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基于网络药理学探讨千层金挥发油对偏头痛的作用靶点

罗彩神 林献琼
  
卷宗
2022年32期
广西中医药大学赛恩斯新医药学院

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摘要:目的:探讨基于网络药理学探讨千层金挥发油对偏头痛的作用靶点。方法:提取及成分分析千层金挥发油,搜集与筛选千层金挥发油主要活性成分与靶点,预测偏头痛千层金挥发油治疗潜在作用靶点,将“药物-成分-靶点-疾病”网络构建起来并分析,构建与分析千层金挥发油治疗偏头痛相关靶标PPI网络,分析KEGG通路富集分析与GO功能富集。结果:得到蛋白靶点135个,通过Uniprot数据库标准化命名并剔除重复后,得到125个靶点。与千层金挥发油活性成分的125个靶点取交集,将62个相交靶点获取过来。网络中节点大小将Degree值的大小反映出来,其Degree值随着节点的增大、颜色的加深不断提升。按Degree从高到低排序依次为:AKT1、JUN、TP53、MAPK3、MAPK14、MAPK8、IL6、MAPK1、TNF、VEGFA等。KEGG通路富集分析将61条信号通路筛选出来,包括VEGF、TNF、FoxO、T细胞受体、HIF-1、PI3K-Akt信号通路等,可视化处理前30项。结论:千层金挥发油作用于偏头痛可能是多通路、多靶点及多层次的,将思路与依据提供给了进一步研究。

关键词:偏头痛;千层金挥发油;网络药理学;作用靶点

中草药挥发油在植物中的分布很广。目前,被发现含有挥发油的中草药已经多达3000余种。在松柏科、木兰科、芸香科、棒科、伞形科、姜科、菊科、唇形科、姚金娘科等科属的中草药中富含挥发油。很多中草药的挥发油也在医药和美容领域得到广泛应用。目前已发现很多中草药挥发油对偏头痛有药效。千层金植物来源广,挥发油不仅气味芳香浓郁,且其成分具有的抗氧化活性、抗菌活性、抗虫活性等受到越来越多的关注,其运用的领域也很广泛。目前千层金主要用于园林绿化,对其挥发油及其药理活性的相关研究罕见报道,本研究旨在探究千层金挥发油的药理活性,为千层金药用价值提供科学依据,促进千层金的开发,充分合理地利用千层金,促进广西中草药资源的发展。

1.资料与方法

1.1千层金挥发油的提取及成分分析

采用水蒸气蒸馏法提取挥发油,取千层金叶片3kg,用高速中药粉碎机打成粉,加10倍量水,浸泡时间2h,提取时间9h,无水硫酸钠脱水后,用锡箔纸包裹避光、密封储存于冰箱备用。实验时用1‰的羧甲基纤维素钠将挥发油稀释至所需浓度。并用气相色谱-质谱联用仪进行成分分析。

1.2搜集与筛选千层金挥发油主要活性成分与靶点

在中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP;http://lsp.nwu. edu.cn/tcmsp.php)对千层金挥发油所含所有化学成分进行检索。通过口服利用度(oralbioavailability,OB)、类药性(drug-likeness,DL)将所有化学成分筛选出来,将筛选条件设定为OB、DL分别≥30%、≥0.18,将活性成分进一步筛选出来。同时,Uniprot(http://www. uniprot.org/)数据库辅助下查找预测和筛选所得基因靶点的基本信息。人为限定物种,校正所有靶基因名称为规范名称,将无靶点的化学成分剔除掉,同时将多余的重复项剔除掉。

1.3预测偏头痛千层金挥发油治疗潜在作用靶点

以“migraine”为关键词,采用Genecard数据库、OMIM数据库检索偏头痛相关靶点,与千层金挥发油化学成分靶点映射筛选出共同靶点。

1.4将“药物-成分-靶点-疾病”网络构建起来并分析

在Cytoscape 3.7.2软件中导入治疗偏头痛的潜在作用靶标和千层金挥发油的化学成分,将药物-成分-靶点-疾病网络构建起来。

1.5千层金挥发油治疗偏头痛相关靶标PPI网络构建与分析

向String数据库导入潜在作用靶标,“homo sapiens”为限定物种,检索将蛋白相互作用关系获得过来,选取分值高于0.9的高置信度的数据,将无蛋白互作关系的靶点隐藏起来,以TSV格式将结果保存下来。再向Cytoscape3.7.2软件中导入数据进行可视化处理与分析。

