基于网络药理学的益母草治疗心梗潜在靶点的研究

　　摘    要：

　　

　　基于网络药理学方法研究益母草治疗心梗的作用机制。采用中药系统药理学数据库及技术平台(TCMSP)根据OB≥30%和DL≥0.18的条件筛选出益母草中的化学成分及相关作用靶点,通过Uniprot数据库找出官方基因名称。利用疾病靶点相关数据库检索与心梗相关的靶点基因。将活性成分所对应的靶点基因和心梗相关的靶点基因交集,获得两者的共同基因即为益母草治疗心梗的关键靶点。使用Cytoscape软件构建中药-活性成分-关键靶点网络,根据度值进行筛选,寻找益母草治疗心梗的主要物质基础。将关键靶点导入String数据库获得蛋白互作关系,结果导入Cytoscape软件进行可视化。利用DAVID数据库及ClueGo插件对关键作用靶点进行GO注释分析和KEGG通路分析,探究益母草治疗心梗的生物过程及作用通路。

　　

　　关键词：

　　

　　益母草 心梗 网络药理学 潜在靶点

　　

　　目前,心梗是导致人类死亡的重要原因之一,对于急性心肌梗死来说,主要治疗手段是再灌注,减轻再灌注损伤逐渐成为抗心肌梗死的关键问题之一[1]。近年来的研究发现,中药在心梗的防治方面有着较好的效果。

　　

　　益母草[Leonurus artemisia (Laur.) S.Y.Hu F],为唇形科植物的新鲜或干燥地上部分,味苦、辛,性微寒,归肝、心包、膀胱经,主要功效为清热解毒、利尿消肿、活血调经。益母草中主要活性成分是盐酸益母草碱和盐酸水苏碱,都能够增强心血管活性[2]。近30年来,大量的实验和临床研究已经证明益母草碱具有溶栓、子宫兴奋、降脂、抗凝、抑制血小板的聚集、降低血液黏度、减少红细胞聚集、改善微循环、改变氧自由基等作用,从而为其用于心梗的治疗提供了依据[3]。

　　

　　网络药理学通过构建药物化学成分、作用靶点与疾病靶点之间的关系,从多成分、多靶点的角度阐明其作用机制。拟通过网络药理学的方法筛选出益母草的化学成分和作用靶点,同时检索疾病相关靶点,利用用于注释、可视化和集成发现的数据库(the Database for Annotation,Visualization and Integrated Discovery,DAVID)及ClueGo分析探究益母草治疗心梗的潜在作用通路,为临床治疗心梗提供新思路。

　　

　　1 材料与方法

　　

　　1.1益母草活性成分的筛选

　　

　　采用中药系统药理学数据库及技术平台(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP)筛选益母草中的活性成分。FJHQT作为汤剂,基于类药性(Drug-Like,DL)≥0.18和口服生物利用度(Oral bioavailability,OB)≥30%筛选,收集益母草的活性成分,同时利用TCMSP和文献检索收集其作用靶点。

　　

　　1.2构建活性成分-作用靶点

　　

　　将益母草的作用靶点名称标准化,同时删除重复项得到潜在作用靶点。利用Cytoscape软件构建“活性成分-潜在作用靶点”网络互作图。

　　

　　1.3心梗靶点的收集

　　

　　在GeneCards数据库和人类在线孟德尔遗传平台(Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)上,以“Myocardial infarction”为关键词,搜索与心梗相关的疾病作用靶点并删除重复项进行整合。

　　

　　1.4关键作用靶点的确定

　　

　　将药物作用靶点与疾病靶点交集,从而确认益母草治疗心梗的关键作用靶点,为后续进一步构建蛋白质与蛋白质的相互作用(Protein-Protein Interaction,PPI)网络图提供依据。

　　

　　1.5关键作用靶点构建“蛋白质-蛋白质”相互作用网络

　　

