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基于网络药理学、分子对接和实验验证探讨复方黄柏液促进肛周脓肿术后创面愈合的作用机制
摘要:目的 分析基于网络药理学、分子对接和实验验证探讨复方黄柏液促进肛周脓肿术后创面愈合的作用机制。方法 通过中药系统药理学分析平台(TCMSP)筛选复方黄柏液的有效化合物,预测其有效作用靶点,运用分子对接技术验证筛选前几位的核心靶点,对其活性成分予以分子对接验证,获取其作用靶点。采用体外细胞实验,进一步分析复方黄柏液的作用机制。结果 在GeneCards数据库内筛选肛周脓肿相关的疾病靶点,用韦恩图获取与疾病相关靶点共42个。通过作用靶点、GO、KEGG通路分析,复方黄柏液主要是通过参与炎症趋化因子、细胞生长与分化、细胞增殖与凋亡、细胞免疫反应等作用改善微环境,信号通路包括CXCL10、SRC、EGFR、P53、PPAAR、JAke-STAT信号通路等。建立炎性细胞模型后,对照组细胞活性较正常组明显降低,但给药组细胞活性较对照组细胞活性有所增加,且随着给药浓度的增加,细胞活性随之增加(P<0.05);对照组炎症因子较正常组明显增加,但给药组炎症表达均降低,且随着给药浓度的增加,细胞炎症反应随之降低(P<0.05);VEGF、b-FGF蛋白表达随着给药浓度的增加而增加(P<0.05)。结论 通过基于网络药理学、分子对接可有效筛选出复方黄柏液促进肛周脓肿术后创面愈合的有效化合物及作用通路,通过降低创面炎症表达,促进细胞增殖,促进创面愈合。
关键词:复方黄柏液;肛周脓肿;网络药理学;分子对接;实验验证
Abstract: Objective To analyse the mechanism of action based on network pharmacology, molecular docking and experimental validation to explore the effect of compound cypress solution in promoting wound healing after perianal abscess surgery.Methods The effective compounds of Compound Phellodendron Bark Liquid were screened by TCMSP (Traditional Chinese Medicine Systematic Pharmacology Platform), and the effective targets were predicted, and the molecular docking technology was used to validate the first few core targets, and the molecular docking verification was carried out on the active ingredients to obtain the targets of their actions. The mechanism of action of Compound Yellow Cedar Liquid was further analysed by in vitro cellular assay.Results Disease targets related to perianal abscess were screened within the GeneCards database, and a total of 42 targets related to the disease were obtained by using a Wayne diagram. Through the analysis of action targets, GO and KEGG pathways, Compound Huangbai Liquid mainly improved the microenvironment by participating in inflammatory chemokines, cell growth and differentiation, cell proliferation and apoptosis, and cellular immune response, and the signalling pathways included CXCL10, SRC, EGFR, P53, PPAAR, and JAke-STAT signalling pathway.After the establishment of the inflammatory cell model, the cell activity of the control group was significantly lower than that of the normal group, but the cell activity of the administered group was increased compared to that of the control group, and with the increase of the administered concentration, the cell activity increased (P < 0.05); the inflammatory factors of the control group were significantly increased compared to that of the normal group, but the expression of inflammation of the administered group was reduced in all cases, and with the increase of the administered concentration, the cellular inflammatory response was reduced (P < 0.05); VEGF and b-FGF protein expression increased with the increase of administered concentration (P < 0.05).Conclusion The effective compounds and pathways of action of Compound Phellodendron Bark Liquid in promoting postoperative wound healing of perianal abscess can be effectively screened by network pharmacology and molecular docking based on the reduction of inflammatory expression in the wound, promotion of cell proliferation, and promotion of wound healing.