1.6 KEGG通路富集分析与GO功能富集分析

采用在线分析系统DAVID对千层金挥发油治疗偏头痛的靶点进行KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集、GO(Gene Ontology)基因功能富集分析,用FDR错误控制法(FDR<0.05)检验校正P值,将具有显著性差异的生物过程筛选出来。

2.结果

2.1搜集与筛选千层金挥发油主要活性成分与靶点

本研究通过TCMSP数据库共检索到枳实和厚朴的化学成分分别为65个和139个,根据OB和DL参数筛选到生物活性成分分别为22个和2个。得到蛋白靶点135个,通过Uniprot数据库标准化命名并剔除重复后,得到125个靶点。

2.2预测偏头痛千层金挥发油治疗潜在作用靶点

为提高研究结果准确性,利用Genecards数据库检索时选取相关度大于10的数据,Genecards及OMIM数据库分别得到相关靶点565个、25个,共590个FD相关靶点。与千层金挥发油活性成分的125个靶点取交集,将62个相交靶点获取过来,见图1。

2.3将“药物-成分-靶点-疾病”网络构建起来并分析

向Cytoscape3.7.2软件导入治疗FD作用靶标和千层金挥发油的活性成分,将成分—作用靶标网络构建起来。如图2,62个共同靶点与19个药对活性成分相对应。

2.4千层金挥发油治疗偏头痛相关靶点PPI网络的构建与分析

将共有靶点的蛋白互作PPI网络构建起来,位置为在string数据库,51个靶点在PPI网络中出现,向Cytoscape3.7.2软件导入数据进行可视化分析与处理,网络中节点大小将Degree值的大小反映出来,其Degree值随着节点的增大、颜色的加深不断提升。按Degree从高到低排序依次为:AKT1、JUN、TP53、MAPK3、MAPK14、MAPK8、IL6、MAPK1、TNF、VEGFA等。

2.5 KEGG通路富集分析与GO功能富集分析

利用DAVID在线平台对千层金挥发油治疗偏头痛的靶点进行富集分析,根据p<0.05确定对应的条目,通过Omishare平台绘制气泡图。GO功能富集分析将11条条目筛选出来,包括细胞组成(cellular nucleus,CC)、分子功能(molecular function,MF)、生物过程(biological process,BP)。涉及脂多糖介导的信号通路、RNA聚合酶II启动子的转录正调控、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶活性、细胞因子活性、细胞外间隙等。KEGG通路富集分析将61条信号通路筛选出来,包括VEGF、TNF、FoxO、T细胞受体、HIF-1、PI3K-Akt信号通路等,可视化处理前30项。

3.讨论

偏头痛是最常见的慢性神经系统疾病,以反复发作的中度或重度头痛为特征[1]。根据2016年全球疾病负担研究,约10.4亿人患有偏头痛,其中残疾人数达到4510万,偏头痛已成为因伤残损失生命的第二大疾病[2,3]。此外,偏头痛患病率呈逐年升高之势,常从青春期开始起发病,发病率在35岁至39岁之间达到高峰,其产生的工作时间损失以及生产率降低,对社会造成巨大损失[4]。然而,目前市面上仅有针对偏头痛急性期治疗的药物,如非甾体抗炎药、曲坦类及阿片类,虽可缓解头痛程度、减轻伴随症状,但具有长期效果不佳、不良反应明显等缺陷[5]。偏头痛属于中医头痛、厥头痛范畴,《黄帝内经》曾记载有头风、头痛、脑风、厥头痛等,历代医家在偏头痛疾病的治疗中积累了大量的经验。目前已有治疗偏头痛的中成药,如养血清脑颗粒、正天丸、天舒胶囊等。因此从中医药中发掘标本兼治、高效低毒的防治偏头痛药物具有重要意义。