　　String数据库可用于构建“蛋白质-蛋白质”相互作用关系,将益母草治疗心梗的关键作用靶点数据导入String数据库,选择“Multiple Proteins by Names”/“Identifiers”一栏,将Organism设置为“Homo sapiens”,点击“search”,将“minimum required interaction score”一栏数值设置为大于0.9,点击update,获得蛋白互作关系,将得到的结果以TSV格式导出。

　　

　　1.6关键作用靶点的GO富集及KEGG通路分析

　　

　　通过DAVID数据库对关键作用靶点进行GO富集分析,分析选择细胞的组成(Cell Composition,CC)、分子的功能(Molecular Function,MF)和生物的过程(Biological Process,BP)3个因素,得到GO富集结果。利用 Cytoscape中的ClueGo插件对关键靶点进行京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析,从而得到益母草治疗心梗的作用信号通路。

　　

　　2 结果

　　

　　2.1益母草活性成分及相关靶点信息

　　

　　利用TCMSP数据库查询到益母草的化学成分52个。通过OB和DL值进行筛选得到其活性成分9个,将其相关靶点蛋白名记录于Excel表格中。

　　

　　2.2益母草潜在作用靶点预测结果及“活性成分-潜在作用靶点”网络分析

　　

　　通过TMCSP数据库收集52个活性成分的潜在作用靶点,将潜在作用靶点的蛋白名导入,得到对应的官方基因名。将活性成分及331个潜在作用靶点导入Cytoscape软件进行可视化,构建“活性成分-潜在作用靶点”网络图,从而揭示化学成分与靶点之间的关系(见图1)。

　　

　　2.3关键作用靶点的蛋白互作关系

　　

　　将上述156个关键作用靶点导入String数据库构建“蛋白质-蛋白质”PPI网络,设置研究物种为人类,在“minimum required interaction score”一栏,将其数值设置为大于0.9,点击“start”,得到蛋白互作关系。

　　

　　2.4关键作用靶点的生物功能预测及作用通路分析

　　

　　通过Cytoscape软件中的ClueGo插件对关键靶点进行KEGG通路富集分析,其中P<0.05的通路被显著富集。通过DAVID数据库对上述关键作用靶点进行GO注释分析。

　　

　　3 讨论

　　

　　心肌梗死是一种非常严重的致命性疾病,其总死亡率可达30%。中药益母草治疗心梗的作用机制尚不明确,运用网络药理学研究益母草治疗心梗的潜在作用机制,避免单靶点的局限,从探索研究多靶点出发,能够更加明确益母草治疗心梗的主要物质基础及其潜在的作用机制,为中药治疗心梗提供更多科学依据。

　　

　　本研究利用网络药理学的研究方法对益母草进行研究,得到益母草9个入血活性成分,预测了331个潜在作用靶点。在GO富集分析结果中,发现预测的关键靶点主要通过调控血管生成、血管发育、血栓形成等环节发挥作用。在KEGG通路分析结果中,发现预测的关键靶点主要集中作用在TNF通路、AGEs-RAGE通路和TGF等信号通路。这些通路主要在炎症、纤维化和免疫等方面发挥作用。

　　

　　4 结语

　　

　　通过网络药理学预测益母草防治心梗的关键靶点及其信号通路,推测该药对疾病的潜在作用机制,可能主要参与抗炎、调节免疫及纤维化等过程,为阐明中药治疗心梗的作用机制提供了科学依据。

　　

　　参考文献

　　

　　[1]WANG W D,WANG W,CHENG L,et al.Protection effects of Yindan xinnaotong and main components on myocardial ischemia reperfusion injury[J].China Journal of Chinese Materia Medica,2014(9):1690.

　　

　　[2]CHEN J M.A survey of motherwort research[J].Journal of Shenyang Pharmaceutical University,1991(4):296-298.

　　

　　[3]CHEN S R,ZhENG H R,CHEN H Q,et al.Study on the treatment of myocardial ischemia by the motherwort preparation[J].Chinese Critical Care Medicine,2002(1):19-22.

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