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网络药理学探讨红花治疗脓毒症心功能障碍的机制

2024-07-02 108 上传者：管理员

摘要：目的基于网络药理学探讨红花治疗脓毒症心功能障碍（sepsis induced myocardial dysfunction,SIMD）的机制。方法检索中药系统药理学平台（traditional chinese medicines systems pharmacology platform,TCMSP）、Swiss Target Prediction数据库，获得红花的有效成分和靶点；检索Genecards、OMIM数据库获取SIMD的相关基因，利用Jvenn平台分析得到重复靶点。运用String数据库和Cytoscape 3.10.1软件构建蛋白互作（protein-protein interaction,PPI）网络。通过DAVID软件对治疗SIMD的核心靶点进行GO和KEGG富集分析。结果药物靶点与疾病靶点交集后获得64个靶点，64个基因靶点对应10个活性成分，核心靶点有肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）、蛋白激酶（AKT1）、白细胞介素-6(interleukin-6)、白细胞介素-1β(interleukin-1β)等。GO富集分析显示，红花参与的生物过程主要为RNA聚合酶Ⅱ启动子的转录正调控等；KEGG富集分析显示，红花治疗SIMD的信号通路主要富集在癌症信号通路、脂质代谢等信号通路。结论红花可通过多途径、多成分、多靶点治疗SIMD，为进一步研究红花的疗效奠定了基础。

关键词：
信号通路
活血化瘀
红花
网络药理学
脓毒症心功能障碍
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每年全球约有3 000万脓毒症患者，其中约500万人死亡[1]。脓毒症容易累及心脏，导致心功能障碍[2,3]。目前SIMD无特效药，有研究发现中药可以改善脓毒症患者的预后[4]。红花（Carthamus tinctorius L.）是菊科植物红花的干燥花，性味辛温，归心肝经，具有活血化瘀、通经止痛的功效，主治胸痹心痛、瘀滞腹痛等[5]。现代药理研究发现，红花有扩张冠状动脉、抗感染、镇痛等药理作用[6]。本研究利用网络药理学方法探讨红花治疗SIMD的潜在化学成分、作用靶点和药物-靶点-疾病的关系，为红花治疗SIMD提供新的思路。

1、资料与方法

1.1红花化学成分和靶点的收集

在TCMSP数据库中进行红花活性成分和靶点的搜集。针对红花的全部成分，根据口服生物利用度（oral bioavailability,OB）≥30%和类药性（drug-likeness,DL）≥0.18的筛选条件进行筛选，从符合条件的活性化合物中进一步查找相应的靶点。针对缺乏靶点信息的化合物，利用Swiss Target Prediction数据库（http：//swisstargetprediction.ch）获取靶点信息，并通过Uniport平台将靶点转换为通用的基因名。

1.2获取SIMD的疾病基因

在Gencards(https：//www.genecards.org/）和OMIM(https：//www.omim.org）数据库中利用关键词“sepsis induced myocardial dysfunction”进行检索，通过合并搜索结果去除重复项，获取了SIMD的疾病基因。

1.3获取红花相关靶点和SIMD靶点交集

利用Jvenn在线工具获取红花相关靶点和SIMD靶点交集。

1.4蛋白互作网络制作及靶点筛选

在String(https：//string-db.org/）数据库中导入红花与SIMD的交集靶点，物种选择“Homo sapiens”，设置评分为0.4，制作交集靶点蛋白互作网络，下载tsv文件，导入Cytoscape 3.10.1，根据度值（degree）选出核心靶点。

1.5 GO和KEGG分析

在DAVID数据库（https：//david.ncifcrf.gov/）中，将红花与SIMD的交集靶点进行GO和KEGG富集分析，并通过微生信平台（http：//www.bioinformatics.com.cn/）作图。

2、结果

2.1红花有效成分及靶标的筛选

在TCMSP数据库中检索红花，得到化合物189个，在符合条件OB≥30%和DL≥0.18的情况下，获得了22个化合物。利用TCMSP的相关靶点功能，预测红花有效成分的相关靶点。对于缺乏靶点信息的有效成分，将在Pub Chem数据库中查询到的SMILES导入Swiss Target Prediction数据库中做进一步的靶点预测，最后使用Uniprot数据库将得到的靶点转换为统一的基因名称，删除重复数据后共得到418个红花靶点。

2.2 SIMD靶标的筛选

以“sepsis”关键词在Genecards、OMIM数据库中检索，经合并、去重后得到SIMD的靶标1 295个。取药物作用靶标与疾病靶标交集，得到64个交集基因靶标（见图1），对应10个活性成分（见表1），即红花治疗SIMD的潜在化学成分和靶标。

图1红花与SIMD靶点韦恩图

表1红花的活性成分

2.3构建PPI核心网络

将红花和SIMD的64个共同靶点导入STRING数据库绘制PPI网络，并通过Cytoscape 3.10.1软件可视化（见图2），根据相互作用节点degree值选取排名前5的靶点进行展示，见表2。

