基于网络药理学和蛋白质组学的半夏泻心汤抗慢性胃炎作用机制研究

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目的:中医药理论博大精深,用现代科学方法和手段研究其作用机制,是中医药实现现代化的重要保证。出自医圣张仲景《伤寒论》的半夏泻心汤是治疗寒热错杂痞证的经典名方,临床上常用于治疗急慢性胃肠炎、慢性结肠炎等胃肠道类疾病,其成分复杂,作用机理不清。本文采用高分辨质谱技术研究半夏泻心汤的化学组成、入血成分,运用网络药理学、蛋白质组学技术探寻活性成分、靶标及信号通路,并辅以动物模型验证相关的信号通路。希冀阐释该方治疗慢性胃炎的作用机理,为临床应用提供理论支持。方法:(1)建立UPLC-LTQ-Orbitrap-MS分析方法,对半夏泻心汤水煎剂进行化学成分鉴定分析,通过大鼠灌胃给药血清及空白血清的对比分析研究,探求方剂的入血活性成分。(2)采用网络药理学系统地研究半夏泻心汤治疗慢性胃炎的化学成分、靶标及胃炎涉及到信号通路。搜索相关化合物数据库,结合半夏泻心汤水煎剂及入血成分,筛选出活性成分;搜索、筛选与慢性胃炎相关靶点蛋白,对活性成分与靶蛋白进行分子对接。根据对接结果,构建“成分-靶点”复合网络图。构建靶点蛋白互作网络图,对靶点蛋白进行GO、KEGG富集分析。运用表面等离子共振技术(SPR)对部分活性成分与靶点蛋白间的亲和力进行验证。(3)采用56%乙醇灌胃法建立慢性胃炎大鼠模型,取胃组织进行HE染色后,研究各组大鼠胃组织病理损伤、改善情况。ELISA法测定大鼠血清Interleukin-2,Interleukin-8,Tumor necrosis factor-α炎症因子的水平,Western Blot测定大鼠胃组织中Bcl-2和EGF的表达水平。运用TMT蛋白质组学技术研究各组之间的差异蛋白情况,并对这些蛋白以GO和KEGG富集研究、蛋白网络分析,以Western Blot验证关键的差异表达蛋白。(4)采用SD大鼠慢性胃炎模型,研究半夏泻心汤及黄芩苷对Akt/NF-κB信号通路的调节作用。ELISA法测定大鼠血清IL-8,IL-1β,TNF-α,NO,ET-1,PGE2,LDH,COX-2及e NOS的水平,Western Blot测定大鼠胃组织Akt,p-Akt,IκBα,p-IκBα,NF-κBp65及NF-κBp-p65的表达水平,免疫荧光法测定NF-κBp65入核的表达水平。结果:(1)从半夏泻心汤水煎剂中共鉴定出99个化学成分,包括54个黄酮类、10个生物碱类、16个皂苷类及少量脂肪酸类、酚酸类、醇类等。从入血原型成分中共鉴定出22个黄酮类、6个生物碱类、5个皂苷类及少量酸类、酚类在内的37个化合物。(2)筛选出22个活性成分,38个与慢性胃炎相关靶点蛋白。依据GO富集分析这些靶点蛋白主要参与的生物过程有信号通路转导、激活细胞因子、炎症反应等。KEGG富集分析发现,靶点蛋白除了参与经典信号传导途径,如PI3K-Akt、NF-κB、TNF,还涉及MAPK,IL-17,JAK-STAT等途径。SPR实验显示甘草次酸、黄芩素、汉黄芩素和黄芩苷与MAPK14蛋白具有良好的亲和力,汉黄芩苷、小檗碱、药根碱、人参皂苷Re和人参皂苷Rf与ICAM-1蛋白具有良好的亲和力,黄芩苷、甘草次酸、汉黄芩苷和黄连碱与PPAR-γ具有良好的亲和力。(3)从模型大鼠胃组织中鉴定出4452个蛋白,其中模型组与正常组差异蛋白数为318个。经半夏泻心汤干预后,与模型组相比,共有258个差异蛋白,这些差异蛋白主要显著地富集于细胞杀死,核质体以及攻击分子功能等。KEGG通路富集发现,作用涉及到三羧酸循环,类固醇激素的生物合成,逆行内源性大麻素等信号通路,同时还涉及PI3K-Akt,NF-κB信号通路。Western Blot进一步验证发现14-3-3 theta,Tenascin-C,ICAM-1,SCF,CASP3,GIMAP4和Mpc1是该方治疗慢性胃炎的关键蛋白。(4)研究发现半夏泻心汤和黄芩苷能抑制ET-1,PGE2,LDH,NO及COX-2的表达水平,降低炎症因子IL-8,IL-1β及TNF-α的含量,抑制NF-κBp65进入细胞核,说明该方及黄芩苷可通过抑制Akt/NF-κB信号通路而起到治疗慢性胃炎的作用。结论:本文运用快速、高通量的UPLC-LTQ-Orbitrap-MS技术分析鉴定了半夏泻心汤水煎剂中99个化学成分、入血原型成分37个;网络药理学研究发现MAPK14,ICAM-1和PPAR-γ是半夏泻心汤抗慢性胃炎活性成分的靶标,PI3K-Akt,NF-κB是该病涉及到的关键信号通路;蛋白质组学研究表明14-3-3 theta,Tenascin-C,ICAM-1,SCF,CASP3,GIMAP4和Mpc1是该方治疗慢性胃炎的关键蛋白,动物实验显示半夏泻心汤治疗慢性胃炎的作用机制是通过降低模型大鼠IL-2、IL-8和TNF-α水平,增强胃黏膜修复因子EGF、Bcl-2的表达以及调节代谢、影响炎症信号通路而实现;进一步研究表明半夏泻心汤可通过调控Akt/NF-κB信号通路发挥治疗慢性胃炎的作用。综上,本文整合半夏泻心汤药效物质基础、网络药理学、分子对接技术、SPR、蛋白质组学、信号通路的方法和手段,从半夏泻心汤的“活性成分-药效作用”、“成分-靶标”、“化学成分-信号通路”多个角度对半夏泻心汤抗慢性胃炎的作用机制进行了较深入研究,为临床应用提供更科学的依据。
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