基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究.pdf
《基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、引 言缺氧(Hypoxia)为机体处于低氧环境发生的一系列不适反应,一般在海拔4 000 m以上地区,氧含量是海平面的一半左右,机体会有恶心、呕吐、头痛、头晕、睡眠困难等缺氧症状1,2。我国高原面积辽阔,在高原值守作业的部队官兵以及工作、生活、旅居的人们,由于身处高海拔环境,时常要面临缺氧的威胁3。研究表明,长期处于高海拔环境中,会有视觉功能障碍、智力障碍、心理功能障碍等方面的影响,更严重者会引起急、慢性高原病4,5。藏医学很早就对某些缺氧引起的高原病有了初步认识和记载,对高原地区的常见病、多发病,许多疑基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究方龙伟1秀措吉2央 拉1多吉卓玛1巴桑卓玛
2、*1(1.西藏大学高原健康科学研究中心西藏拉萨8500002.西藏自治区拉萨市城关区吉日社区卫生服务中心西藏拉萨850000)摘要目的:采用数据挖掘、网络药理学和分子对接方法探讨藏药抗缺氧的作用机制和物质基础。方法:通过收集中国知网、PubMed数据库和 藏药部颁标准 中关于藏药抗缺氧的处方资料,使用SPSS Modeler软件进行用药组方和关联规则分析,筛选出高频核心药组。从TCMSP数据库获取核心药组的活性成分、靶点,从GeneCards平台数据库收集缺氧疾病靶点;运用String数据库、Cytoscape软件、R软件等对药物-疾病交集靶点进行PPI、GO、KEGG通路分析;利用AutoD
3、ock等软件对核心活性成分和核心靶蛋白进行分子对接。结果:共获得180个藏药处方,116个高频方剂,共计247味藏药,23味高频中药,进一步关联分析得到高频药组6个。应用网络药理学对核心药组“木香+丁香+肉豆蔻+余甘子+诃子”的抗缺氧作用机制进行探索,发现31个化合物可作为主要的抗缺氧活性成分,其关键抗缺氧活性靶点60个,富集了PI3K-Akt、HIF-1、激素的反应、蛋白激酶活性、线粒体外膜等通路1 527个。分子对接分析进一步验证了豆甾醇、山奈酚等不同类别分子与靶点结合能力较强。结论:传统处方与数据库及网络药理学等方法并重,发现藏药可能是通过药物分子调节体内氧化应激因子、呼吸通路、代谢通路
4、等来调控体内氧气运输、利用体系,从而多组分、多靶点、多通路达到抗缺氧作用。关键词抗缺氧;藏药;数据挖掘;网络药理学;分子机制DOI:10.16249/ki.2096-4617.2023.02.007中图分类号 R291.4文献标识码 A文章编号 2096-4617(2023)02-060-011收稿日期:2022-11-28基金项目:2017 年西藏自治区第一批重点科技计划项目(08080002);2019 年度西藏大学校级培育项目(ZDTSJH19-08);中央财政支持地方高校改革发展专项资金项目(藏财科教指 2020 79 号);巴桑卓玛教授名师工作坊项目(藏财预指20211 号).第一作
5、者简介:方龙伟,男,汉族,湖北十堰人,西藏大学医学院博士研究生,主要研究方向为高原生态环境变迁与人群健康。通讯作者简介:巴桑卓玛,女,藏族,西藏拉萨人,西藏大学医学院教授,博士生导师,主要研究方向高原医学。难病有其独特的认识和治疗方法,在古藏医药典籍里记载着“多血症”“培根木布”“查龙堆仑”“培查”“腊毒”等病症6,7,与现代医学中的急性高原病、高原红细胞增多症、高原衰退症等高原疾病较为一致8。传统藏药“二十五味余甘子丸”“二十五味珍珠丸”“二十五味沉香丸”等用于抗缺氧,预防和治疗高原病9,10。网络药理学于2007年由AndrewLHopkins提出,是一门融合了系统生物学、药理学知识,结合
6、计算机模拟辅助的一门学科,通过构建“药物成分-疾病-靶点”网络,揭示药物与疾病的关系以及药物对疾病的分子机制,可以匹配中药多成分、多靶点、多通路的特性,揭示其与机体相互作用的原理及规律11。目前针对藏药抗高原缺氧的研究方面,多聚焦在单个基础处方、药物研究等方面工作,缺乏深度挖掘其共性抗缺氧分子机制以及与药理之间系统网络关系。本文采用数据挖掘、网络药理学这一新兴手段构建藏药抗缺氧药物数据库,挖掘出核心药物组,利用网络药理学筛选出其关键成分、靶点、通路,从系统学和分子对接角度对其分子机制进行探究,选出关键核心药组主要的活性成分,同时借助数据库预测其缺氧靶点以及信号通路,从而揭示藏药发挥抗缺氧作用的