千层金(Melaleuca bracteata.)系桃金娘科白千层属常绿乔木,别名黄金宝树、黄金香柳、黄金串钱柳。千层金主干直立,侧枝横展至下垂,韧性很好,抗风力强。除观赏价值外,千层金还有很多药用保健价值。人们在烹饪时常用千层金枝叶包裹食物以增香,也有人将其加工成床席作为保健用品,南非德班市当地居民还将其作为一种传统药用植物,通过咀嚼其嫩叶来缓解头痛及其他疾病。此外,千层金叶片精油具有很强的杀螨活性和抑制萝卜种子生长的能力。目前,国内外对于千层金的研究报道较少,主要集中在栽培技术、组织培养以及精油相关方面的研究,关于其叶片醇提物抗氧化活性的研究尚未见报道。自由基对人体健康影响极大,它可损害机体的组织和细胞,引起衰老,诱发癌症、动脉粥样硬化等多种疾病。凡能够干扰自由基连锁反应的引发或扩散过程,抑制自由基反应过程的任何一种物质,均称为自由基清除剂或抗氧化剂。化学合成抗氧化剂如二丁基羟基甲苯(BHT)、抗坏血酸(VC)、丁基羟基茴香醚(BHA)等曾一度受到青睐,但这些人工合成化学试剂存在一定的致畸、致癌和毒性等安全性问题。因此,研究开发安全、广谱、高效的天然抗氧化剂成为当前研究热点之一。

中草药挥发油在植物中的分布很广。目前,被发现含有挥发油的中草药已经多达3000余种。在松柏科、木兰科、芸香科、棒科、伞形科、姜科、菊科、唇形科、姚金娘科等科属的中草药中富含挥发油。很多中草药的挥发油也在医药和美容领域得到广泛应用。千层金植物来源广,挥发油不仅气味芳香浓郁,且其挥发油成分具有的抗氧化活性、抗菌活性、抗虫活性等受到越来越多的关注,其运用的领域潜力很广泛。目前对千层金挥发油的研究大部分集中在栽培技术推广和成分分析上,而对药理活性的相关研究还很少,对其药理作用机制的相关研究更是不多。本研究结果表明,得到蛋白靶点135个,通过Uniprot数据库标准化命名并剔除重复后,得到125个靶点。与千层金挥发油活性成分的125个靶点取交集,将62个相交靶点获取过来。网络中节点大小将Degree值的大小反映出来,其Degree值随着节点的增大、颜色的加深不断提升。按Degree从高到低排序依次为:AKT1、JUN、TP53、MAPK3、MAPK14、MAPK8、IL6、MAPK1、TNF、VEGFA等。KEGG通路富集分析将61条信号通路筛选出来,包括VEGF、TNF、FoxO、T细胞受体、HIF-1、PI3K-Akt信号通路等,可视化处理前30项。这就为开发千层金在医药产业的研发奠定了基础,将会促进千层金在市场上的多产业推广应用。

结论

综上所述,千层金挥发油作用于偏头痛可能是多通路、多靶点及多层次的,将思路与依据提供给了进一步研究。

参考文献

[1]林永盛,桑洁丽,邱子文,尹冠文,林晓洁,吴少华,李永裕,杨超.盐胁迫对千层金生理指标及精油含量和成分的影响[J].天然产物研究与开发,2022,34(03):420-426.

[2]邱子文,林永盛,向旭文,吴少华,李永裕,杨超.基质和生根剂处理对千层金扦插繁育的影响[J].森林与环境学报,2020,40(06):648- 653.D

作者简介:罗彩神(1988.7-)男,广西百色市,本科,实验师(中级)主管药师,执业药师,研究方向:中药药理学。

通讯作者:林献琼,女,广西贵港,学历:本科,主管护师,研究方向:医药养护。

基金项目:2022年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目:千层金挥发油对偏头疼的药效学评价,项目编号:2022KY1669。

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