基于网络药理学的山豆根抗癌机制研究

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:louisvu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要 [目的]运用网络药理学反向分子对接的原理,对山豆根抑癌作用机制进行预测。[方法]筛选山豆根化学成分25个,通过PharmMapper数据库查找相关靶点,NCBI数据库进行靶点的校正,利用DAVID数据库筛选药物的KEGG通路,运用cytoscape建立山豆根的“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”多层次作用网络图。[结果]山豆根的25个化学成分可调控CTBP2、CDKN1B、ABL1等51个靶点,得到相关通路25条,涉及癌症、炎症、肝病、心血管病等疾病,其中10条通路与癌症相关。[结论]通过网络药理学的分析方法,预测了山豆根的抗癌作用机制,为深入研究山豆根的药理作用提供方向。
  关键词 山豆根;网络药理学;抗癌;作用通路
  中图分类号 R285 文献标识码 A
  文章编号 0517-6611(2021)17-0165-05
  doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.17.044
  Abstract [Objective] To predict the antitumor mechanism of Sophora tonkinensis by using the principle of reverse molecular docking in network pharmacology.[Method]25 chemical constituents of Sophora tonkinensis were screened, and the related targets were searched through the pharmapper database, the targets were adjusted by NCBI database, the KEGG pathway of drugs was screened by DAVID database, and the multi-level action network diagram of “medicinal materials-chemical composition-target-action pathway-pharmacological action-clinical application” was established by using Cytoscape.[Result]The 25 chemical components of Sophora tonkinensis could regulate 51 targets such as CTBP2, CDKN1B and ABL1, and 25 related pathways were obtained, involving cancer, inflammation, liver disease, cardiovascular disease and other diseases.Ten of them are related to cancer.[Conclusion]The anti-cancer mechanism of Sophora tonkinensis is predicted by network pharmacology analysis method, which provides direction for further study on pharmacological action of Sophora tonkinensis.
  Key words Sophora tonkinensis;Network pharmacology;Anti-cancer;Action pathway
  山豆根是豆科植物越南槐(Sophora tonkinensis Gagnep)的根,又名苦豆根(《中藥材手册》)、广豆根、小黄连、三小叶山豆根、胡豆莲、柔枝槐等,《经验方》中记载其为黄结[1]。山豆根主要化学成分有苦参碱、氧化苦参碱、金雀花碱和甲基金雀花碱等生物碱;山豆根色满二氢黄酮、槲皮素、芦丁等黄酮类;羽扇豆醇、槐花二醇等三萜类和小分子酚性及其他化学成分,如麦芽酚、大黄素、β-谷甾醇、三叶豆紫檀苷等。2015年版《中华人民共和国药典》中对山豆根记载是“有豆腥气,味极苦,性寒,归肺、胃经”。《本草图经》中记载山豆根含服可治咽喉肿痛;《本草纲目》曰:“清肺热,除痰咳”。现代药理研究表明,山豆根主要有抑癌、抑菌、抗炎、抗病毒、抗心律失常等药理活性[2-3]。
