草liu

更新时间:2023-03-19 12:06:56 阅读: 评论:0

秦门-沁骨

草liu
2023年3月19日发(作者:学校的运动会)

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;Email:liuyg0228@163com

谭鹏,副教授,研究方向:中药炮制机制研究;Email:tanpengtcm@163com

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、Cytoscape372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(IL6)、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IL17、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] R2855 [文献标识码] A [文章编号] 16734890(2021)03046406

doi:1013313/jissn1673489020200307005

StudyonPharmacologicalMechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaUsedfor

TreatmentofUlcerativeColitisbyNetworkPharmacologyApproach

LIQingxia,KANGNianxin,YUANYanyan,LIUYonggang,TANPeng

SchoolofChineseMateriaMedica,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing102488,China

[Abstract] Objective:ToexplorethepharmacologicalmechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaonulcerative

colitisbynetworkpharmacologyMethods:Thea金牛双子 ctiveingredientsandcorrespondingtargetsofGlycyrrhizaeRadixetRhizoma

werecollectedbyusingtraditionalChinesemedicinesystemspharmacologydatabaseandanalysisplatform(TCMSP)The

diseaserelatedgeneswereretrievedfromCTDdatabaseThenthecorrespondingtargetsweremappedtothesetofdisease

relatedgenestoobtainintersectiontargetsTheUniProtdatabaseandCytoscape372softwarewasusedtobuild″ingredients

targets″network,proteininteractionnetworkand″ingredientstargetspathway″networkResults:Atotalof92active

ingredientsand227potentialdrugtargetsofGlycyrrhizaeRadixetRhizomawereobtainedaccordingtothescreening

conditionsTherewere41targetsrelatedtoulcerativecolitis,suchastumornecrosisfactor(TNF),interleukin6(IL6),

mitogenactivatedproteinkinase(MAPK3),vascularendothelialgrowthfactorA(VEGFA)andsoon,amongthe227

potentialdrugtargetsGlycyrrhizaeRadixetRhizomaexerteditseffectsonulcerativecolitismainlybyactingon28signal

pathways,suchasIL17,amoebiasis,inflammatoryboweldisease(IBD)andsoonConclusion:GlycyrrhizaeRadixet

Rhizomatreatsulcerativecolitisthroughmultiingredient,multitargetandmultipathwayinteractionThisstudyexploresthe

pharmacologicalmechanismofGlycyrrhizaeRadixetRhizomaonulcerativecolitisandhasacertainreferencevalueforthe

researchanddevelopmentofnewdrugs

[Keywords] GlycyrrhizaeRadixetRhizoma;ulcerativecolitis;networkpharmacology;tumornecrosisfactor;

interleukin6;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%[34]。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GinflataBat或光果甘草GglabraL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

11 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)

018为条件筛选活性成分。

12 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Cytoscape372软件,构建甘草成分靶点网络。

13 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Venny21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STRING100软件,得到交集蛋白之间的PPI数据。

将PPI数据导入Cytoscape372软件,构建PPI网络图。

14 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Cytoscape372软件,

利用软件中的ClueGO插件进行KEGG通路富集分析。

15 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Cytoscape372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

Cytoscape372软件中,构建出UC相关靶点通路网

络图。利用Cytoscape372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

21 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)。

22 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Cytoscape372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)5538078

MOL002311甘草酚(glycyrol)9078067

MOL002565美迪紫檀素(medicarpin)4922034

MOL000354异鼠李素(isorhamnetin)4960031

MOL000359谷甾醇(sitosterol)3691075

MOL000392芒柄花黄素(formononetin)6967021

MOL000417毛蕊异黄酮(calycosin)4775024

MOL000422山柰酚(kaempferol)4188024

MOL004328柚皮素(naringenin)5929021

MOL004814异槲皮酚(isotrifoliol)3194042

MOL004833菜豆异黄烷(phaseolinisoflavan)3201045

MOL004835刺果甘草查耳酮(glypallichalcone)6160019

MOL004855甘草酮(licoricone)6538047

MOL004856甘草素A(gancaoninA)5108040

MOL004857甘草素B(gancaoninB)487904搞笑gif 5

MOL004860甘草苷E(licoriceglycosideE)3289027

MOL004879甘氨酸(glycyrin)5261047

MOL004882甘草香豆酮(licocoumarone)3321036

MOL004883甘草异黄酮(licoisoflavone)4161042

MOL004885甘草异黄烷酮(licoisoflavanone)5247054

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

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

23 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

STRING100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

Cytoscape372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(IL6)、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

24 KEGG通路富集分析

利用Cytoscape372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

Cytoscape372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IL17信号通路(IL17signalingpathway)、

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(cytokinecytokinereceptor

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。

25 成分靶点信号通路网络

利用Cytoscape372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、IL6、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IL17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

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IL17、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IL17活性可增强小鼠UC的发展,表明IL17

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[1415]。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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(收稿日期:20200307 编辑:田苗

檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿

(上接第463页)

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(收稿日期:20200219 编辑:田苗)

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