基础研究
△[基金项目] 国家“重大新药创制”科技重大专项(2020071620211)
[通信作者] 刘永刚,研究员,研究方向:中药化学;Email:liuyg0228@163com
谭鹏,副教授,研究方向:中药炮制机制研究;Email:tanpengtcm@163com
基于网络药理学的甘草治疗溃疡性
结肠炎作用机制研究△
李晴霞,康念欣,袁炎炎,刘永刚,谭鹏
北京中医药大学中药学院,北京 1青春的征途 02488
[摘要] 目的:采用网络药理学方法探讨甘草治疗溃疡性结肠炎的作用机制。方法:通过中药系统药理学数据
库与分析平台(TCMSP)筛选甘草的活性成分并检索出活性成分的作用靶点;通过CTD数据库查询与溃疡性结肠炎
相关的靶点;采用UniProt数据库、Cytoscape372软件构建成分靶点、靶点蛋白相互作用和成分靶点生物学通路
网络。结果:通过筛选,得到甘草中92个活性成分,相应靶点227个,其中与溃疡性结肠炎相关的靶点41个,主
要包括肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素6(IL6)、丝裂原活化蛋白激酶3(MAPK3)、血管内皮生长因子A
(VEGFA)等;这41个靶点主要涉及IL17、阿米巴病、炎症性肠病等28条生物学通路。结论:甘草治疗溃疡性结
肠炎是多成分、多靶点、多途径相互作用的结果,为其进一步深入研究提供参考。
[关键词] 甘草;溃疡性结肠炎;网络药理学;肿瘤坏死因子;白细胞介素6;丝裂原活化蛋白激酶3;血管
内皮生长因子A
[中图分类号] R2855 [文献标识码] A [文章编号] 16734890(2021)03046406
doi:1013313/jissn1673489020200307005
StudyonPharmacologicalMechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaUsedfor
TreatmentofUlcerativeColitisbyNetworkPharmacologyApproach
LIQingxia,KANGNianxin,YUANYanyan,LIUYonggang,TANPeng
SchoolofChineseMateriaMedica,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing102488,China
[Abstract] Objective:ToexplorethepharmacologicalmechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaonulcerative
colitisbynetworkpharmacologyMethods:Thea金牛双子 ctiveingredientsandcorrespondingtargetsofGlycyrrhizaeRadixetRhizoma
werecollectedbyusingtraditionalChinesemedicinesystemspharmacologydatabaseandanalysisplatform(TCMSP)The
diseaserelatedgeneswereretrievedfromCTDdatabaseThenthecorrespondingtargetsweremappedtothesetofdisease
relatedgenestoobtainintersectiontargetsTheUniProtdatabaseandCytoscape372softwarewasusedtobuild″ingredients
targets″network,proteininteractionnetworkand″ingredientstargetspathway″networkResults:Atotalof92active
ingredientsand227potentialdrugtargetsofGlycyrrhizaeRadixetRhizomawereobtainedaccordingtothescreening
conditionsTherewere41targetsrelatedtoulcerativecolitis,suchastumornecrosisfactor(TNF),interleukin6(IL6),
mitogenactivatedproteinkinase(MAPK3),vascularendothelialgrowthfactorA(VEGFA)andsoon,amongthe227
