首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 药学论文 > 药理学论文 > 网络药理学及分子对接技术分析三白草抗炎作用机制

网络药理学及分子对接技术分析三白草抗炎作用机制

2024-08-08 179 上传者：管理员

摘要：目的基于网络药理学及分子对接技术分析三白草抗炎作用机制。方法依托TCMSP数据库和相关文献筛选三白草主要活性成分，利用Swiss Target Prediction平台预测其作用靶点，用Cytoscape3.9.1软件构建“三白草—活性成分—靶点基因”网络图；将三白草主要成分作用靶点与抗炎靶点进行交集，绘制韦恩图，上传至String平台，进行蛋白互作(PPI)分析；通过Metascape数据库，对相应靶点开展基因本体(GO)富集分析及生物代谢通路(KEGG)富集分析并进行分子对接验证。结果三白草的主要活性成分为马纳萨亭A、马纳萨亭B、三白脂素-7、三白脂素-8、三白草酮等，可作用于肿瘤坏死因子(TNF)、RAC-α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT1)、雌激素受体1(ESR1)、前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2)等161个抗炎靶点；生物过程涉及条目主要包括激素反应、肽反应等共计1 774项，分子功能涉及条目包括蛋白激酶活性、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等共计191项，细胞组分涉及条目包括受体复合物、神经元细胞体、树突等共计129项；三白草中主要有癌症、趋化因子、钙离子、Apelin、Notch等信号通路参与抗炎。结论三白草可能通过槲皮素、三白草酮、马纳萨亭A、马纳萨亭B等关键成分影响TNF、AKT1、ESR1等抗炎靶点，参与趋化因子等相关信号通路，发挥其抗炎作用。

关键词：
三白草
作用机制
抗炎
抗肿瘤
网络药理学;
加入收藏

三白草为三白草科植物的地上干燥部位，性味甘、辛、寒，在机体内能够发挥利尿消肿、清热解毒等功能，多用于水肿、小便不利、淋沥涩痛、带下、疮疡肿毒、湿疹等治疗[1]。三白草含木脂素类、黄酮类、挥发油类、生物碱类、多糖类、多酚类、脂溶性和萜类成分，还含有微量元素等，抗炎、保肝、抗肿瘤、降血糖等为其主要药理活性[2]。中药发挥药效具有多成分—多靶点—多通路特征，网络药理学通过检索网络数据库，将生物信息学、多向药理学等多学科内容进行整合，构建“药物—靶点—疾病”网络关系，对药效物质基础进行全面的网络分析，从整体层次预测药物治疗疾病的作用机制[3]。本研究运用网络药理学及分子对接理论，探究三白草抗炎的作用机制，为进一步了解三白草的抗炎作用机制提供参考。

1、方法

1.1三白草活性成分筛选

登录中药系统药理学数据分析平台，以“三白草”为检索词，“口服生物利用度”“类药性”为筛选标准进行检索，并通过查阅相关文献补充其活性成分。

1.2活性成分—靶点网络的构建

将TCMSP数据库及文献补充所得活性成分导入Swiss Target Prediction进行作用靶点预测，将每个成分的预测结果中可能性为0的结果去除，得到三白草药效物质的靶点基因信息。利用相关程序构建“三白草—活性成分—靶点基因”药效网络图谱，并对药效物质基础进行验证。

1.3抗炎作用靶点筛选

分别登录GeneCards、OMIM、TTD数据库，以“inflammation”为关键词检索抗炎相关的靶蛋白。将GeneCards数据库所得靶蛋白根据Relevance score筛选出大于平均值的靶点，整合OMIM、TTD三个数据库所得结果进行汇总、去重，得到抗炎作用的相关靶点。

1.4蛋白互作(PPI)网络的构建

将三白草主要成分作用靶点与抗炎靶点进行交集，绘制韦恩图得到交集靶点，并通过String数据库进行PPI网络构建及可视化分析。

1.5基因本体(GO)富集分析和生物代谢通路(KEGG)富集分析

将交集靶点导入Metascape数据库，物种设置为“H.sapiens”,选择“自定义分析”,首先利用“Enrichment”分别获得GO细胞组分、生物过程、分子功能及KEGG富集结果，其次应用相关可视化分析软件绘图。

