatment of autoimmune hepatitis through a network pharmacology approach,and to verify the reliability of the results through molecular docking.Methods The TCMSP database was used to screen the effective chemical components and targets of action of Yinchenhao decoction,a
7、nd the OMIN,DRUG-BANK,Genecards,and DisgenNET databases were used to obtain autoimmune hepatitis targets.After stan-dardizing the acquired drug and disease targets,intersecting targets were obtained using the VENNY 2.1 online tool.Afterward,the Cytoscape 3.7.1 software was used to construct an ingre
8、dient-Target network 文章编号:1000-2812(2023)08-0006-10第49卷 第8期2023年8月兰州大学学报(医 学 版)Journal of Lanzhou University(Medical Sciences)Vol.49 No.8Aug.2023自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)是一种累及肝实质的慢性自身免疫性疾病,病理学主要以门静脉和小叶毗邻处的交界性肝炎,以及肝组织玫瑰花结样改变为特征,并且伴有转氨酶升高和自身抗体阳性1。AIH可根据自身抗体分为 1 型和 2 型2,二者均常见于青年女性,其中80%的病例为1型,目
9、前亚太地区发病率呈上升趋势3。近年来,随着对 AIH研究逐渐增多和相关检验、检查手段的日趋成熟,AIH的确诊数量呈增加趋势。AIH的病因不明确且复杂,研究4认为AIH是由遗传易感性、环境触发因素和天然免疫系统衰竭共同作用导致,尽管具体机制尚不明确,但免疫受损已经被证实是导致AIH发生的重要因素5。AIH的临床症状可有多种表现,且缺乏特异性,轻症时可能无明显症状,重症时可出现急性、慢性肝衰竭6,因而临床诊断较为困难,须排除其他病因导致的肝病才可确诊。目前对AIH的治疗目标仍以实现疾病缓解和控制症状为主,皮质类固醇与硫唑嘌呤的长期维持是最常见的手段7,但对于重症 AIH的患者而言,激素和免疫抑制剂
10、治疗带来的益处有限6,且长期服用导致的副作用也使得患者的依从性不理想。中医整体观和辨证论治的思想在肝病治疗中有着独特的优势,传统中药治疗 AIH效果较好,且副作用较小,这也为临床治疗AIH提供了新的可能8。茵陈蒿汤出自张仲景著作伤寒论,包括栀子、大黄和茵陈三味中药,具有退黄解湿的功效,自唐宋以来便广泛用于治疗黄疸患者9。研究10汇总分析了中医药治疗AIH的医案,结果显示茵陈蒿汤是临床使用频率最高的方剂,这也说明茵陈蒿汤对AIH的治疗效果较好并得到了临床认可。中医方剂普遍由多种成分组成,并具有多靶点及协同作用的特点,目前茵陈蒿汤治疗AIH的有效成分及作用机制尚不明确。网络药理学的关键理论与中医治
11、疗的思想有很多共同点11,该方法有助于我们从系统的角度和分子水平上探究中医药多靶点与多疾病的关系。本研究旨在通过网络药理学的方法,探究茵陈蒿汤在治疗AIH过程中可能的关键成分以及分子机制,并通过分子对接验证结果的可靠性。1方法方法1.1 茵陈蒿汤有效成分及靶点获取在TCMSP数据库(https:/old.tcmsp- 30%、药物相似度 0.18作为条件筛选,获得茵陈蒿汤的有效化学成分。利用数据库中“Related Targets”功能获取有效成分的对应靶点。下载Uniprot数据库(https:/www.uniprot.org/)中智人物种的基因及蛋白信息,使用 Excel 中 VLOOKU
12、P 函数,将靶点名称标准化为基因名称。1.2 中药化合物靶点网络构建将茵陈蒿汤方剂所包含中药的有效化学成分,以及各成分所对应的靶点导入 Cytoscape 3.7.1软件,绘制中药化合物靶点网络。利用 Cyto-diagram for the treatment of autoimmune hepatitis with Yinchenhao decoction.The intersections of the targets were imported into the String to construct the protein-protein interaction network.We
13、 performed an enrich-ment analysis of targets based on Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,gene ontology-cellular compo-nent,gene ontology-molecular function and gene ontology-biological process by using the Metascape data-base,and the molecular docking of key chemical components and core target
14、s were performed by Autodock Vina software.Results A total of 29 effective components of Yinchenhao decoction were obtained,and the core targets of the autoimmune hepatitis treatment were interleukin-6,P53 protein,tumor necrosis factor,protein kinase B and interleukin-1.Conclusion In the treatment o
15、f autoimmune hepatitis with Yinchenhao decoction,two active components quercetin and kaempferol could regulate cancer-related signaling pathways,nuclear factor-B signaling pathway,reactive oxygen signaling pathway and chemokine signaling pathway by acting targets such as interleukin-6,P53 protein,tu