potentialdrugtargetsGlycyrrhizaeRadixetRhizomaexerteditseffectsonulcerativecolitismainlybyactingon28signal
pathways,suchasIL17,amoebiasis,inflammatoryboweldisease(IBD)andsoonConclusion:GlycyrrhizaeRadixet
Rhizomatreatsulcerativecolitisthroughmultiingredient,multitargetandmultipathwayinteractionThisstudyexploresthe
pharmacologicalmechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaonulcerativecolitisandhasacertainreferencevalueforthe
researchanddevelopmentofnewdrugs
[Keywords] GlycyrrhizaeRadixetRhizoma;ulcerativecolitis;networkpharmacology;tumornecrosisfactor;
interleukin6;mitogenactivatedproteinkinase3;vascularendothelialgrowthfactorA
溃疡性结肠炎(UC)是一种消化系统常见的难治
性、非特异性慢性炎症性肠道炎症疾病,病变主要位
于结肠的黏膜层,以溃疡为主,大多会涉及直肠和远
端结肠,也可能会向近端扩展,导致溃疡遍布整个结
肠。UC以腹泻、腹痛、血便为主要临床症状,其病
因较为复杂,尚未完全阐明。目前,UC的发病机制
被认为与饮食、肠道微生物结构、遗传等多种因素有
关,但中医认为其多由脾胃功能失调、湿热内蕴,与
气血搏结、化为脓血所致,与中医学中的“痢疾”
“肠癖”相近[1]。UC主要发生在30~40岁,其治疗
难度较大、易反复发作,病程可长达几十年甚至伴随
终生[2]。UC患者由于慢性炎症反复发作,结肠癌的
患病概率也逐渐升高,病程30年的UC患者结肠癌变
的几率达到30%[34]。越来越多的研究表明,UC的常
规化学药物治疗效果不够理想,而中药的优势在于能够
控制其发作次数和间隔时间,缓解患者的临床症状[5]。
甘草是豆科植物甘草GlycyrrhizauralensisFisch、
胀果甘草GinflataBat或光果甘草GglabraL的根
及根茎,具有补脾益气、清热解陈坤老婆是谁 毒、祛痰止咳等功
效[6]。研究表明,甘草除具有镇痛、镇咳、抗炎、抗
变态反应、增强机体免疫功能等作用外,还具有抗溃
疡的作用[7]。有学者统计了治疗UC的中药,频次最
高的前3味中就有甘草[8]。Takhshid等[9]研究表明,
甘草提取物可降低结肠炎性反应和水肿。Liu等[10]研
究表明,甘草对UC具有抗炎的作用。目前,主要是
从单一成分或单一靶点对甘草治疗UC的作用机制进
行研究。中药是通过多成分作用于多靶点,调控多条
通路来达到治疗疾病的目的,从单一方面研究很难阐
明其作用的整体性与系统性。网络药理学是一种研究
传统药物的新模式,以计算机技术为基础,将系统生
物学和多向药理学的方法加以整合,探讨中药活性成
分、靶点、生物学通路及疾病之间的关系,从而在整
体水平上阐明中药药效的作用机制。因此,本研究借
助网络药理学方法,通过建立“成分靶点信号通
路”网络,从整体角度探讨甘草治疗UC的作用机制,
为甘草治疗UC的进一步研究提供参考。
1 材料与方法
11 甘草入血活性成分筛选
通过中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP),
以“甘康巴藏族 草”为关键词检索,得到甘草中的化学成
分,再以口服生物利用度(OB)
≥
30%及类药性
(DL)
≥
018为条件筛选活性成分。
12 成分靶点网络构建
通过TCMSP查询筛选出的化合物作用靶点。所
得的靶点输入UniProt数据库,使用UniProtKB查询靶
蛋白对应靶基因的规范名称。将成分靶点关联信息上
传到Cytoscape372软件,构建甘草成分靶点网络。
13 UC蛋白质蛋白质相互作用(PPI)网络构建
通过CTD(comparativetoxicogenomicsdatabase)数
据库找出与UC相关的基因。采用Venny21软件选取
甘草活性成分作用靶点与UC相关基因的交集,上传至
在线STRING100软件,得到交集蛋白之间的PPI数据。
将PPI数据导入Cytoscape372软件,构建PPI网络图。
14 京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析