1.6分子对接验证

采用AutoDock Vina(V1.12)程序，对已明确的三白草活性成分及核心靶点进行分子对接，探讨二者之间的相互作用模式及程度。(1)活性成分处理：采用AutoDockTools-1.5.6程序，打开在Zinc下载的mol2文件，在编辑菜单中添加氢并计算电荷。找到Ligand菜单中的旋转式按键，进行选定，将“pdbqt”文件输出；(2)依据相关资料中规定的蛋白质筛选原理，从Protein Data Bank官网下载靶点蛋白，利用PyMOL-2.4.0进行水分去除及提取原始配体提取操作处理，然后进行氢化、电荷计算；(3)采用AutoDockTools-1.5.6程序，以原始配体为核心，进行相关参数确定，或借助相关网站开展初步预测，同时选取自由结合能最小结合位点作为对接盒子中心，并记录相关数据；(4)设定盒子参数大小等数据，采用AutoDock Vina(V1.12)程序完成分子对接；(5)采用相关程序进行结果处理。

2、结果

2.1活性成分筛选

共筛选出6种三白草活性成分，通过查阅相关文献补充活性成分4种，共得出主要活性成分10种，分别为马纳萨亭A、马纳萨亭B、三白脂素-7、三白脂素- 8、三白草酮、木兰藤木脂素-5、槲皮素、槲皮苷、金丝桃苷、Δ5,22豆甾烯醇，见表1。

表1三白草活性成分

2.2活性成分—靶点网络的构建

将三白草活性成分导入Swiss Target Prediction平台进行作用靶点预测，将每个成分的预测结果中可能性为0的结果去除，得到三白草活性成分及作用靶点基因信息，通过相关软件绘制获得网络图，见图1(封三)。图中“土黄色八边形”表示中药三白草，“黄色菱形”表示三白草活性成分(共10个),“橙色圆形”表示活性成分所作用的靶点基因共268个，黄色节点与橙色节点之间的线代表药物活性成分与成分作用靶点之间的相互作用关系[4-7]。活性成分按照Degree值排列为木兰藤木脂素-5(Degree值为114)、槲皮素(Degree值为105)、Δ5,22豆甾烯醇(Degree值为45)、三白草酮(Degree值为36)、金丝桃苷(Degree值为23)、槲皮苷(Degree值为22)、马纳萨亭A(Degree值为13)、三白脂素- 8(Degree值为11)、马纳萨亭B(Degree值为10)、三白脂素-7(Degree值为5)。

2.3抗炎作用靶点筛选

分别在GeneCards、OMIM、TTD数据库中以“inflammation”为关键词检索抗炎相关靶点蛋白。在GeneCards数据库中，共获得11 296个靶点蛋白，根据其Relevance score值筛选出大于平均值的靶点2 909个，整合OMIM、TTD数据库所得结果进行汇总、去重，得到抗炎相关靶点2 945个。

2.4 PPI网络构建

将三白草活性成分作用靶点与抗炎靶点进行交集，绘制韦恩图，得到161个交集靶点，见图2。利用String数据库对交集靶点构建PPI网络，并利用Cytoscape3.9.1进行可视化，见图3(封三)。图3中，节点越大、颜色越深，表明该靶点蛋白的重要性越高；节点前面的连线越粗，则表明蛋白之间交互作用愈加密切。Degree值前10位的靶点分别为：肿瘤坏死因子(TNF)、RAC-α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT1)、表皮生长因子受体(EGFR)、热休克蛋白90AA1(HSP90AA1)、缺氧诱导因子-1,α亚基(HIF1A)、SRC蛋白激酶(SRC)、雷帕霉素靶蛋白(MTOR)、雌激素受体1(ESR1)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)、前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2)。

图2药物与疾病靶点交集韦恩图

2.5 GO富集分析和KEGG富集分析

采用Metascape数据库对交集靶点开展GO富集分析，从而获取P<0.01的条目。其中，生物过程涉及条目主要包括激素反应、肽反应、蛋白质磷酸化等共计1 774项；分子功能涉及条目主要包括蛋白酶活性、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性、生长因子结合、类固醇结合等共计191项；细胞组分涉及条目包括受体复合物、神经元细胞体、树突等共计129项。KEGG富集分析结果显示，获取相关通路共计175条，表明三白草作用于癌症、趋化因子、钙离子、Apelin、核因子(NF)-κB等信号通路，见图4。