Keywords: compound cypress solution; perianal abscess; network pharmacology; molecular docking; experimental validation
肛周脓肿是指直肠肛管周围软组织发生化脓性感染或软组织间隙发生化脓感染后导致该部位出现脓肿,其发生率占肛肠科所有疾病的8%~25%[1-2]。患者在发病后,多表现为直肠坠胀、肛门疼痛、里急后重等,明显影响了其生活质量[3]。手术是治疗肛周脓肿的首选方案,但基于肛门特殊性,容易被粪便污染,术后愈合速度慢,感染风险高[4]。因此促进患者术后创面快速愈合,探索一种合理、有效的术后治疗方法是临床重点研究方向。复方黄柏液是一种外用的中成药,具有清热解毒、消肿祛腐的作用,对疮疡溃后、伤口感染等病症有较好的治疗效果[5]。有研究表明[6]复方黄柏液可促进肛周脓肿患者术后创面愈合,但关于复方黄柏液对肛周脓肿的具体作用机制及药物靶点,临床上尚未明确。基于此,本研究通过网络药理学、分子对接和实验验证技术探讨复方黄柏液对肛周脓肿术后创面愈合的作用靶点,报道如下。
1 材料与方法
1.1 复方黄柏液有效成分及相关靶点筛选
基于中药系统药理学分析平台(TCMSP)进行相关成分筛选,根据复方黄柏液组分,设置关键词:连翘、黄柏、金银花,筛选出对应药物的有效化学成分、分子信息,筛选条件为类药性≥0.18及脂水分配系数﹤0.5,检索有效化合物成分、靶点信息。并结合既往国内外数据库发表的相关文献资料,适当补充复方黄柏液组分的有效成分,基于SwissADME化学成分预测平台对化合物成分进行筛选,采用PharmMapper平台获取药物成分的潜在靶点信息,并排除重复、无效的靶点,采用Cytoscape 3.9.1构建复方黄柏液的有效成分-靶点网络图。
1.2 肛周脓肿、创面愈合的靶点收集
基于人类孟德尔遗传数据库(OMIM)、Genecards数据筛选肛周脓肿的相关数据,设置关键词为“Perianal abscess”、“infected wound healing”,获取与疾病、创面愈合的相关靶点,去除重复、无效的靶点,基于UniProt数据库处理数据靶点,获取规范、准确的基因名。
1.3 靶点筛选、网络构建
将筛选、收集的活性成分、潜在靶点及收集的疾病靶点通过韦恩图在线软件获取靶点与疾病靶点的交集图。筛选的药物有效成分基于网络拓扑分析、筛选主要的化学成分,构建靶点互作用图。选取靠前的作用靶点作为肛周脓肿术后创面愈合的核心靶点。
1.4 富集分析、分子对接
对交集基因通过David数据库进行GO功能、KEGG通路富集分析,包括分子功能、生物活性、细胞组成,阈值P≤0.01,根据获取的作用靶点筛选前10位的生物过程、前20位的富集结果。采用分子对接技术对排位前列的核心靶点进行验证,并导入Pymol软件对验证结果进行分析。
1.5 体外细胞验证
将CL-463内皮细胞(无锡菩禾生物医药)进行复苏,添加10%胎牛血清培养基内进行细胞培养,待细胞生长密度≥90%,处于对数生长期,进行传代培养。采用20 µg/mL细菌脂多糖(LPS)刺激建立炎症细胞模型。将正常细胞调整密度为1×104个/mL,于96孔培养板内接种细胞悬液,每孔为100 µL,培养环境:37℃,5%CO2。分组:设置正常组:仅在孔内添加正常鼠血清(250 µL),对照组,添加常鼠血清250 µL+20 µg/mL细菌脂多糖构建炎症细胞模型;并建立给药组:分别在构建的炎症细胞模型内给药,给复方黄柏液剂量分别为12.5 µL、25 µL、50 µL、75 µL、100 µL、150 µL、200 µL,每组设置5个复孔,在细胞接种24 h后给药,将给药的细胞继续培养,培养24 h,添加10 µLCCK-8溶液,继续孵育1 h后采用酶标仪(MK3,Thermo公司)检测,测定OD450值,计算细胞内皮活性。
炎症细胞测定:对细胞培养的上清液进行离心处理,时间10 min,转速为每分钟3000 r,采集离心后的上清液,以酶联免疫法检测白细胞介素(IL)-6、IL-8、肿瘤坏死因子(TNF)-α,试剂盒由万类生物有限公司产。
免疫印迹检测:在提取细胞上清液后,离心10 min,10000 g,提取蛋白抽提物,采用Western Blot免疫印迹法检测血管内皮生长因子(VEGF)、碱性成纤维细胞生长因子(b-FGF)蛋白表达。
1.6 统计学方法
SPSS26.0统计学软件。计量资料符合正态分布经(±s)表示,采取t检验;多组间数据采用重复方差F检验;P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 药物有效成分、作用靶点筛选
对黄柏、连翘、金银花进行药物靶点筛选,黄柏获取6个、连翘32个、金银花40个有效成分,经筛选后黄柏3个、连翘10个,金银花17个,具体见表1。
2.2 疾病靶点
在GeneCards数据库内筛选肛周脓肿相关的疾病靶点,用韦恩图获取与疾病相关靶点共42个(见图1)。
2.3 作用靶点
