基于网络药理学探索延胡索治疗血栓的潜在作用机制.pdf
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1、thrombusbased on networkpharmacoloJ.Journal of China West Normal University(Na t u r a l Sc ie n c e s),2 0 2 4,45(2):142-149.版),2 0 2 4LI H L,ZHOU N,et al.Potential action mechanism of Corydalis yanhusuo in the treatment of142-149Y引文格式:黎毅基于网络药理学探索延胡索治疗血栓的潜在作用机制J.西华师范大学乡学报(自然科学DOI:10.73-5072.2024.02
2、.004Mar.2024No.2Vol.45Journalof ChinaWest NormalUniversity(NaturalSciences2024年3 月第2 期第45卷自然科学版西华师范大学学报基于网络药理学探索延胡索治疗血栓的潜在作用机制黎毅“,李浩玲,周浓bc,祁俊生bc,蒋雪梅bc,戚文华(重庆三峡学院a.环境与化学工程学院,b.生物与食品工程学院,c.三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室,重庆404100)摘要:为探索延胡索治疗血栓的潜在作用机制,检索中药系统药理学数据库(TCMSP),对延胡索药效成分进行筛选,利用PubChem数据库获得药效成分3D结构,并通
3、过Pharmmapper数据库筛选出各活性成分可能存在的靶点;通过CTD数据库挖掘与血栓相关的作用靶点,利用STRING获得与血栓相关的作用靶点的蛋白相互作用网络,通过CO功能富集和KEGG通路分析延胡索干预血栓的分子机制。结果表明:从延胡索中共筛选出13个主要成分,预测出延胡索与血栓相关靶点2 38 个,选出2 6 个关键靶点。GO富集分析结果主要涉及各种功能蛋白的活性、调控等过程。KECG通路富集得到4条通路,包括蛋白聚糖在癌症中的应用、前列腺癌、膀胱癌以及丁酸代谢通路。综上所述,延胡索发挥抗血栓作用可能通过多成分、多靶点起作用,为延胡索药材质量标准的制订和提升提供了参考。关键词:延胡索;
4、血栓;作用机制;信号通路中图分类号:R93文献标志码:A文章编号:16 7 3-50 7 2(2 0 2 4)0 2-0 142-0 8随着人们生活水平的提高及人口老龄化情况加剧,心血管疾病的发病率逐年升高,根据中国心血管病报告2 0 2 1,2 0 19年我国农村和城市心血管病均占死因的40%以上。血栓是引发心血管疾病的重要原因之一,引发血栓的菲尔绍(Virchow)三要素有:静脉血液瘀滞、静脉系统内皮损伤和血液高凝状态。血栓性疾病目前严重威胁人类的生命健康,其发病率高,老年人更易患病。近年来,中药及其制剂逐渐应用于血栓性疾病,已有研究表明,丹参具有抗血小板聚集作用,其多种制剂可用于脑梗死、
5、冠心病及心绞痛等心脑血管疾病2;红花注射液对小鼠脑梗塞、大鼠“血瘀”症状有明显治疗作用3。李冰4通过建立大鼠体内的血栓模型发现,延胡索提取物可降低大鼠的全血比粘度,提高血液流变性,对大鼠的动-静脉旁路所诱发形成的血栓有抑制作用;此外,延胡索对电刺激动脉形成的血栓有抑制作用5。延胡索(Corydalisyanhusuo)为罂粟科(Papaveraceae)紫堇属(Corydalis)植物,别名玄胡素、元胡、延胡、玄胡索、元胡索,其味辛苦,性温,含多种异喹啉类生物碱,具有活血、行气、止痛的功效。它是一味中医常用的中药药材,沿用千年至今6,主要用于气血瘀积所致的各种疼痛。近年来,延胡索已用于治疗心力
6、衰竭、冠心病、痛经等疾病,疗效好、副作用小。李彩虹7 利用人参延胡索汤对冠心病心绞痛患者进行对照治疗,对照组给予西医常规治疗,治疗组在对照组治疗基础上给予自拟中药人参延胡索汤治疗,对比结果表明,治疗组总有效率明显高于对照组。延胡索是临床治疗血栓性疾病的常用药物之一,但其作用机制仍有待探究。网络药理学通过对数据库检索分析,采用复杂网络模型,从系统水平解释药物与机体靶点相互作用关收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 7基金项目:重庆三峡学院青年项目(2 0 2 0 0 0 8 1);三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室开放基金项目(0 6 18 0 0 10 7)重庆市渝东北特色生物资
