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基于网络药理学研究金银花治疗胶质瘤的作用机制
摘要:目的 通过网络药理学探究金银花治疗胶质瘤的作用机制。方法 使用TCMSP、SwissTargetPrediction等在线数据库资源,筛选出金银花和胶质瘤的靶点基因,借助Venny2.1.0平台获取交集基因,Cytoscape3.9.1软件创建金银花-有效成分-胶质瘤-交集基因调控网络,利用STRING数据库建立蛋白互作PPI网络分析,筛选核心基因,使用微生信分析平台进行GO功能和KEGG通路富集分析。结果 网络分析结果显示,共筛选出金银花的有效成分6种,金银花与胶质瘤调控的交集基因84个,金银花作用于胶质瘤的核心基因10个。GO分析条目400个(P<0.05),KEGG信号通路94个(P<0.05)。结论 金银花可通过Chryseriol、kaempferol、Luteolin等有效成分调节HIF1A、MMP9、EGFR等靶基因,调控肿瘤信号通路、癌症蛋白多糖肿瘤信号通路等实现对胶质瘤的抑制作用。
关键词:金银花;胶质瘤;网络药理学
前言
胶质瘤作为危害人类生命健康的神经系统肿瘤之一,现有的治疗手段对胶质瘤患者的平均生存期延长不是很理想。因此,探索具有抑制胶质瘤应用价值的药物具有重要作用。
金银花属多年生藤本缠绕灌木,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、保护肝胆等功效。调研发现,治疗胶质瘤的中药配方中,金银花是重要成分[1],但其作用靶点和机制尚不明确。本研究应用网络药理学方法,在分子水平上研究了金银花抑制胶质瘤的药理物质基础及可能的作用机制。
1 资料与方法
1.1金银花活性成分及靶点的筛选
在中药系统药理数据库和分析平台TCMSP数据库筛选金银花的有效成分,按照口服给药利用度(OB)≥30%、类药性≥0.18和Lipinsk五原则(MW≤500,miLogP≤5,nOHNH≤5,nOH≤10)进行筛选其有效成分。通过PubChem数据库获取金银花活性成分的SMILE name,进而在SWISSTargetPrediction数据库中获取与金银花活性成分有关的潜在靶点,并舍去Probability*为0的数据。
1.2胶质瘤相关靶点的获取及整合处理
在DisGeNET、GeneCards数据库检索并获取胶质瘤的基因靶点。选取DisGeNET中Score_gda>0.1和GeneCards中Relevance score>1的胶质瘤基因靶点,并选取两个数据库数据的交集。
1.3金银花活性成分和胶质瘤交集基因的获取
通过Venny 2.1.0数据库获取金银花活性成分和胶质瘤作用的交集基因。
1.4 “金银花-活性成分-对应靶点”网络的构建
通过Cytoscape3.9.1软件将金银花活性成分、相应靶点等信息形成并分析网络图。
1.5 交集基因蛋白互作(PPI)网络的构建
通过STRING数据库分析交集基因,构建PPI网络,获取交集基因PPI网络图。
1.6 GO功能及KEGG通路富集分析
通过DAVID数据库对交集基因进行GO功能和KEGG通路分析,通过细胞组成(CC)、生物过程(BP)和分子功能(MF)3个层次对基因功能注释,统计P<0.05的数据。
2 结果
2.1 金银花活性成分及基因靶点
通过TCMSP及PubChem数据库转换到6个金银花活性成分的SMILE name,即Chryseriol、kaempferol、Lut、quercetin、Eriodyctiol (flavanone)和XYLOSTOSIDINE。继而通过SWISSTargetPrediction数据库,筛选到171个对应靶点。
2.2 胶质瘤相关靶点
在GeneCards中筛选出胶质瘤调控的打分大于1的基因1970个;在DisGeNET数据库中检索出胶质瘤调控的打分大于0.1的基因有134个。两个数据库共获取2104个基因靶点,删除重复的基因后,总计1995个基因。
2.3 金银花活性成分-胶质瘤作用靶点交集
将金银花活性成分-胶质瘤的作用靶点用Venny 2.1.0取交集,交集基因84个。
2.4 “金银花活性成分-胶质瘤-交集基因”网络
利用Cytoscape3.9.1软件构建“金银花-活性成分-交集基因”的网络。对网络进行分析,发现该网络共有91个节点,其中84个对应金银花活性成分和胶质瘤的交集靶点,相连的边代表金银花活性成分-胶质瘤-交集基因相互作用的对应关系。
2.5 交集基因PPI网络
经STRING数据库输入84个交集基因,设置互作分数>0.4,隐藏游离节点,获得PPI网络图。该网络中,AKT1、EGFR、ESR1、HIF1A、APP分别与54、33、32、26、22个基因有作用关系。进而运用Cytoscape软件进行分析,筛选排名前十的核心基因,包括HIF1A、MMP9、MMP2、MMP1、PLG、SERPINE1、EGFR、AKT1、ESR1。
2.6 GO功能及KEGG通路富集分析
通过GO富集分析发现,金银花治疗胶质瘤的靶点涉及249个生物学过程、89种分子功能、62个细胞组分。生物学过程方面,结果主要富集在蛋白质磷酸化和蛋白质自体磷酸化等;在分子功能方面,蛋白结合和ATP结合所占比例最大;在细胞组分中,细胞膜、受体复合物、细胞质较为重要。通过KEGG通路分析发现,金银花治疗胶质瘤的靶点富集显著性较高的通路为肿瘤信号通路、肿瘤蛋白多糖通路和表皮生长因子受体信号通路等。
3.讨论
本研究通过网络分析筛选出金银花的6种有效活性成分,包括Chryseriol、kaempferol、Luteolin、quercetin、Eriodyctiol (flavanone)和XYLOSTOSIDINE。Chryseriol可能作为膳食补充剂有益于预防雌激素受体阳性的乳腺癌症[2]。kaempferol是一种天然衍生的黄酮醇,富含kaempferol的食物与降低患某些类型癌症的风险有关。Luteolin可以抑制胶质瘤细胞增殖和侵袭能力并诱导其凋亡[3]。广泛的证据表明,quercetin能够抑制各种类型的癌症。
通过网络分析共筛选出84个“药物-活性成分-疾病-交集基因”的作用基因,并进行GO功能和KEGG通路富集分析,结果表明,提示金银花可能调控HIF1A、MMP9、EGFR靶蛋白通过影响肿瘤信号通路、癌症蛋白多糖肿瘤信号通路等对胶质瘤起到抑制作用。本文通过网络药理学进行金银花活性成分抗胶质瘤机制的分析,为下一步实验验证其作用机制奠定了理论基础。
参考文献:
[1]解锋, 李旭华. 一种治疗脑胶质瘤的中药组合物及其制备方法:, CN104547362B[P]. 2016.
[2]Min DY, Jung E, Ahn SS, et al. Chrysoeriol Prevents TNFα-Induced CYP19 Gene Expression via EGR-1 Downregulation in MCF7 Breast Cancer Cells. Int J Mol Sci. 2020 Oct 12;21(20):7523.
[3]陈侠,来慧丽,赖满香等.木犀草素上调miR-384对胶质瘤细胞增殖、侵袭和凋亡的影响[J].沈阳药科大学报,2023,40(02):185-191.
基金项目:白城市指导性科技发展计划项目(2024023);白城医学高等专科学校2022年校本课题(BYZK202213)
作者简介:杨明思(1997—),助理讲师。
通信作者:王燕嬉,教授。
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