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蚕茧作用于结肠癌的网络药理学和分子对接研究

2024-08-07 53 上传者：管理员

摘要：目的运用网络药理学及分子对接模拟法，探索中药蚕茧治疗结肠癌的可能作用机制。方法检索相关文献，得到蚕茧中的主要化学成分，筛选出药物有效成分并预测其作用靶点，构建蚕茧成分-靶点网络图。通过检索得到结肠癌疾病靶点，进行蛋白互作网络（PPI）分析，筛选出药物-疾病交集靶点，作交集靶点基因图。行基因本体论（GO）分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，作相关图行可视化处理。最后对关键化合物和基因进行分子对接模拟，得到其对接结合能。结果本研究共得到蚕茧药物成分18种，预测靶点128个；结肠癌相关靶点1453个，药物-疾病共同靶点19个。通过PPI分析，得出7个关键作用靶点基因。分子对接结果提示，关键化合物和靶点基因具有良好亲和力。结论蚕茧治疗结肠癌可通过多靶点、多通路发挥作用。

关键词：
分子对接
消化道恶性肿瘤
结肠癌
网络药理学
蚕茧
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结肠癌是临床上一种常见的消化道恶性肿瘤，40～50岁为多发年龄，男女发病比约为2∶1，可受环境、体质、遗传等多种因素影响。本病临床上常表现为腹痛腹泻、黏液脓血便，或伴低热、乏力、消瘦等全身症状[1]。目前的治疗方案以手术为主，辅以放化疗及靶向治疗，虽可有效延长患者生存期，但不良作用和并发症极大地降低了患者的生存质量[2]。因此对痛苦性更小、更有效的新疗法的探索，受到医学界的广泛关注。《本草纲目》曾记载蚕茧可治痈肿疳疮、肠风便血。现代技术可从蚕茧中提取出丝胶，来进一步应用于临床。本研究基于网络药理学和分子对接，通过数据挖掘、计算机模拟、构建作用网络，预测蚕茧对结肠癌的作用通路与靶点，找出其可能的作用机制，为相关实验提供理论支持与向导，从而为临床新药研发提供思路。

1、资料与方法

1.1 蚕茧活性化合物筛选

以口服利用度（OB）≥30%为条件，在中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）中筛选出蚕茧的有效成分。使用UniProt数据库将化合物对应靶点转化为Gene Symbol。

1.2 蚕茧成分-靶点网络构建

将相关数据导入Cyto⁃scape 3.8.2软件，构建蚕茧成分-靶点网络图。

1.3 疾病靶点的获取

以“Colon cancer”为关键词，在DrugBank、在线人类孟德尔遗传（OMIM）、GeneCards数据库搜索查找结肠癌相关靶点，汇总后通过UniProt数据库转化为Gene Symbol。

图1 蚕茧成分-靶点图

1.4 结肠癌蛋白互作网络（PPI）建立

将有效靶点基因导入String数据库，作出PPI图。

1.5 蚕茧与结肠癌靶点交互关系分析

将共同靶点Gene Symbol分别导入Venny.2，得到交集靶点并绘制Venny图。

1.6 蚕茧-结肠癌共同靶点作用网络图

通过Cyto⁃scape3.8.2软件，作出药物-疾病共同靶点图。

1.7 运用注释、可视化和综合发现数据库（DAVID）进行富集分析

将药物与疾病共同靶点导入DAVID6.8数据库，进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析，得到相关数据；同时使用微生信，作出GO柱状图和KEGG气泡图。

1.8 关键化合物和核心靶蛋白的分子对接模拟分析

将调控网络及PPI中排名均优先的基因作为入选靶点，在蛋白质结构数据库（PDB）中导出其对应PDB格式分子结构文件；在TCMSP数据库中导出靶点数量较多化合物的Mol2格式分子结构文件，运用Ledock软件对二者进行分子对接模拟，得到最小结合能[3]。

2、结果

2.1 关键化合物及有效靶点筛选

最终筛选、整理出可纳入的蚕茧化合物共18个，通过UniProt将靶点转化为Gene Symbol，整合后最终得出有效靶点128个。

2.2 蚕茧成分-靶点网络建立

将蚕茧18个成分及128个靶点构成的调控网络可视化。见图1。

2.3 结肠癌疾病靶点获取

经筛选整理后，最终得到结肠癌有效靶点1453个。

2.4 PPI图

将结肠癌有效靶点导入String建立PPI图。

2.5 Venny分析

Venny分析显示，药物靶点有128个，疾病靶点有1453个，二者存在交集靶点19个。

2.6 交集靶点调控网络可视化

通过Cytoscape，作交集靶点调控网络图。见图2。

图2 蚕茧-结肠癌交集靶点调控网络图

2.7 GO功能富集分析

蚕茧对结肠癌作用靶点的GO分析包含33个生物过程、8个细胞组分、23个分子功能。生物过程（BP）分析显示，蚕茧干预结肠癌过程可能与氧化还原过程、RNA聚合酶Ⅱ启动子转录正调控、凋亡过程正调控、药物反应、乙醇氧化、过氧化氢反应、类固醇激素介导信号通路有关；细胞组分（CC）分析显示，其可能与细胞质、细胞核、细胞液、胞外外来体、膜筏、溶酶体等细胞组分相关；分子功能（MF）分析显示，其可能与蛋白结合、酶结合、血红素结合、氧化还原酶活性、蛋白质同源二聚化活动等分子功能相关。