7、深层次科学机制,为进一步的实验验证及整体质量控制应用提供理论依据。1 资料与方法1.1 处方收集检索 19902022年“中国知网(CNKI)”“万方数据”“维普中文期刊”、PubMed、ScienceDirect等数据库文献和 中华人民共和国卫生部药品标准(藏药)等书籍中关于藏医药治疗“缺氧”相关疾病的处方,以确保数据源的准确性。中文文献数据库中检索式为:SU=(缺氧+低氧+多血症+查龙堆仑+培查)*(藏药+藏医+病案),通过检索后进一步筛选与高原缺氧、高原低氧病症相关的处方。中华人民共和国卫生部药品标准(藏药)等藏医药书籍主要以“多血症”“查龙堆仑”“培查”等为检索词进行人工检索,筛选常用
8、处方方剂。WOS、PubMed、ScienceDirect 等数据库文献检索式为:TS=(Anti-hypoxia OR Resistance to hypoxia)AND(Tibetan medicine OR Traditional medicine),检索并筛选出与藏药相关的方剂,排除重复方剂。药物名称、主治疾病名称的规范化均根据 中国药典中华本草(藏药卷)等进行。最终完成录入后,由双人负责数据的审核,以确保数据源的准确性。1.2 统计分析应用SPSS Statistics17软件对藏药方剂中药物出现的频次从大到小进行排序,分析统计出藏药方剂中的药物频次,并通过SPSS Modeler1
9、8.0和其Apriori算法分析其关联规则,并筛选出核心高频药物组合,进行网络化展示。1.3 核心药组的活性成分和靶点用中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP,http:/ Likeness,DL)0.18 为条件进行查找筛选核心药组的主要活性成分和靶点。1.4 潜在抗缺氧靶点获取并构建蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction,PPI)核心网络在GeneCards(https:/www.genecards.org/)平台中以“Anti-hypoxia”“Resistance to hypoxia”为关键词进行检索,筛选得到抗缺氧疾病靶点。将主要活性成分靶点与抗
10、缺氧靶点査重筛选,利用Venn在线软件获取共同靶点Venn图,得到的共同靶点作为抗缺氧的潜在靶点。通过STRING平台(https:/string-db.org/)获取PPI蛋白互作网络,并导入Cytoscape v3.10.0进行拓扑分析,通过连接度(Degree值)的中位数筛选出核方龙伟,秀措吉,央拉,等:基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究6161心药组抗缺氧的核心靶点。1.5 生物信息富集分析将在“1.4”项下获得的关键核心药组抗缺氧潜在靶点,应用R语言软件包进行GO(Gene Ontology)分析和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and
11、 genomes)分析,并绘制气泡图。1.6 构建活性成分-靶点-通路网络为了更清晰地展示核心药组对抗缺氧的作用机制,运用Cytoscape v3.10.0软件绘制成网络图,通过Degree值预测核心药组抗缺氧作用的主要活性成分。1.7 分子对接在PDB数据库(http:/rcsb.org)查询得到核心靶点的PDB ID以及核心药组主要成分的3D结构,下载蛋白受体和配体文件,用AutoDock Tools 1.5.7、PyMOL 2.4.0等软件进行分子对接以探索其结合效能,并绘制热图。2 结果分析2.1 处方统计分析共计筛选出符合要求的180个藏药处方,116个高频方剂,共计247味藏药,2
12、3味高频中药,如表1所示。用关联规则挖掘方法,得到常用药物组合72个,将支持度设置为20%,置信度0.9,得到核心药物组合29个,核心药物网络和关键核心药物网络结果如图1所示。根据支持度和置信度,进一步关联分析得到高频核心药物组合为6个,如表2所示。关联规则分析的核心药物组合与高频次的药物结果基本一致,药组组合2:木香+丁香+余甘子+肉豆蔻+诃子,囊括了前4位高频次药物,更具代表性。表1 抗缺氧藏药中高频药物频次分布Tab.1 Frequency distribution of high-frequency drugs in anti-hypoxia Tibetan medicine序号123
13、45678药物诃子余甘子肉豆蔻木香红花丁香沉香藏木香频次3433322826211918序号910111213141516药物甘草广枣檀香天竺黄巴夏嘎豆蔻毛诃子荜茇频次1616161615151514序号17181920212223药物寒水石甘青青兰石灰华石榴子兔耳草草果西红花频次14121212121010图1 抗缺氧藏药的核心药物网络和关键核心网络Fig.1 Core drug network and key core network of anti-hypoxia Tibetan medicine高原科学研究 2023年第2期(总第23期)6262表2 抗缺氧藏药的关键核心药组Tab.2