将筛选出的交集蛋白导入Cytoscape372软件,
利用软件中的ClueGO插件进行KEGG通路富集分析。
15 成分靶点信号通路网络构建
将筛选出的交集蛋白及相关联的甘草成分相互
作用信息上传到Cytoscape372软件中,构建与UC
相关的甘草成分靶点网络图。再将筛选出的交集蛋
白与KEGG富集得到的信号通路关联信息导入
Cytoscape372软件中,构建出UC相关靶点通路网
络图。利用Cytoscape372软件中的Merge功能将以
上2种网络合并,得出成分靶点信号通路网络图。
2 结果
21 甘草入血活性成分筛选
利用TCMSP筛选出甘草入血活性成分共92种,
见表1(仅列出其中20项)。
22 甘草成分靶点网络构建
利用TCMSP查询与活性成分相关的靶蛋白,并
使用UniProtKB查询出靶蛋白对应靶基因的规范名称,
部分活性成分的靶点信息见表2。最终将成分靶点的
关联数据导入Cytoscape372软件,得出甘草成分
靶点网络图(图1)。成分靶点网络中共有319个节
点、1765条边。甘草中共筛选出92个化合物。与节
点相连的边越多,节点的度值越高。度值较高的节点位
于网络中心,在网络中的作用较强,该节点的形状也相
应较大。其中槲皮素有152个作用靶点,芒柄花黄素有
39个作用靶点。此外,网络中度值较高的成分还有山
柰酚、异鼠李素、柚皮素等。这些具有较多靶点的成分
可能是甘草发挥药理作用的核心成分。从甘草成分靶
点网络图中可以得出,甘草是通过多成分、多靶点发挥
药理作用,符合中药治疗疾病的系统性和整体性。
表1 甘草部分活性成分
MOLID成分OB/%DL
MOL000211丁子香萜(mairin)5538078
MOL002311甘草酚(glycyrol)9078067
MOL002565美迪紫檀素(medicarpin)4922034
MOL000354异鼠李素(isorhamnetin)4960031
MOL000359谷甾醇(sitosterol)3691075
MOL000392芒柄花黄素(formononetin)6967021
MOL000417毛蕊异黄酮(calycosin)4775024
MOL000422山柰酚(kaempferol)4188024
MOL004328柚皮素(naringenin)5929021
MOL004814异槲皮酚(isotrifoliol)3194042
MOL004833菜豆异黄烷(phaseolinisoflavan)3201045
MOL004835刺果甘草查耳酮(glypallichalcone)6160019
MOL004855甘草酮(licoricone)6538047
MOL004856甘草素A(gancaoninA)5108040
MOL004857甘草素B(gancaoninB)487904搞笑gif 5
MOL004860甘草苷E(licoriceglycosideE)3289027
MOL004879甘氨酸(glycyrin)5261047
MOL004882甘草香豆酮(licocoumarone)3321036
MOL004883甘草异黄酮(licoisoflavone)4161042
MOL004885甘草异黄烷酮(licoisoflavanone)5247054
表2 甘草活性成分部分靶点信息
MOLID靶点基因
MOL001484前列腺素G/H合酶1PTGS1
MOL001484毒蕈碱乙酰胆碱受体M3CHRM3
MOL001484
2
肾上腺素能受体
ADRB2
MOL001484热休克蛋白90HSP90
MOL001792雌激素受体1ESR1
MOL001792胺氧化酶[含黄素]BMAOB
MOL001792钠依赖性5羟色胺转运体SLC6A4
MOL001792cAMP依赖性蛋白激酶抑制剂
PKIA
MOL000211孕酮受体PGR
MOL002311诱导型一氧化氮合酶NOS2
MOL002311血管内皮生长因子受体2KDR
MOL002311丝裂原活化蛋白激酶14MAPK14
MOL002311糖原合成酶激酶3
GSK3B
MOL000239雄激素受体AR
MOL000239钙调素CALM
MOL000239核受体辅活化子2NCOA2
MOL000239胰蛋白酶1PRSS1
MOL002565
1D肾上腺素能受体ADRA1D
MOL002565CGMP抑制3′,5′环磷酸二酯酶APDE3A
MOL002565细胞周期素A2CCNA2
注:绿色四边形代表甘草活性成分;紫色圆形代表作用靶点。
图1 甘草成分靶点网络
23 PPI网络构建
在CTD数据库中输入疾病名称“溃疡性结肠
炎”,找出UC相关的蛋白114个。其中41个与甘草
成分作用靶点相同,为甘草成分作用靶点与UC相