通过作用靶点、GO、KEGG通路分析,复方黄柏液主要是通过参与炎症趋化因子、细胞生长与分化、细胞增殖与凋亡、细胞免疫反应等作用改善微环境,信号通路包括CXCL10、SRC、EGFR、P53、PPAAR、JAke-STAT信号通路等,核心靶点见表2。
2.4 体外细胞实验
在建立炎性细胞模型后,对照组细胞活性较正常组明显降低,但给药组细胞活性较对照组细胞活性有所增加,且随着给药浓度的增加,细胞活性随之增加(P<0.05);对照组炎症因子较正常组明显增加,但给药组炎症表达均降低,且随着给药浓度的增加,细胞炎症反应随之降低(P<0.05);VEGF、b-FGF蛋白表达随着给药浓度的增加而增加(P<0.05),见表3、图2。
3 讨论
肛周脓肿是肛肠科高发的肛周感染性疾病,手术是其主要治疗方法,可彻底清除感染组织,缓解患者临床症状。但肛周脓肿术后患者有较高的痛苦,肛门位置的特殊性,术后创面暴露,粪便污染,易发生大肠杆菌、链球菌等混合感染;同时患者术后需要反复换药,均会增加创面愈合难度,延长其创面愈合时间[7]。因此促进肛周脓肿患者术后创面愈合, 成为临床研究重点。
中医将肛周脓肿归于“肛痈”范畴,认为湿邪瘀阻、经络阻滞,气血失和、阴液亏损、房事不节、脏腑衰虚等是导致肛周脓肿的主要病因病机。对肛周脓肿的治疗以辨证论治为基础,通过外敷、坐浴、熏洗等方法肃拔稽留脓毒,祛邪除湿,敛疮生肉,从而促进创面愈合。复方黄柏液是一种临床经验方,以黄柏、连翘为君药,金银花为臣药,蒲公英为佐药,蜈蚣为使药,其中黄柏起到清热燥湿、泻火解毒的功效;金银花、连翘有疏风散热、清热解毒的功效;蜈蚣有通络止痛、熄风止痉、攻毒散结之功;蒲公英有消痈散疖、清热解毒之功。因此全药配伍,可清热解毒、祛腐散结、解毒消肿,进而能促进创面愈合。但关于复方黄柏液对肛周脓肿的治疗作用机制及相关靶点,缺乏系统性研究。
本研究调查显示GeneCards数据库内筛选肛周脓肿相关的疾病靶点,用韦恩图获取复方黄柏液与疾病相关靶点共42个,其主要成分以芦丁、金丝桃苷(Hyperin)、紫云英苷(Astragalin)、β-谷甾醇、汉黄芩素为主。其中金银花、连翘均存在芦丁有效成分,是一种抗菌、抗过敏、抗炎的有效成分;金丝桃苷、紫云英苷均属于一种黄酮类化合物,具有抗炎作用[8-9];β -谷甾醇具有抗炎、调节免疫、抗氧化作用[10];汉黄芩素可发挥抗炎、抗肿瘤的作用[11]。因此复方黄柏液主要成分均与炎症反应有关,通过抑制炎症因子的释放促进肛周脓肿术后创面愈合。通过作用靶点得出复方黄柏液主要是通过参与炎症趋化因子、细胞生长与分化、细胞增殖与凋亡、细胞免疫反应等作用途径而改善创面微环境,信号通路包括CXCL10、SRC、EGFR、P53、PPAAR、JAke-STAT信号通路等。指出复方黄柏液作用靶点较多,主要是通过降低创面炎症反应、促进创面组织生长而发挥促进创面愈合的目的。
本研究调查显示,建立炎性细胞模型后,对照组细胞活性较正常组明显降低,但给药组细胞活性较对照组细胞活性有所增加,且随着给药浓度的增加,细胞活性随之增加(P<0.05)。说明炎性内皮细胞的建立,细胞活性明显降低,且研究显示,对照组炎症因子较正常组明显增加,但给药组炎症表达均降低,且随着给药浓度的增加,细胞炎症反应随之降低;VEGF、b-FGF蛋白表达随着给药浓度的增加而增加(P<0.05)。说明,复方黄柏液可降低炎症因子IL-6、IL-8、TNF-α水平,促进VEGF、b-FGF蛋白表达增加而促进创面愈合,进一步明确复方黄柏液具有显著的抗炎作用。在现代药理研究中,黄柏提取物可抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等细菌生长,起到显著的抗炎、抗菌作用[12];连翘具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤等作用[13];金银花有抗炎、抗菌等作用[14]。因此对肛周脓肿术后患者外用复方黄柏液,可清除创面病原菌感染,抑制脂肪酶分泌,降低毒力因子作用,阻断细菌生物膜的形成;同时可降低创面IL-6、IL-8、TNF-α炎症因子表达,清除创面炎症反应,以此能促进创面愈合。血管生成是创面愈合中的主要环节,其中VEGF是促进血管新生的主要因子,可激活MAPK通路,诱导血管生成,以此促进血管重塑,增加新生血管数量,利于创面愈合;b-FGF是组织修复的主要因子,通过特异性结合靶细胞受体,促进新生血管的分化,利于肉芽组织生长,以此能修复受损创面,促进创面愈合[15]。
综上所述,通过基于网络药理学、分子对接可有效筛选出复方黄柏液促进肛周脓肿术后创面愈合的有效化合物及作用通路,主要是通过参与炎症趋化因子、细胞生长与分化、细胞增殖与凋亡、细胞免疫反应等通路,改善创面微环境,发挥促进创面愈合的目的。通过体外细胞实验则指出复方黄柏液通过降低创面炎症表达,促进细胞增殖,增加新生血管数量,加速创面愈合速度,以此为肛周脓肿术后创面愈合的治疗提供参考依据。
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