2.8 KEGG通路富集分析

蚕茧对结肠癌作用靶点的KEGG通路富集共16条，结果显示其干预结肠癌最可能与生物合成抗生素、非酒精性脂肪肝、催产素、甲状腺激素及雌激素信号通路、血小板激活、小细胞肺癌、糖酵解和糖质新生、血管内皮生长因子（VEGF）信号通路、丙酮酸及色氨酸代谢、脂肪酸降解等相关。

2.9 分子对接结果

取在调控和PPI中均优先的4个靶点作为最佳靶点，分别与靶点数量排名前10的化合物进行分子对接。对接评分为负值时，表示二者具有良好的亲和力。表1提示，上述4个靶点与关键化合物的结合能均小于零，说明蚕茧中存在较多能和结肠癌蛋白相结合的组分，即可对结肠癌进行多靶点调控。

表1 蚕茧化合物与结肠癌靶点分子对接结果

3、讨论

本研究显示，中药蚕茧的活性化合物共18个，可作用于结肠癌的靶点达128个。其调控网络中，丝立尼亭、甘氨酸、丙氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、天门冬氨酸、DL-丝氨酸等，是连接节点数较多的核心化合物。而靶点则以钠尿肽受体（NPR）、天冬氨酸转氨酶2(GOT2）、γ-氨基丁酸1(GABRA1）、杂氮脱氧胞嘧啶（DAC）、组织蛋白酶D基因（CTSD）、钴离子螯合酶T编码基因（COBT）、重组人丁酰胆碱酯酶（BCHE）、乙醇脱氢酶1C(ADH1C）、丙氨酸乙醛酸转氨酶基因（AGXT）、ACC脱氨酶基因（ACDS）、4-氨基丁酸氨基转移酶（ABAT）、硫氧化基因A(SOXA）、前列腺素-内过氧化物合酶1(PTGS1）、PTGS2的连接节点数较多。在PPI中，氯霉素抗性基因（CAT）、雌激素受体α(ESR1）、PTGS1、PTGS2、肉瘤基因（SRC）、一氧化氮合酶基因（NOS3）、乳酸脱氢酶A(LDHA）、孕酮受体基因（PGR）、CTSD、ADH1C等，存在较多的连接节点数。PTGS1、PTGS2、CTSD、ADH1C在二者中均排名优先，因此为最佳靶点。分子对接结果显示，10个关键化合物与上述4个靶点最小对接结合能均小于零，提示蚕茧对结肠癌治疗效果较好。

其中，丝立尼亭可通过抑制Fc Epsilon RI依赖信号通路的多个步骤，抑制IgE介导的肥大细胞活化，从而有效抑制炎症反应，特别是过敏性炎症[4]。丙酮酸钠是参与细胞柠檬酸循环的关键化合物，可通过清除过氧化物有效抗氧化，而改善线粒体能量供应[5,6]。相关研究[7]证实，甘氨酸在一定体内模型中可有效抗氧化并减轻缺血/再灌注损伤（R/I）。王萌等[8]研究发现，丙酮酸和甘氨酸可影响肠系膜缺血再灌注的血流动力学，减轻局部组织损伤，利于机体复苏。丝氨酸可参与细胞外基质水解过程，对肿瘤细胞的迁移和侵袭起到一定程度的控制作用[9]。PTGS1、PTGS2是一种诱导酶，其表达上调与肿瘤血管生成有关，是癌细胞产生前列腺素E2(PGE2）的核心步骤[10]。CTSD在胶质瘤细胞和血管内皮细胞中均属高表达靶点分子，与促血管通路关系密切，可影响肿瘤细胞的增殖、迁移[11]。ADH1C与乙醇、脂肪醇、脂质过氧化产物等代谢过程密切相关，对机体脏器和神经具有保护作用，与人体癌症通路有关[12]。ESR1为类固醇激素核受体，在人体内可介导和调节生殖、心血管、内分泌、神经和免疫系统，与多种疾病及癌症密切相关[13]。SRC可参与基因转录、免疫反应、细胞凋亡及迁移等多种生物活动信号通路，在肿瘤发生、发展中具有重要作用。CAT可通过生成水和氧气抵抗氧化损伤，并通过抑制活性氧自由基（ROS）表达水平，降低其活性，增强氧化应激反应，参与肿瘤发生[14,15]。NOS3可在辅酶催化下生成一氧化氮，从而有效保护血管内皮[16]。因此无论是化合物还是靶点，蚕茧干预结肠癌都与氧化还原过程、激素介导信号通路、VEGF信号通路相关，与本研究GO和KEGG分析结果相符。曾有研究[17-19]证实，蚕茧提取的丝胶蛋白具有抗炎抗氧化、修复黏膜、保护细胞的作用，可有效缓解结直肠炎症、提高个体免疫力，并与肿瘤坏死因子相关。这对本研究观点具有一定支持性。但本研究也存在一定局限性，如大量信息来源于数据库，但完整度有待考证；在不同个体中，蚕茧有效成分、性质均存在差别；各指标未经量化分析，相关结果亦未经实验验证。故此类研究的准确性，尚需依靠数据库的完善、药效药动学等量化分析的加强。后续研究将结合临床观察及细胞实验验证。

综上所述，中药蚕茧可通过多通路、多靶点作用于结肠癌，且化学成分与结肠癌基因分子对接结果较为理想。但此结论尚需进行深入验证。

参考文献:

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