7、源开发利用工程技术研究中心开放基金项目(2 0 2 0 0 115)作者简介:黎毅(1998 一),女,硕士研究生,主要从事环境生物学研究。通信作者:戚文华(197 4一),男,博士,教授,硕士生导师,主要从事资源动物与资源植物学研究。E-mail:w e n h u a q i 357 文中143毅,等:基于网络药理学探索延胡索治疗血栓的潜在作用机制黎第45卷第2 期系,其复杂性符合中药多成分、多靶点的特点,是中医药现代研究的新热点。本研究通过网络药理学方法初步研究延胡索干预血栓的主要活性成分和可能的靶点,探寻其作用的分子机制,对延胡索临床应用提供一定参考。1材料与方法1.1延胡索药物活性成
8、分的筛选目前用于查询中药成分的数据库较多,其中疾病-靶标网络的药理学平台-中药系统药理数据库TC-MSP(http:/ B)30%、药物相似性(Drug-likeness,D L)0.18 和生物半衰期(Bi o l o g i c a l H a l f Li f e,H L)4,以获取延胡索的主要药效活性成分,通过PubChemDatabase(h t t p s:/p u b-chem.ncbi.nlm.nih.gov/)等化学成分数据库检索筛选延胡索化学成分的分子3D结构,以sdf格式保存,以此构建延胡索药效成分的化合物结构数据库。1.2应用软件准备Strawberry-perl-5.
9、30.0.1-64bit,JAVA8.0,Cytoscape_v3.7.1,R643.6.1,安装路径为C盘,不得出现和空格。1.3延胡索药效成分靶点预测与疾病靶点查询利用PharmmapperServer(h t t p:/w w w.l i l a b-e c u s t.c n/p h a r m m a p p e r/s u b m i t f i l e.h t m l)数据库,根据化合物的3D结构预测延胡索潜在的化合物药效靶点基因信息。使用CTD(h t t p:/c t d b a s e.o r g/a b o u t/)数据库,以“Thrombosis”为关键词进行查询,获
10、得血栓性疾病过程中已知的靶蛋白。疾病潜在作用靶点蛋白质相互作用网络构建与分析1.4延胡索干预血栓性疾病潜在作用靶点蛋白质通过韦恩图将延胡索的药效成分靶点同血栓性疾病靶点取交集,获得延胡索与血栓性疾病相关的化合物靶点并将其导人String(h t t p:/s t r i n g-d b.o r g)数据库,获取蛋白质相互作用(PPI)网络,下载并保存为tsv格式,以此构建延胡索潜在药效作用靶点的蛋白相互作用网络图。1.5延胡索干预血栓性疾病成分-靶点的网络构建将筛选出的延胡索化合物信息以及靶点PPI网络对应关系导人Cytoscape,构建延胡索治疗血栓性疾病的成分-靶点网络。对其风格(styl
11、e)、节点(nodes)、线条(edges)等进行设置,构建延胡索干预血栓性疾病的成分-靶点网络关系图,并进行可视化分析。1.6GO和KECG分析为研究药效团可能作用的生物学通路,探寻靶点间相互作用及基因功能的富集情况,对药效团的各个靶点基因进行GO(G e n e O n t o l o g y)功能富集分析和KEGG(K y o t o En c y c l o p e d i a o f g e n e s a n d g e n o me s)生物学通路注释分析。使用R3.6.1,载人相应的程序包,设置气泡图和柱状图的高、宽、显示目录以及P值等参数,获得GO和KEGG可视化结果2结果与
12、分析2.1延胡索活性成分及相应靶蛋白的筛选利用TCMSP检索获得延胡索药效成分7 7 个,符合筛选条件的主要药效成分有2 6 个,其中13个药效成分的药物相似性较高,在0.8 以上(表1),说明这些成分药动学性质较好,安全性较高,选取这些药效成分进行药物靶点预测2.2药物靶点预测对延胡索筛选出的13个药效成分在Pharmmapper数据库中进行靶点预测并进行基因名称的注释,获得了8 49个与人类有关的药效靶点基因,去除重复项,剩余2 41个靶点。查询CTD数据库,获得血栓相关靶点2024年144西华师范大 1Main pharmacodynamic components of Corydali