16、mor necrosis factor,protein kinase B and interleukin-1.This study provides a theoretical basis for research on the mechanism of Yinchenhao decoction in treating autoimmune hepatitis.Keywords:Yinchenhao decoction;autoimmune hepatitis;network pharmacology;molecular docking第8期程新红,等:基于网络药理学及分子对接探究茵陈蒿汤治疗
17、自身免疫性肝炎的作用机制7scape中的“Network Analysis”功能计算每个节点的计数值,并通过节点大小体现。1.3 AIH靶点筛选以“Autoimmune hepatitis”为关键词,在OMIN(https:/omim.org/)、DRUGBANK(https:/ 茵陈蒿汤AIH交集靶点筛选及有效成分靶点网络构建茵陈蒿汤和AIH的靶点标准化为基因名称后,使用 VENNY 2.1 线上工具(https:/b.csic.es/tools/venny/)获得药物与疾病的交集靶点。下载交集所得的共同靶点信息,导入 Cytoscape 3.7.1软件,构建茵陈蒿汤治疗AIH的有效成分靶点
18、网络图。1.5 茵陈蒿汤AIH交集靶点蛋白质相互作用网络构建将茵陈蒿汤与 AIH的交集靶点导入 STRING数据库(https:/cn.string-db.org/),再使用“Multiple Proteins”功能绘制交集靶点蛋白质相互作用网络,得到蛋白质蛋白质相互作用数据。下载蛋白质相互作用网络并将其导入 Cytoscape 3.7.1 软件,计算各节点计数值,筛选茵陈蒿汤治疗AIH的关键靶点。1.6 京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclope-dia of Genes and Genomes,KEGG)和基因本体(gene ontology,GO)富集分析利用Metascap
19、e数据库(http:/metascape.org/)进行富集分析。导入茵陈蒿汤与AIH的交集靶点至 Metascape 数据库,选择智人物种,分别使用KEGG、GO细胞成分、GO 分子功能和GO 生物过程富集分析。使用线上生物信息工具绘制气泡图,对富集分析结果进行可视化处理,并分析茵陈蒿汤治疗AIH的潜在机制。1.7 关键化学成分关键靶点分子对接分子对接是利用受体和配体相互作用的原理从而发现药物的一种药物设计技术,适用于研究分子间的亲和力、结合模式及相互作用。使用Autodock Vina 软件,将通过网络药理学分析所得的茵陈蒿汤与 AIH 的关键化学成分和关键靶点进行分子对接,再使用Disc
20、overy studio软件分析数据,绘制分子对接结构图并计算结合能,验证有效成分和靶点的结合情况。结合能 0说明分子间可以自行结合,一般负值越大,分子自发结合的可能性越大;当结合能 -5 kcal/mol(1 kcal/mol=4.184 kJ/mol)可认为配体与受体间结合程度较好;当结合能 -7 kcal/mol时自发结合情况理想,且构象稳定。2结果结果2.1 茵陈蒿汤的有效成分及靶点在TCMSP数据库中共筛选得到茵陈蒿汤有效成分44种,其中栀子15种、茵陈13种、大黄16种。所得成分中栀子和茵陈共有成分为槲皮素,栀子、茵陈和大黄共有成分为-谷甾醇。使用TCMSP数据库中“Related
21、 Targets”功能对41种有效成分进行靶点筛选得到778个靶点,栀子中编号MOL009038、MOL001506和MOL001663的化学成分无靶点信息,大黄中编号MOL002293、MOL002276、MOL002251、MOL000554、MOL002260和MOL002303的化学成分无靶点信息。通过Uni-prot查询所得靶点的对应基因,并标准化靶点名称。其中靶点 Cytochrome P450-cam、Thrombin、mRNA of PKA Catalytic Subunit C-alpha、Cyclin-dependent kinase inhibitor 2A、isofor
22、ms 1/2/3、Prob-able E3 ubiquitin-protein ligase HERC5、Peroxidase C1A、DNA gyrase subunit B 和 DNA topoisomerase 未在智人物种中检索到对应基因,故排除。由于DNA topoisomerase 是大黄有效成分MOL002259、MOL002280 和 MOL002288 的惟一靶点,因此上述3种有效成分均不纳入分析。经排除重复、无靶点、无基因名称的成分后,最终得到茵陈蒿汤有效成分29个,其中栀子10个(ZZ1-ZZ10)、茵陈11个(YC1-YC11)、大黄6个(DH1-DH6);栀子、茵陈共
23、有成分 1 个(D1),栀子、茵陈、大黄共有成分1个(D2),具体信息如表1所示。2.2 中药化合物靶点网络汇总各有效成分的靶点,去重,最终得到茵第49卷兰州大学学报(医 学 版)8陈蒿汤相关靶点205个。将有效成分及治疗靶点导入 Cytoscape 3.7.1,得到槲皮素和-谷甾醇度的计数值高于其他化合物。2.3 AIH靶点使用OMIN数据库检索AIH,去重后得到143个靶点。在 DRUGBANK数据库检索 AIH,获得靶点信息及对应的 Uniprot编号,在 Uniprot数据库中查询后得到统一symbol名称,去重后共得到AIH 靶点 32 个。Genecards 数据库检索后得到5 7
24、12个AIH相关靶点,通过相关性评分筛选后共得到 716 靶点。DisgenNET 数据库得到 AIH 相关靶点190个。对4个数据库中得到的靶点进行汇总并去重,最终获得AIH相关靶点926个。2.4 茵陈蒿汤AIH交集靶点及有效成分靶点网络对茵陈蒿汤和AIH的靶点进行交集分析,得到潜在治疗靶点73个。将73个交集靶点利用Cy-toscape软件分析后,得到有效成分靶点网络,通过软件分析功能计算每个节点的计数值,并使节点大小与该节点的计数值呈正相关关系,即计数值越大,节点面积越大,以此筛选茵陈蒿汤治疗AIH的核心化合物。结果显示,编号D1的槲皮素和编号 ZZ4 的山柰酚的计数值较高,分别为13
25、9和30。2.5 茵陈蒿汤AIH交集靶点蛋白质相互作用网络构建通过 STRING 数据库下载互相作用的数据,并导入 Cytoscape。在软件中计算每个靶点的计序号 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920212223242526272829标记ZZ1ZZ2ZZ3ZZ4ZZ5ZZ6ZZ7ZZ8ZZ9ZZ10YC1YC2YC3YC4YC5YC6YC7YC8YC9YC10YC11DH1DH2DH3DH4DH5DH6D1D2MOL编号MOL001406MOL001941MOL004561MOL000422MOL000449MOL001494MOL001942MO
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