  山豆根的抗肿瘤作用越来越受到人们的关注。据报道山豆根多糖对肿瘤有一定的抑制作用[4]。山豆根生物碱中含量较高的苦参碱和氧化苦参碱在诱导肿瘤细胞分化、促进肿瘤细胞凋亡以及对分化和凋亡基因的调控上表现出一定的作用[5],苦参碱与H22-TIM2瘤苗联用对小鼠体内移植瘤的抑制效果比单用更加明显[6]。山豆根中金雀异黄素、槐属二氢黄酮G、槲皮素、山豆根酮等12种黄酮对人肿瘤细胞株均有不同程度的抑制作用,二氢黄酮和黄酮醇是抗肿瘤作用的主要黄酮类型[7]。临床中已有用山豆根治疗癌症的成功案例,国医大师李济仁就有用山豆根、鱼脑石、射干、茜草等等10种药材治疗鼻咽癌的经典良方[8]。中医认为,肺热痰火及肝胆热毒上扰为鼻咽癌发病主要原因,对痰浊凝聚型和火热内困型鼻咽癌采用含山豆根的药方进行治疗[9]。中医研究院广安门医院用山豆根、草河车、夏枯草自制生药片,结合外用药治疗宫颈癌效果显著。
  网络药理学通过构建药物分子-靶点生物网络、分子-分子生物网络、靶点-靶点生物网络、疾病-疾病生物网络、药物分子-靶点-疾病生物网络等,分析药物、靶点、疾病三者在网络中的联系,研究思路与中医药研究理念、特性以及方剂原则存在一定的共性[10]。通过网络挖掘关键节点研究中药“多成分、多靶点”的特点与中医辨证论治的理念相符,已越来越多地应用到中药作用机制和中药有效成分的筛选研究[11-12]。笔者以山豆根为研究对象,基于网络药理学方法探讨山豆根的药效成分及其潜在作用靶点,并建立“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”的网络关系模型,通过网络分析认识山豆根的抗肿瘤作用机制。   1 材料与方法
  1.1 化合物信息
  前期建立了不同产地山豆根药材指纹图谱,并采用高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术对山豆根中的化学成分进行定性分析,鉴定出化学成分47个,结合文献报道,选取25个活性成分,包括苦参碱、氧化苦参碱、N-甲基金雀花碱、金雀花碱、臭豆碱、槐胺、槐定碱、5α-羟基槐果碱、8-甲雷杜辛、槲皮素、芒柄花素、山豆根色满查耳酮A、山豆根色满查耳酮B、山豆根色满查耳酮C、山豆根色满二氢黄酮A、山豆根色满二氢黄酮C、山豆根色满二氢黄酮D、水仙苷、β-谷甾醇、大黄素、大黄素甲醚、番石榴酸乙酯、麦芽酚、槐花二醇、三叶豆紫檀苷[13]。
  1.2 搜寻其潜在的药物靶标
  首先,应用ChemBioDraw Ultra 12.0软件画出该化学成分的二维结构式,以.mol格式保存,再通过应用ChemBio3D Ultra 12.0软件将该化学成分的二维结构式转换为三维立体结构图,并对其立体结构进行优化,另存为.mol2格式的文件。在PharmMapper(包含7 000余个重要靶标结构的信息和药效团模型,涵盖了349种生物功能和110种临床适应症)中导入.mol2格式的文件,库中各数值均设成100,选物种为人类,得到一个ID号,将ID号输入“get result”,进行Results Downloading,生成Excel,筛选出fit值大于4.5或者前20个的Target Name,得每种分子对应的潜在药物靶标。
  1.3 药物靶标的筛选和校正
  使用美国国立生物技术信息中心(national center for biotechnology information,NCBI)数据库的Gene 基因搜索功能(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/),将筛选出的分子-靶点匹配度(fit)大于4.5的Target Name输入到NCBI数据库中,限定物种为人,将符合要求的所有基因换为official symbol。经上述数据库检索和转化操作,获取与活性成分相关的基因信息。
  1.4 潜在作用通路预测 利用DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)中功能注释工具(Functional Annotion Tool),上传搜索到的潜在药物靶点的ID号(Submit the gene list),之后选择KEGG-Pathway,选取P<0.05的所有通路,即可输出所有靶点作用的体内通路,化合物、靶点和通路之间用Tab键隔开,建立相应的TXT格式文本文档。
  1.5 建立“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”网络图 利用Cytoscape软件,画出“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”的作用网络图,各部分用不同的颜色进行区分。
  2 结果与分析
  2.1 山豆根药材-化学成分-靶点分析