13、s yanhusuo编号成分口服生物利用度/%药物相似性生物半衰期M0L001458Coptisine(黄连碱)30.670.869.33M0L001461Dihydrochelerythrine(二氢白屈菜红碱)32.730.815.60M0L001463Dihydrosanguinarine(二氢血根碱)59.310.867.46MOL001474Sanguinarine(血根碱)37.810.867.84M0L002670Cavidine(卡文定碱)35.640.815.78M0L00419818797-79-0(紫堇醇灵碱)46.060.857.66MOL004202Dehydroca
14、vidine(岩黄连碱)38.990.816.05MOL004225Pseudocoptisine(假黄连素)38.970.868.56MOL00422624240-05-9(伪原阿片碱)53.750.8322.70MOL004230Stylopine(刺罂栗碱)48.250.859.57MOL004231Tetrahydrocorysamine(四氢刻叶紫堇明碱)34.170.868.96M0L000787Fumarine(原阿片碱)59.260.8323.46M0L000791Bicuculline(荷包牡丹碱)69.670.8815.8329046个,通过Venny图与药效化合物靶点取交
15、集,得到延胡索中与血栓相关的靶点有2 38 个,占延胡索化合物靶点的98.76%,占血栓靶点的0.8 2%,延胡索化合物靶点中不参与血栓的延胡索化合物靶点仅有3个,占延胡索化合物靶点的1.43%,即RBM41、G ST T 2 B、A D RBK 1(图1)2.3延胡索干预血栓靶点的蛋白质相互作用网络构建利用String数据库筛选获得2 38 个靶点的PPI网络,该相互作用网络图包含139个表示靶蛋白的节点和2 6 9条表示靶点间相互作用关系的线,各靶点间相互作用网络较复杂(图2)。进一步分析发现,延胡索干预血栓靶点的节点度大于均值(3.8 7),且介数中心性大于均值(0.0 38)的关键靶蛋
16、白有2 6 个,分别为RAC1、PO LR2 H、PO LR2 F、CCNA 2、PCNA、CUL1、A PP、B2 M、NCBP1、CCND 1、ESR1、CPSF3、D D B1、NO T C H 1、H SP90 A B1、HDAC7、H D A C6、ERBB2、NU P2 14、CA T、RAN、D LA T、H SD 17 B4、NA E1、EPH B2、A R。其中,靶蛋白RAC1的节点度和介数中心性均最大,表明RAC1可能在整个蛋白质网络中作用很大2.4成分-靶点网络构建成分-靶点网络分析结果显示(图3):该网络共有150 个表示化合物和靶点的节点,7 35条表示靶点之间以及靶
17、点与化合物之间相互作用的线,47 3个药效团与靶点之间的关系,2 6 2 个靶点之间的相互作用关系。化合物与筛选出的靶点的联系越密集,说明该化合物干预血栓的可能性越大。在该网络图中,排名前七位的化合物是紫堇醇灵碱(18 7 97-7 9-0,节点度=40)、荷包延胡索化合物靶点血栓性疾病靶点23828808图1延胡索参与血栓的靶点Fig.1 Targets of Corydalis yanhusuo inthe treatment of thrombusSORDRNPRPS1EPNPKCOTHSD17B4PNATCATJSP14BRD7SWKSREPS7TP2EARHGNP11APPARGXC
18、CEMK67cirEO2OLAtACVR20PSMD4SMARCAAAPK6POKINHSHFMDCB0DACNECCND1POKHOACCOC26MEF2AMK47ESR2HSPOOABIASAPIDLCIMMPL4ARHGEF)ABL2RRMARFGAP3MP2HOACeTHBS!ARHGAPSPOLOADM2CULS-DAM17RAN4NAE1EPHOSRIER1NCF2ARHGEF12PHB2ERB2F13A1NUP214RPA1VAV3MAP3K3A1KOLR2FPBPPP:CBTAB1CPSF3TPRUMUCCS73MUCB1MCBP82MPRKONELFECO3EVEGFEAF1
19、31P2L1GALNTIOCSOEICANTICO:8SYNCRiDRP53SMGZHBA2GBP1EXOSC9TICE84A1图2靶点蛋白相互作用网络Fig.2Interaetion network of target protein145黎毅,等:基于网络药理学探索延胡索治疗全的潜在作用机制第45卷第2 期牡丹碱(bicuculline,节点度=40)、二氢白屈菜红碱(dihydrochelerythrine,节点度=40)、刺罂粟碱(stylopine,节点度=39)、黄连碱(coptisine,节点度=38)、伪原阿片碱(2 42 40-0 5-9,节点度=37)、岩黄连碱(dehyd
