芪龙胶囊治疗缺血性中风病(气虚血瘀证)的分子网络机制研究

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1研究背景缺血性中风(ischemic stroke,IS)是全球关注的重大疾病,据柳叶刀杂志2019年3月的报道,中风病已成为全球第二大死亡原因,其中IS占多数(84.4%)。在中国,IS的防治面临更大的挑战,《中国脑卒中防治报告2019》指出中国IS发病率呈现不断上升趋势。中医药防治IS有一定优势,其中益气活血法作为IS的基本治疗方法,在临床上受到了广泛的运用与发展,是IS各个时期治疗的主线。芪龙胶囊源自经典名方补阳还五汤,是益气活血法的代表性中成药,课题组前期开展的一项前瞻性、多中心、非随机对照研究,证明了芪龙胶囊能明显改善急性期IS气虚血瘀证患者的神经功能缺损程度,并降低急性期患者P-选择素含量,发挥抑制血小板活化的作用。然而,芪龙胶囊治疗IS的作用优势与分子机制尚不明确。近年来,网络药理学方法广泛用于中药复方机制的探索,为从整体层面揭示中药复方协同作用于复杂疾病的分子机制,提供了思路与可行的方案。2研究目的评价芪龙胶囊治疗IS的作用优势,并从中医整体观和病证结合角度出发,探索芪龙胶囊治疗IS气虚血瘀证的分子网络机制,为其临床精准定位提供依据。3研究方法与结果3.1评价作用优势参照PRISMA2009报告规范,共纳入6个RCT研究,进行定性的系统评价与定量的Meta分析,结果显示,芪龙胶囊联合常规西药治疗IS在改善患者神经功能缺损、降低IS复发率、提高患者日常生活活动能力和改善血液流变学方面,均优于单纯常规西药,且差异具有统计学意义(P<0.05)。3.2探索分子网络机制3.2.1数据获取检索OMIM数据库和GeneCards数据库,获得IS基因2623个;检索SymMap数据库和HPO数据库,获得IS相关气虚血瘀证证候基因398个;从2020年版《中国药典》和国家药品标准中收集到芪龙胶囊组成药物的有效成分12个;检索TCMSP数据库和GeneCards数据库,结合SEA平台预测和文献收集,获得芪龙胶囊药物靶标210个。应用UniProt数据库对收集到的基因数据进行标准化,最终得到三个数据集,用于后续分析:IS疾病基因集、IS相关气虚血瘀证基因集、芪龙胶囊药物靶标集。3.2.2网络构建与模块划分将上述三个靶标(基因)集分别上传至STRING数据库,下载基因相互作用数据,通过Cytoscape软件进行网络可视化,构建了 3个分子网络:IS疾病分子网络、IS相关气虚血瘀证分子网络、芪龙胶囊药物分子网络;分别运用MCODE算法、MCL算法、DCU算法,划分3个分子网络,并计算网络结构熵,选择熵值最小的算法划分模块,最终选用MCL法划分IS分子网络,得到129个疾病模块;MCODE法划分气虚血瘀证分子网络,得到18个证候模块;MCODE法划分芪龙胶囊分子网络,得到6个药物模块;应用g:Profiler平台对模块进行生物功能富集分析,以P<0.05为富集显著的阙值,GO生物过程与Reactom通路富集结果均显示,模块功能与IS相关,具有生物学意义。3.2.3识别与分析病证结合模块应用超几何分布函数,识别129个IS疾病模块中,气虚血瘀证基因显著富集的模块,以P<0.05为显著富集的阙值,得到8个IS气虚血瘀证的病证结合模块;通过2个步骤筛选病证结合模块的核心靶基因:首先,以至少满足大于节点betweenness 值中位数 0.00028548、closeness 值中位数 0.47262702、degree 值中位数 61中的两项为条件,筛选出25个节点;然后,以Cytoscape软件中的cytoHubba插件识别出 10 个核心靶基因:IL1B、FN1、INS、EGF、MAPK1、MMP2、VEGFA、CASP3、MAPK8、MMP9;应用g:profiler平台进行GO生物过程分析,结果显示,富集结果最显著的是细胞凋亡、氧化应激、白细胞分化,均与IS病理机制相关。3.2.4识别并分析药物与病证关联模块将3.2.3部分识别出的8个病证结合模块,分别与芪龙胶囊分子网络取交集,得到2个药物与病证关联模块:Module1和Module2,共包含98个靶标;根据国际权威蛋白质知识库UniProt中的分子功能,将98个芪龙胶囊与IS气虚血瘀证关联模块的靶标,按益气活血药治疗IS气虚血瘀证的药理作用归为抗血栓形成等1 1类。从整体上来看,芪龙胶囊治疗IS气虚血瘀证具有多靶标、多成分协同作用的特点;此外,黄芪主要有效成分黄芪甲苷的靶标数量最多(19),在抗血栓生成方面,黄芪甲苷和蚓激酶作用的靶标数量最多(6,3)。通过2个步骤筛选药物与病证关联模块的核心靶标(方法同3.2.3),得到芪龙胶囊治疗 IS 气虚血瘀证的核心靶标:SELP、MMP3、FGF2、JUN、FOS、HMOX1、PPARG、VCAM1、EGFR、PLG;对药物与病证关联模块,进行GO生物过程与Reactom通路富集分析(方法同3.2.2),结果显示,芪龙胶囊治疗IS气虚血瘀证参与30条生物过程,涉及生物调控、细胞过程、对刺激的反应、解剖结构发育4类,主要包括:细胞凋亡(apoptotic process)、调控细胞程序性死亡(regulation of programmed cell death)、炎症反应(inflammatory response)等;参与9条信号通路,涉及细胞信号转导、免疫调节、细胞外基质和代谢4类,主要包括:雌激素受体信号通路、EGFR信号通路、PI3K/AKT信号通路等。4研究结论(1)芪龙胶囊可能在改善IS患者的神经功能缺损、降低IS复发率、提高患者日常生活活动能力和改善血液流变学方面有一定优势;(2)IS气虚血瘀证的潜在核心靶基因可能为:MMP9、MAPK1,芪龙胶囊治疗IS气虚血瘀证的分子网络机制可能与抗炎、抗血栓形成、血管生成、抗细胞凋亡、抗氧化应激作用有关,主要通过黄芪甲苷、蚓激酶等多个有效成分协同干预SELP、FGF2等靶标,调控雌激素受体信号通路、PI3K/AKT信号通路等发挥作用。5创新点(1)运用系统评价与Meta分析方法评价了芪龙胶囊临床治疗IS的作用优势,并从中医整体观和病证结合角度出发,运用网络药理学方法探索其治疗IS气虚血瘀证的分子网络机制,为其临床精准定位提供了客观依据,使其临床定位深入到分子水平;(2)通过计算机预测结合模块的拓扑分析,识别出芪龙胶囊主要有效成分黄芪甲苷的靶标PLG可能是治疗IS气虚血瘀证的新的潜在核心靶标,与血管生成作用相关。
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