  通过文献检索得到了数十个山豆根化学成分,最终取25个化学成分,其中包括苦参碱、氧化苦参碱、N-甲基金雀花碱等生物碱类成分8个,山豆根色满査耳酮A、B、C等黄酮类成分10个,以及其他类型化学成分7个。通过PharmMapper数据库,筛选每种成分对应的潜在药物靶点(分子-靶点匹配度(fit)≥4.5),落在作用通路上的靶点共有52个,每个化学成分对应的潜在靶点如表1所示。
  2.2 山豆根靶点-作用通路分析
  通过DAIVD进行功能注释和KEGG通路分析,得到25条信号通路(P<0.05)如表2所示,分别涉及癌症、肝病、炎症等相关的信号传导通路。与癌症有关的通路:Prostate cancer(hsa05215)、Pathways in cancer(hsa05200)、Chemical carcinogenesis(hsa05204)、Osteoclast differentiation(hsa04380)、Ras signaling pathway(hsa04014)、Adipocytokine signaling pathway(hsa04920)、ErbB signaling pathway(hsa04012)、Chronic myeloid leukemia(hsa05220)、Neurotrophin signaling pathway(hsa04722)、Cell cycle(hsa04110);與抗炎作用有关的通路:Osteoclast differentiation(hsa04380)、Toxoplasmosis(hsa05145)、Adipocytokine signaling pathway(hsa04920)、Osteoclast differentiation(hsa04380);与抗心律、降血脂和保肝有关的通路:PPAR signaling pathway(hsa03320)、Non-alcoholic fatty liver disease (hsa04932)、ErbB signaling pathway(hsa04012);Non-alcoholic fatty liver disease(hsa04932)、Drug metabolism - cytochrome P450(hsa00982)、Tyrosine metabolism(hsa00350)、Metabolism of xenobiotics by cytochrome(hsa00980)、Purine metabolism(hsa00230)、cAMP signaling pathway(hsa04024)、ABC transporters(hsa02010)、Biosynthesis of antibiotics(hsa01130)、AMPK signaling pathway(hsa04152)、Chagas disease(hsa05142)、Dopaminergic synapse(hsa04728)、Metabolic pathways(hsa01100)、Platelet activation(hsa04611)。   根据 KEGG 网站上的通路信息及相关文献,对与癌症相关的4条通路的生物学意义描述如下:
  (1)Prostate cancer(hsa05215)。前列腺癌是男性最常诊断的癌症,也是男性癌症死亡的第二大原因。前列腺癌细胞的识别涉及生长因子信号通路中的NKX3.1、PTEN、p27和雄激素(AR)靶点,这几个靶点对前列腺癌细胞表达起关键作用。NKX3.1和PTEN不足将导致p27水平的降低和减少细胞凋亡,从而导致前列腺癌的发生。山豆根中的化学成分槐定碱、山豆根色满二氢黄酮A、大黄素甲醚等作用于该通路,推测这些成分与抗前列腺癌作用有关。
  (2)Chemical carcinogenesis(hsa05204)。基因毒性致癌物攻击DNA和RNA等生物大分子,通过影响新陈代谢直接或间接影响这些生物大分子的表达,形成DNA加合物。DNA加合物是化学毒物经生物系统代谢并活化后的亲电活性产物与DNA分子特异位点结合形成的共价结合物。如果DNA加合物逃避细胞修复机制和持续下去,他们可能会导致错编密码,从而形成永久性的突变。以上机制会诱导炎症的发生、免疫反应的抑制和活性氧的形成,改变细胞信号传导通路,从而导致超突变型和基因组不稳定,形成细胞增殖失控等癌变特征。作用于该通路的山豆根中化学成分有山豆根色满查耳酮B、β-谷甾醇、番石榴酸乙酯,推测这些化学成分可能与抗癌作用有关。
  (3)Neurotrophin signaling pathway(hsa04722)。神经营养因子是一个家庭的营养因素,参与神经细胞的分化和生存,通过接触激酶或自我生成受体酪氨酸激酶受体(p75NTR)。p75NTR属肿瘤坏死因子受体超家族成员,主要在神经细胞的早期发育过程中丰富表达,通过不同的信号转导通路诱导以神经细胞为主的细胞增殖、分化、凋亡等,发挥多重生物学效应[13]。槐胺作用这条通路,推测槐胺可能具有促进癌细胞分化和调亡的作用。