20、ro-cavidine,节点度=37),说明这些药效成分可能是延胡索起到治疗血栓作用最关键的成分。2.5延胡索干预血栓靶点CO功能富集分析将筛选出的延胡索可能干预血栓的2 38个靶点进行GO功能富集分析,得到共43个GO条目,排在前2 0 位的GO可视化分析结果显示(图4):延胡索治疗血栓性疾病的生物学过程、分子功能较多,其中,热休克蛋白Hsp90结合(Hsp90proteinbinding),P值最小,是最为明显的生物过程,该过程涉及8 个作用靶标,分别为RPS3、U NC45A、U SP19、CYP2 E1、GBP1、H D A C6、H D A C8、K D R,这可能是延胡索治疗血栓性
21、疾病最重要的生物过程。此外,其他生物过程还包括类固醇激素受体活性(ster-oid hormone receptoractivity)、受损DNA结合(d a m a g e d D NA b i n d i n g)、细胞核受体活性(nu-clearreceptor activity)、转录因子活性(tran-scriptionfactoractivity)、细胞粘附分子结合(c e l l a d h e s i o n m o l e c u l e b i n d i n g)、酪氨酸蛋白激酶活性(proteintyrosinekinase activity)等,dihydrosapg
22、uinarine dihydrochelerythrinefumarinedehydrocavidinepseudoptisinecoptisinesanguinarinecavidinestylopinebicuculinetetrahydrocorysamine24240-05-918797-79-0注:黄色代表延胡索干预血栓形成靶点,绿色代表药效成分,红色线条表示延胡索药效团与靶点间的关系,紫色线条表示延胡索干预血栓的靶点间的相互关系。图3延胡索主要成分干预血栓的“成分-靶点”网络Fig.3“Component-target”network of the main componentsf
23、rom Corydalis yanhusuo in intervention of thrombus也是延胡索治疗血栓性疾病可能较重要的生物过程,应该重视这些过程对血栓的影响。Hspgo proteinbindingsteroid hormone receptoractivitydamaged DNAbindingnuclearreceptoractivitytranscriptionfactoractivitycell adhesion molecule bindingproteintyrosinekinase activityheat shock protein bindingP值doub
24、le-stranded RNA bindingtransmembranereceptorproteinkinaseactivity0.005telomericDNAbinding0.010cadherin bindingtransmembrane receptor protein tyrosinekinase activitylyaseactivityhistonedeacetylaseactivity(H3-K14specific)NAD-dependent histone deacetylase activity(H3-K14 specific)steroid bindingamidebi
25、ndingfattyacidderivative bindingvitaminbinding05101520图4延胡索主要化合物PPI网络中的GO分析Fig.4GO analysis of the main compounds of Corydalis yanhusuo in PPI network2.6延胡索干预血栓性疾病靶点KEGG通路富集分析将2 38 个靶点进行KEGG通路富集分析,预测出延胡索干预血栓的靶点通路较少,富集到4个KEGG通路(图5),分别是蛋白聚糖在癌症中的应用(Proteoglycans in cancer)、前列腺癌(Prostate cancer)、膀胱癌(Bl
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