2.4 GO和KEGG富集分析

将红花治疗SIMD的64个潜在靶标导入DAVID数据库中，通过GO功能富集分析，设置筛选条件P<0.05，在生物过程（biological process,BP）方面，得到了440条条目；在细胞组成（cell composition,CC）方面，得到了45条条目；在分子功能（molecular function,MF）方面，得到了72条条目，并将GO富集中每个类别排名前10的以气泡图绘制（见图3）。图3显示，BP主要包括RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控、基因表达正调控、细胞凋亡、脂多糖的细胞反应、炎症反应等，CC主要包括细胞核、质膜、线粒体等，MF主要包括蛋白结合等。KEGG富集得到138条通路，选取P<0.05筛选结果中的前20条通路绘制气泡图，见图4。图4显示，富集的通路主要有癌症通路、脂质和动脉粥样硬化通路、TNF信号通路、AGE-RAGE信号通路等。

图2 PPI网络图

表2排名前5的靶基因degree值

3、讨论

本研究运用网络药理学对红花治疗SIMD的机制进行讨论，预测红花活性成分靶点和对应的靶向疾病途径，以便从多维度探讨红花治疗SIMD的作用机制。通过数据库分析，红花的有效成分主要有叶黄呋喃素、槲皮素、山奈酚、羽扇豆醇棕榈酸酯等。槲皮素在脓毒症中的研究较多，研究显示，槲皮素能抑制NOX2/ros介导的NF-κB/TXNIP信号通路，以改善心肌细胞的凋亡，缓解脓毒症心肌病[7]，山奈酚可通过调节Sph K1/S1P信号通路减轻LPS诱导的脓毒症炎症反应[8]，羽扇豆醇棕榈酸酯与细胞凋亡、抗感染相关[9,10]。

图3 GO生物功能富集分析

图4 KEGG通路富集分析

通过PPI网络分析，度值前5的靶标是TNF(60.0）、IL-6(59.0）、IL-1β(57.0）、AKT1(56.0）、TP53(54.0），提示这些靶标是治疗SIMD的关键靶标。目前SIMD的病理机制主要涉及氧化应激、炎症免疫反应、线粒体功能障碍引起的能量代谢紊乱、细胞凋亡等[11]。TNF通过激活核因子-κB(NF-κB）诱导细胞凋亡和程序性坏死[12,13],TNF-α能够刺激IL-6和IL-8的生成和释放，促进全身炎症反应综合征发生发展[14];AKT通过PI3K/AKT/m TOR途径介导细胞自噬减轻脓毒症引起的多器官功能衰竭[15];TP53是人类的肿瘤抑制蛋白，在脓毒症诱导的急性肾损伤中，去乙酰化P53可促进肾小管上皮细胞自噬减轻脓毒症急性肾损伤[16],BCL2凋亡相关蛋白可以预测脓毒症患者病死率[17],IL-1β是炎症反应的重要介质之一，参与多种细胞活动，包括细胞增殖、分化和凋亡。

以上结果表明，这些基因可能是红花治疗SIMD的关键靶点。GO和KEGG富集分析结果显示，这些靶标涉及与癌症通路、脂质与动脉粥样硬化、AGE-RAGE、TNF等信号通路相关的氧化应激、炎症免疫反应、线粒体功能、细胞凋亡等方面。使用网络药理学的方法对红花治疗SIMD的作用机制进行了分析，结果显示，红花可能通过有效成分叶黄呋喃素、槲皮素、山奈酚、羽扇豆醇棕榈酸酯等，作用于TNF、IL-6、IL-1β、AKT1、TP53等多个靶点，并通过癌症信号通路、脂质与动脉粥样硬化、AGE-RAGE、TNF等途径，介导免疫炎症反应、氧化应激、细胞凋亡等病理生理过程。基于这些结果，说明在治疗SIMD中，红花表现出多靶点、多成分、多途径的联合作用特征。

参考文献:

[4]陈治,崔娜,刘宏祥,等.参附注射液治疗脓毒症导致的应激性心肌病的回顾性研究[J].中国中医急症,202l,30(9):1632-1634.

[5]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].北京:中国医药科技出版社,2020:157-158.

[6]宋立人,洪恂,丁绪亮,等.现代中药学大辞典[M].北京:人民卫生出版社,2001:924-928.

[14]张文伟,魏威,曹红,等.肿瘤坏死因子-α在脓毒症大鼠心肌损害中的表达及作用机制[J].中国老年学杂志,2014,34(13):3682-3684.

[15]吴柳,蒋永艳,刘微,等.槲皮素通过PI3K/AKT/mTOR通路减轻脓毒症小鼠心肌损伤[J].中国急救医学,2021,41(3):238-243.

基金资助:福建省创伤骨科急救与康复临床医学研究中心项目(2020Y2014);

文章来源:庄良明,王冠珠,王嘉东,等.基于网络药理学探讨红花治疗脓毒症心功能障碍的机制[J].基层医学论坛,2024,28(18):1-4.