2.6分子对接结果

根据“PPI结果”及“成分—疾病—通路网络”的结果，采用AutoDock Vina(V1.12)程序进行分子对接，得分越低，表明小分子与蛋白质之间越容易结合，结果显示均为(-7～-10) kcal/mol,提示三白草活性成分(CXL23)与其药效靶点基因(PTGS2、CDKN1A、TP53、NCOA2、NOS2等)结合较为紧密，其中与TNF之间的结合能力最强[4]。

3、讨论

炎症是机体对外界刺激所作出的一种免疫应答，以红、肿、热、痛及功能紊乱为局部表现，全身发热等为全身表现[5]。三白草具有利尿消肿、清热解毒的功效，主要药理活性为保肝、中枢神经抑制、抗炎、抗肿瘤、降血糖、抗氧化、抗病毒等。本研究结果显示，PPI网络分析中，TNF、AKT1、EGFR、HSP90AA1、HIF1A、SRC、MTOR、ESR1、PPARG、PTGS2等基因发挥重要作用。TNF为一种关键的炎性细胞因子，其既有稳态又具有致病活性，可以对Treg细胞生长发挥抑制作用[6],并通过对NF-κB转录反应进行激活，诱导细胞凋亡从而引起炎症[7]。AKT1在细胞代谢、生长、迁移及基因表达等方面发挥重要作用，能够调控血管通透性，引起白细胞外渗及水肿，在急性炎症及组胺介导的血管渗漏中起到关键作用[8]。

EGFR为Ⅰ型跨膜糖蛋白，在细胞内可被诱导生成二聚体，被磷酸化后对下游信号通路进行激活，从而对细胞增殖、分化与生存发挥重要作用[9]。SRC为非受体蛋白酪氨酸激酶，在细胞增值分化进程中发挥关键作用[10]。通过前期研究发现，ESR1能够与ESRα结合，从而对NF-κB信号通路相关功能发挥调控作用。ESR1还能对NF-κB信号通路进行阻断，进而调节IL- 6启动因子转录进程。PTGS2为膜结合型限速酶，在病理进程中，细胞因子、内毒素及有丝分裂原的刺激可诱导该酶的形成，并通过分泌前列腺素促进炎症及肿瘤的发生发展[11]。

图4KEGG富集分析气泡图

综上所述，本研究运用网络药理学的方法，发现三白草可能通过槲皮素、三白草酮、马纳萨亭A、马纳萨亭B等关键成分影响TNF、AKT1、EGFR、SRC、ESR1、PTGS2等抗炎靶点，参与癌症通路、趋化因子信号通路、钙离子信号通路、细胞周期、Apelin信号通路、Notch信号通路、PPAR信号通路、NF-κB信号通路，发挥其抗炎作用，体现了三白草抗炎作用的“多成分、多靶点、多通路”的特点，但其具体的抗炎机制仍需进一步验证。

利益冲突所有作者声明无利益冲突

图1“三白草—活性成分—靶点基因”作用网络图

图3交集靶点的PPI网络

参考文献:

[1]梁威.2020年版《中国药典》(一部)根及根茎类中药基原及药用部位统计分析[J].亚太传统医药,2022,18(8):168-172.

[2]葛雯,陈建伟,李祥,等.三白草地上部分化学成分研究[J].中草药,2023,54(11):3417-3423.

[3]孙冬梅,段福先,江洁怡,等.UPLC-DAD法同时测定不同干燥工艺三白草中5种黄酮成分的含量[J].广东药科大学学报,2019,35(4):506-510.

[4]黎黛清,胥爱丽,毕晓黎,等.不同产地三白草药材黄酮类成分薄层色谱鉴别研究[J].今日药学,2020,30(2):130-131,138.

[6]江洁怡,胥爱丽,李养学,等.基于UHPLC-Q-TOF-MS的三白草化学成分分析[J].广东药科大学学报,2019,35(6):746-751.

[8]翟英英,赵素霞.三白草木脂素类化学成分及其药理活性研究进展[J].中国合理用药探索,2021,18(5):98-100.

[9]段福先,孙冬梅,江洁怡,等.三白草药材HPLC指纹图谱研究[J].广东药科大学学报,2019,35(2):221-225.

[10]李尚,何若冲,余修邦,等.三白草酮抗炎抗肿瘤机制研究进展[J].国际老年医学杂志,2023,44(1):102-105.