14、 Key core drug groups of anti-hypoxia Tibetan medicine序号123456药组组合余甘子+毛诃子+诃子木香+丁香+肉豆蔻+余甘子+诃子余甘子+檀香+诃子木香+丁香+红花+肉豆蔻肉豆蔻+丁香+木香+诃子诃子+丁香+木香+红花+肉豆蔻支持度24.1422.8621.5522.4122.4131.03置信度100.00100.0092.3192.3192.3191.672.2 药物组活性成分和靶点筛选对2.1节筛选出来的核心药物组:木香+丁香+肉豆蔻+余甘子+诃子,在TCMSP平台上得到较好活性成分共计38个(表3),去除重复分子,最终发现31个活性
15、成分。根据成分靶点预测,去重后,发现179个靶点数。表3 核心药物组的活性成分Tab.3 Active ingredients in the core drug group序号1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738药物木香(AucklandiaeRadix)丁香(Caryophylliflos)肉豆蔻(MyristicaeSemen)余甘子(PhyllanthiFructus)诃子(ChebulaeFructus)Mol IDMOL010813MOL010828MOL000211MOL000359M
16、OL000449MOL013219MOL001749MOL000358MOL000422MOL000449MOL000098MOL000358MOL009243MOL009254MOL009255MOL009259MOL009263MOL009264MOL009265MOL001002MOL000358MOL000422MOL000492MOL000569MOL005983MOL000006MOL006793MOL006821MOL006824MOL006826MOL000098MOL001002MOL006376MOL006826MOL009135MOL009136MOL009137MOL0
17、09149活性成分BenzoacarbazolecynaropicrinMairinsitosterolStigmasterolStrictosamide_qtZINC03860434beta-sitosterolkaempferolStigmasterolquercetinbeta-sitosterolIsoguaiacingalbacin5-(2S,3S)-7-methoxy-3-methyl-5-(E)-prop-1-enyl-2,3-dihydrobenzofuran-2-yl-1,3-benzodioxoleKudossaucernetindioltetrahydrofuroguai
18、acin Bthreo-austrobailignan-5ellagic acidbeta-sitosterolkaempferol(+)-catechindigallateleucodelphinidinluteolinmucic acid 1,4-lactone 2-O-gallate(-)-epigallocatechin-3-gallatealpha-amyrinchebulic acidquercetinellagic acid7-Dehydrosigmasterolchebulic acidellipticinePeraksine(R)-(6-methoxy-4-quinolyl)
19、-(2R,4R,5S)-5-vinylquinuclidin-2-ylmethanolCheilanthifoline中文名苯并a咔唑洋蓟苦素丁子香萜谷甾醇豆甾醇异长春花苷内酰胺ZINC03860434-谷甾醇山奈酚豆甾醇槲皮素-谷甾醇异愈创木酚半乳糖体5-甲氧基-3-甲基-5-丙烯基-2,3-二氢苯并呋喃-2-基-1,3-苯并二恶茂Kudos碟茚二醇四氢呋喃异愈创木酚B苏型-奥斯贝木素酚5鞣花酸-谷甾醇山奈酚(+)-儿茶素二甲酸盐无色飞燕草素木犀草素粘酸-1,4-内酯-2-O-没食子酸酯()-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯-淀粉样肽诃子裂酸槲皮素鞣花酸7-脱氢乙格司醇诃子裂酸玫瑰树碱霹雳萝芙