  (4)Ras signaling pathway(hsa04014)。Ras GTPase 蛋白信号通路有调节细胞的增殖开关、生存、生长、迁移、分化和细胞骨架活力的功能。GTPase通常行使肿瘤抑制基因的功能,促进 Ras活化蛋白水解,抑制肿瘤的发生、发展[14]。在山豆根药物中槲皮素作用该通路,推测槲皮素对肿瘤的抑制有一定的效果。
  山豆根通过通路调节肿瘤坏死因子、细胞分化、细胞调亡等机理起到抑癌作用。Prostate cancer(hsa05215)通过NKX3.1、PTEN和p27蛋白调控药理作用;Ras signaling pathway(hsa04014)通过GTPase行使肿瘤抑制基因的功能,促进 Ras活化蛋白水解,抑制肿瘤的发生;Neurotrophin signaling pathway(hsa04722)通过肿瘤抑制因子和细胞分化促进癌细胞分化和调亡。
  2.3 山豆根“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”网络模型构建 整合山豆根的化学成分、靶点和通路信息,结合文献报道的山豆根药理作用和临床应用,得到“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”的作用网络图(图1)。
  3 结论与讨论
  通过对山豆根作用机制网络图分析发现,主要与癌症、炎症、肝病、心血管病等药理作用有关,其中Prostate cancer(hsa05215)、Pathways in cancer(hsa05200)等10条通路与癌症相关。针对山豆根25种化学成分进行分析,其中有20种成分作用于上述药理作用相关通路,各自调控不同的基因,包括苦参碱、氧化苦参碱、臭豆碱、槐胺、槐定碱、山豆根色满二氢黄酮 A、山豆根色满二氢黄酮 C、8-甲雷杜辛、山豆根色满查耳酮A、山豆根色满查耳酮B、山豆根色满查耳酮C、槲皮素、水仙苷、槐花二醇、麦芽酚、番石榴酸乙酯、大黄素、大黄素甲醚、β-谷甾醇、三叶豆紫檀苷,其中山豆根色满二氢黄酮A的作用最为广泛, 涉及了癌症、炎症、心血管疾病、肝病及血脂水平的调控;参与对癌症调控的成分主要有苦参碱、氧化苦参碱、槐胺、槐定碱、臭豆碱、番石榴酸乙酯、山豆根色满二氢黄酮 A、山豆根色满二氢黄酮 C、山豆根色满查耳酮A、山豆根色满查耳酮B、山豆根色满查耳酮C、槲皮素、水仙苷、大黄素、大黄素甲醚、β-谷甾醇、麦芽酚、三叶豆紫檀苷。山豆根色满二氢黄酮A、槐胺、水仙苷3种化学成分对炎症有调控作用;对心血管病的调控有槐花二醇、山豆根色满二氢黄酮A、β-谷甾醇、大黄素甲醚、山豆根色满查耳酮A、槐定碱;涉及肝病的有大黄素甲醚、山豆根色满二氢黄酮A和槐定碱。
  利用網络药理学来寻找、优化和确认中药作用靶点,通过建立“药材-化学成分-靶点-作用通路-药理作用-临床应用”网络模型,构建起完整的网络图。在此基础上进行网络分析,探讨中医药的药效成分及其潜在的药理作用和临床应用,为新药研发和药物作用机制的研究提供了新思路。
  参考文献
  [1] 李经纬,余瀛鳌,蔡景峰,等.中医大辞典[M].2版.北京:人民卫生出版社,2004:122.
  [2] 张涛.山豆根药理作用与临床应用研究近况[J].广西中医学院学报,2008,11(3):110-111,117.
  [3] 丁佩兰,陈道峰.中药山豆根及其制剂的药理作用、临床应用与不良反应[J].中国临床药学杂志,2003,12(5):315-318.
  [4] 彭湘君.山豆根多糖的提取工艺及抗肿瘤活性研究[D].赣州:赣南师范学院,2012.
  [5] 申晓东,宋关斌,严润彬,等.苦参碱和氧化苦参碱抗肿瘤作用的研究进展[J].重庆大学学报(自然科学版),2005,28(6):125-128.
  [6] 马玲娣.中药苦参碱抗肿瘤作用的实验研究[D].重庆:重庆医科大学,2005.
  [7] 何常明.苦参和山豆根黄酮类成分及其生物活性的比较研究[D].上海:复旦大学,2010.
  [8] 卢祥之.国医大师李济仁经验良方赏析[M].北京:人民军医出版社,2012:159-163.
  [9] 达瑞,刘永琦.中西医结合治疗鼻咽癌的研究进展[J].亚太传统医药,2010,6(10):141-143.
  [10] 汤佩佩,白明,苗明三.中医药研究与网络药理学[J].中医学报,2012,27(9):1112-1115.
  [11] 张贵彪,陈启龙,苏式兵.中药网络药理学研究进展[J].中国中医药信息杂志,2013,20(8):103-106.
  [12] 刘珺,黄咏梅,王晖.网络药理学的研究进展[J].华西药学杂志,2014,29(6):723-725.
  [13] 丁佩兰.山豆根和苦参化学成分的比较研究[D].上海:复旦大学,2004.
  [14] 张红凯,陈杰.RAS-GTPase活化蛋白在肿瘤发生发展中作用的研究进展[J].中国医学科学院学报,2015,37(3):364-369.