关蛋白的交集蛋白。将41个交集蛋白上传至在线
STRING100软件,得到交集蛋白之间的相互作3只小猪 用
关系。将相互作用关系数据导入
Cytoscape372软
件,构建PPI网络,见图2。图中包括41个交集蛋
白节点(蓝色六边形)及535条边。由图2可以看出,
与其他靶点有较多相互作用的靶点为肿瘤坏死因子
(TNF)、白细胞介素6(IL6)、丝裂原活化蛋白激酶
3(MAPK3)及血管内皮生长因子A(VEGFA)等。
注:蓝色六边形代表交集蛋白。
图2 甘草治疗UC的PPI网络
24 KEGG通路富集分析
利用Cytoscape372软件中ClueGO插件对甘
草作用靶点与UC相关蛋白的交集蛋白进行KEGG
通路富集分析。将所涉及的41种蛋白质导入
Cytoscape372软件,通过KEGG富集分析探讨甘草
治疗UC所涉及的信号通路。通过分析发现,这些靶
点共涉及IL17信号通路(IL17signalingpathway)、
阿米巴病(Amoebiasis)信号通路、炎症性肠病
(inflammatoryboweldisease)通路、癌症信号通路
(pathwaysincancer)、流体剪切力与动脉粥样硬化
(fluidshearstressandatherosclerosis)、细胞因子与细
胞因子受体的相互作用(cytokinecytokinereceptor
interaction)等28条信号通路。这些信号通路与UC
密切相关,具体信息见图3。
25 成分靶点信号通路网络
利用Cytoscape372软件中的Merge功能将甘
草活性成分与交集蛋白及代谢通路之间相互作用关
系合并,构建出甘草活性成分作用靶点代谢通路网
络,见图4。图4中包括甘草活性成分84种、UC相
关靶点41个、信号通路28条。筛选出的甘草活性
成分的作用靶点分布在不同的信号通路,相互协调,
通过调控不同的信号通路发挥治疗UC的作用。成
分靶点信号通路网络显示,甘草中有槲皮素、山柰
酚、芒柄花黄素、异鼠李素等84个活性成分与
TNF、IL6、MAPK3、VEGFA、前列腺素G/H合酶2
(PTGS2)、一氧化氮合酶2(NOS2)、过氧化物酶体
增殖物活化受体
(PPARG)、糖原合成酶激酶3
(GSK3B)等41个UC相关蛋白存在较强的相互作用。
通过网络富集发现,这些靶点主要集中在IL17信号通
路、阿米巴病信号通路及炎症性肠病通路等28条信号
通路,参与调控UC病理过程的不同环节。
注:基因数表示导入的基因与该信号通路相关的个数;柱上的数字表示与该信号通路相关的导入基因占所有与该信
号通路相关基因的百分比。
图3 甘草治疗UC作用靶点KEGG信号通路可视化结果
注:粉红色四边形代表甘草活性成分;绿色圆形代表共有靶点;淡蓝色矩形代表信号通路。
图4 甘草治疗UC成分靶点信号通路网络
3 讨论
本研究采用网络药理学方法,初步建立了甘草
治疗UC的成分、作用靶点及相关联的生物学通路
网络。利用TCMSP、CTD等数据库研究发现,甘
草中共含有92个活性成分,存在227个靶点。这
227个靶点中共有41个靶点与UC相关,而冬天手指脱皮 92种
化学成分中有84种与UC相关。将与UC相关靶点
进行KEGG通路富集,结果发现,这些靶点涉及
28条生物学通路,参与调控UC病理过程的不同
环节。
通过分析成分靶点信号通路网络,预测甘草中
参与治疗
UC的化学成分为槲皮素、芒柄花黄素、
山柰酚、异鼠李素、柚皮素等84个成分。相关研究
表明,槲皮素可通过调节细胞因子释放及阻断信号
转导子和转录激活子通路的激活而有效抑制炎症反
应的发生,进而治疗UC[11];芒柄花黄素可通过激
活核转录因子E
2
相关因子2(Nrf2)的表达防止UC的
发生[12]。这84个活性成分与41个UC相关蛋白存
在较强的相互作用,通过网络富集发现,这些靶点
主要集中在IL17、炎症性肠病通路及阿米巴病信号
通路等28条信号通路。Ogawa等[13]研究发现,阻断
体内IL17活性可增强小鼠UC的发展,表明IL17
在UC发展中具有抑制作用。另有研究表明,炎症
性肠病可增加大肠癌的风险,包括2种主要的亚型,
即UC和克罗恩病[1415]。由此可知,甘草中多种成
分通过作用于多个靶点、调控多条生物学通路发挥
治疗UC的作用,这也体现出中药治疗疾病的整体
性与系统性。
本研究从网络药理学角度出发,初步阐述了甘
草治疗UC的潜在活性成分、可能作用的靶点及发
挥药效的生物学通路,初步揭示了甘草治疗UC的
相关机制,为进一步深入研究其药理作用机制提供
参考。本研究只是通过数据挖掘对甘草治疗UC的
作用机制进行了预测,还需要通过药理和临床实验
进一步验证。
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