20、辛碱6-甲氧基-4-喹啉基-5-乙烯基奎宁环-2-甲醇碎叶紫堇碱方龙伟,秀措吉,央拉,等:基于数据挖掘和网络药理学的藏药抗缺氧分子机制研究63632.3 潜在抗缺氧靶点获取检索得到hypoxia相关靶标274个,与活性成分筛重后得到共同靶点,利用Venn在线软件获取共同靶点Venn图,得到缺氧的潜在共同靶点60个(图3)。2.4 蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络构建PPI分析结果表明,共含有靶蛋白51个,靶蛋白相互连线274条,平均度值为8.43,平均介数0.451。PPI网络图中的每一个节点表示蛋白质,节点间的边表示蛋白质间相互作用,粗细表示蛋白分子相互之间的作用强度,如图4所示。在整个
21、网络中节点越大、颜色越深,对应度值越大;边越粗、颜色越深,两者之间联系越紧密,推测这些可能是核心药组发挥抗缺氧作用的重要靶点。Cytoscape_ v3.10.0软件进行网络拓扑分析,以平均度值为依据,选取大于平均度值的靶点作为核心靶点,按照度值大小筛选出前12个靶点作为核心靶点,如表4所示,核心药组可能主要通过以下核心靶点发挥抗缺氧作用。图3 蛋白质-蛋白质相互作用网络Fig.3 Protein-protein interaction network图2 药物组主要活性成分靶点与抗缺氧靶点的Venn图Fig.2 Venn diagram of main active ingredient t
22、argetsand anti-hypoxia targets in drug group表4 关键核心药组核心抗缺氧靶点及拓扑学参数Tab.4 Core anti-hypoxia targets and topological parameters in the key core drug group序号123456核心靶点STAT3TP53MAPK3AKT1ESR1MAPK14度282725201916介数0.1655190.1735180.1094100.0395290.0432980.043197序号789101112核心靶点EGFRMYCCREB1HIF1ATNFCAV1度161514
23、141413介数0.0396890.0485640.0498010.0183130.0488630.0382942.5 通路富集分析通过KEGG分析,发现富集了166个通路,主要富集在癌症、蛋白质多糖在癌症中的作用、脂质与动脉粥样硬化、人巨细胞病毒感染、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、PI3K-Akt信号通路、乙型肝炎、卡波济肉瘤相关疱疹病毒感染、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药、HIF-1信号通路等,绘制成通路气泡图,推测关键核心药组主要通过这些通路起到抗缺氧作用。GO富集分析,共发现了1 361个通路。富集主要包括GOBP、GOMF、GOCC三个方面。GOBP主要涉高原科学研究 20
24、23年第2期(总第23期)6464及对激素的反应、细胞运动的正向调节、细胞对有机氮化合物的反应、调节细胞对压力的反应等;GOMF主要包括DNA结合转录因子、磷酸酶绑定、激酶绑定、蛋白激酶活性等;GOCC主要包括膜筏、膜微区、线粒体外膜、Bcl-2家族蛋白复合体等。对以上两种方法进行的通路分析,设置了P0.01为筛选条件,取P值最小的前十条通路进行分析,结果如图4、5所示。通过“成分-靶点-通路”网络拓扑分析,发现槲皮素、表没食子儿茶素没食子酸酯、山柰酚、-谷甾醇、木犀草素、豆甾醇、鞣花酸、异愈创木酚可作为发挥关键作用的活性分子(图6)。图4 潜在抗缺氧靶点KEGG富集分析Fig.4 KEGG
25、enrichment analysis of potentialanti-hypoxia targets图5 潜在抗缺氧靶点GOBP、GOMF、GOCC富集分析Fig.5 Enrichment analysis of aotentialanti-hypoxia targets GOBP,GOMF and GOCC注:图形大小按照degree值大小显示,红色代表药物分子,蓝色代表靶点,黄色代表富集的通路。Notes:The size of the graphic segment is displayed according to the degree value,Red colour repre
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 数据 挖掘 网络 药理学 藏药 缺氧 分子 机制 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。