其他文献
摘要 为了研究葡萄园行间覆盖防草布对“红地球”葡萄果实生长发育的影响,用7年生的“红地球”葡萄树为试验材料,测量“红地球”葡萄果粒纵径、横径、果粒重、果实可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果实着色参数等。 结果表明,行间覆盖防草布对“红地球”葡萄果粒纵横径、果粒重和果实可溶性固形物没有影响,但在膨大期推迟了果粒重增长,在成熟期降低了果实可溶性固形物含量;其可滴定酸含量增加;果面颜色指数CIRG增加。
我国工程教育专业认证已进入新的推进阶段,对工程人才培养提出了更高的要求.为了有效培养学生的实践创新能力,提高学生的综合素质,该文以聊城大学食品科学与工程专业为例,论
摘要 以陕北黄土高原为研究区,利用InVEST固碳功能评价模块,定量评价了退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区碳固定效益的影响。结果表明:研究区2000—2010年草地、灌丛、林地面积分别增加了3 204.0、 285.3和122.7 km2,耕地面积减少了3 984.5 km2,退耕还林还草工程土地覆被变化显著。研究区10年间碳固定能力整体提升,其中,延安市境内各流域平均固碳增加量为
摘要 通过开展桂平市农用地整治潜力研究,达到合理利用耕地、保护生态环境、提高耕地质量、集约节约用地、提高土地利用效率的目的。从土地利用率、土地利用程度、農用地整治迫切度3个维度选取7个指标建立评价指标体系,对数据进行标准化后使用熵权法确定各指标权重,最终建立综合评价模型,对2016年桂平市农用地整治潜力进行评价。结果表明,桂平市农用地整治Ⅰ级潜力区占桂平市耕地总面积的14.70%;Ⅱ 级潜力区占桂
摘要 [目的]比较山东沿黄稻区麦茬直播种植的高产、优质水稻品种。[方法]通过适当晚播,考察品种的生育期、产量、品质等指标,明确其产量形成特征,对筛选品种适应性和品质进行评价。[结果]不同水稻品种的生育期存在显著差异,立香85、隆优419等6个品种在该地区麦茬直播不能正常成熟;吉宏6号、秋田小町、HN-2019-93等10品种可以正常成熟,但产量存在显著差异,产量在3 993.00~8 440.95
摘要 研究酉阳烟区适宜株距和施氮量,为重庆酉阳县烟区优质优产栽培提供科学依据,采用株距和施氮量2因素3水平随机区组试验,以云烟87为试验材料,研究株距和施氮量对烤烟农艺性状、化学成分和产质量的影响。株距0.45 m和施氮量99 kg/hm2下,烤烟经济性状较其他水平好;在相同株距条件下,随着施氮量的增加,总氮、烟碱的含量呈增加的趋势,而总糖、还原糖、钾、钾氯比和糖碱比均呈下降的趋势;在相同施氮量条
摘要 [目的]评定液相色谱-串联质谱法测定三文鱼中生物胺的不确定度。[方法]样品经过5%三氯乙酸提取、正己烷除脂、丹磺酰氯丙酮溶液衍生化后,液相色谱-串联质谱分析三文鱼中9种生物胺的含量,对方法相对标准不确定度、标准不确定度、扩展不确定度进行评估。[结果]色胺、β-苯乙胺、腐胺、尸胺、酪胺、组胺、精胺、亚精胺、去甲基肾上腺素的平均值分别为4.30、5.59、5.72、6.21、4.85、5.48、
摘要 从北京市水资源现状和农村再生水回用情况出发,结合对北京农村水景观构建现状的调研,对北京市农村水景观构建存在的问题进行了分析,从而证明再生水回用于农村水景观建设的必要性。针对古村落、农业观光园、城乡接合部和生态涵养村4种北京农村类型,阐述了基于再生水的北京农村水景观构建策略与措施,并分析了北京市农村再生水构建水景观的社会效益、经济效益与环境效益。  关键词 再生水;农村;回用;水景观  中图分
摘要 为了解湖北省秸秆综合利用情况,通过线上问卷和线下走访两种方式,对湖北省部分地区秸秆种类、数量和综合利用展开调查。湖北省农作物以水稻为主,占农作物种植总量的60.39%,其次是小麦、玉米和油菜。2019年湖北省秸秆资源量初步预测为4 613万t,水稻是秸秆的主要来源,占秸秆资源总量的53.47%。湖北省秸秆处置方式中,还田占比40.61%,焚烧占比25.10%,饲料化占比30.84%,燃料化占
目的分析超早产儿脑室内出血的危险因素及大脑中动脉(MCA)血流参数的预测价值。方法抽取2019年1月至2020年10月山西省儿童医院收治的61例脑室内出血超早产儿作为脑室内出血组,并以1∶1配比抽取同期收治的61例无脑室内出血超早产儿作为健康对照组,收集两组的临床资料,分析超早产儿发生脑室内出血的影响因素,并对比两组超早产儿出生后不同时间MCA血流参数[舒张期最高血流速度(Vd)、收缩期最高血流速