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基于网络药理学和分子对接技术探讨
发布时间:2023-11-05 来源: 访问:
[摘要] 目的: 利用网络药理学探究山楂-丹参与枳壳-柴胡的活性成分、作用靶点及生物学途径,揭示药对“同病异治”高脂血症的机制。方法: 采用TCMSP和文献挖掘获取山楂-丹参与枳壳-柴胡药对化学成分与靶点,通过TTD、DISGENET、GeneCards收集高脂血症相关靶点。整合药对活性成分靶点与高脂血症靶点,利用Metascape数据库进行KEGG和GO-BP分析,AutoDock进行关键靶点和药物活性成分的对接。结果: 网络分析表明,两药对通过IL-6、TNF、VEGFA、PPARG、MAPK1等关键蛋白,对剪切力和动脉粥样硬化、糖尿病并发症、Toll样受体、TNF、MAPK等信号通路,脂质、脂多糖及活性氧代谢等生物过程调控血脂水平。山楂-丹参通过特有的INS、MAP2K1、IL4、EDN1、EDNRA、G6PC等蛋白所在的PI3K-Akt、胰岛素等信号通路,氧化应激、细胞对胰岛素刺激的反应等生物过程发挥抗高脂血症作用。枳壳-柴胡通过特有的ADIPOQ、LDLR、CES1、SOAT1蛋白所在的低密度脂蛋白及血浆脂蛋白清除、脂肪酸代谢等信号通路,胆固醇运输、甾醇转运、低密度脂蛋白颗粒清除等生物过程发挥抗高脂血症作用。两药对共有活性成分槲皮素、β-谷甾醇与核心靶点均具有较好的结合活性。结论: 山楂-丹参与枳壳-柴胡既通过高介度值的共同靶点、信号通路及生物过程,又通过各自不同的特色靶点、通路及生物过程,治疗高脂血症,初步阐明高脂血症“同病异治”的科学内涵。
[关键词]: 山楂-丹参;枳壳-柴胡;高脂血症;同病异治;网络药理学“同病异治”即据辨病之病位、病因、病机、病性不同,治法有异,为中医辨证论治精髓[1-2]。高脂血症在中医古籍中无正式命名,病理状态多以“血浊”、“痰浊”等概括[3]。中医认为血浊日久,化生痰浊、瘀血等[4],其治法当以疏肝、健脾治其本,理气祛痰、活血化瘀治其标[5]。如活血化痰功效的山楂-丹参药对[6],《日华子本草》中记载的具疏肝理气功效的枳壳-柴胡药对[7],临床和现代药理研究已证实其对高脂血症的治疗作用[8-10],但“同病异治”机理尚未阐明。
网络药理学从系统水平预测复方有效成分及疾病靶点[11],近年来成为阐释中药复方“同病异治”机制的有力工具。如利用网络药理学有效的区分寒、热性方剂“同病异治”的不同生物效应[12];预测逍遥散与开心散的组方差异,阐明抑郁症“同病异治”的作用机理[13];分析茯苓杏仁甘草汤及橘枳姜汤干预冠心病靶点效应,通过成分、靶点及通路的相关分析,揭示“同病异治”的科学内涵[14]。
本研究采用网络药理学技术,从山楂-丹参和枳壳-柴胡抗高脂血症的活性成分和作用靶点、信号通路的角度,寻找药对治疗高脂血症的共同靶点及作用机制,有助于两药对“同病异治”科学内涵的诠释。
1.材料与方法
1.1 山楂-丹参药对与枳壳-柴胡药对活性成分筛选及潜在靶点预测
中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP, https://tcmspw.com/tcmsp.php)分别输入“丹参”、“枳壳”、“柴胡”,获取药材的活性成分。由于TCMSP没有山楂药名,故检索文献得山楂活性成分,获取CAS号,输入TCMSP数据库获相应活性成分。以口服生物利用度(OB≥30%)和类药性(drug-likeness,DL≥0.18)筛选出符合条件的化合物,检索文献进行活性成分补充。根据活性成分,获得相应靶点,使用Uniprot数据库(https://www.uniprot.org/)进行人类靶点校正。
1.2 高脂血症靶点筛选
在GeneCards(https://www.genecards.org/)、TTD (http://db.idrblab.net/ttd/)和Disgenet 数据库(http://www.disgenet.org)中以“Hyperlipidemia”为关键词进行检索,收集药理作用或高脂血症治疗靶点,取并集。分别与山楂-丹参和枳壳-柴胡活性成分靶点取交集,得山楂-丹参抗高脂血症靶点和枳壳-柴胡抗高脂血症靶点。为研究两药对抗高脂血症“同病异治”机理,取交集,为两药对抗高脂血症的共同靶点(SD-ZC-bd)。将山楂丹参抗高脂血症靶点去除SD-ZC-bd,得山楂-丹参抗高脂血症特异靶点(SD-tbd)。同理即得枳壳-柴胡抗高脂血症特异靶点(ZC-tbd)。
1.3 蛋白互作网络的构建及分析
根据上述筛选和预测结果,去除无对应靶点的化学成分及重复靶点。在String数据库(https://string-db.org)中构建如下网络:(1)山楂-丹参和枳壳-柴胡抗高脂血症共有靶点的蛋白-蛋白互作网络(PPI);(2)山楂-丹参特有抗高脂血症PPI网络;(3)枳壳-柴胡特有抗高脂血症PPI网络。使用Cytoscape软件对PPI网络进行拓扑分析。
1.4 GO、KEGG分析
分别将SD-ZC-bd、SD-tbd、ZC-tbd导入生物学信息注释数据库 Metescape(http://metascape.org/) , 限定靶基因名称列表为“Homo sapiens”,进行GO基因本体与KEGG通路富集分析。通过共有与特有靶点的生物过程和通路分析,从生物学角度解释“同病异治”的科学内涵。
1.5 山楂-丹参和枳壳-柴胡抗高脂血症共有活性成分与抗高脂血症靶点对接
采用分子对接软件AutoDock,选取共有活性成分槲皮素(mol000098)和β-谷甾醇(mol000358)与KEGG通路分析结果中5个关键靶点蛋白(IL-6、TNF、PPARG、MAPK1、VEGFA)进行半柔性对接。将Mol2格式的活性成分处理为 PDBQT格式备用。靶点蛋白结构来自于RCSB蛋白数据库( http: / / www.rcsb.org),蛋白代号(PDB ID)分别为1alu (IL-6),1tnf (TNF),7awc (PPARG),1pme (MAPK1),1cz8 (VEGFA);采用Pymol 2.3 ( https: //pymol.org/2/) 软件抽取靶点蛋白的原有配体构象,保存为PDB的格式,用ADT对其进行去水分子和加氢加电荷处理,保存为PDBQT格式文件备用。利用Autodock分别对接上述活性成分和5个靶点,Pymol分析和观察化合物与蛋白对接结果。
2.结果
2.1山楂-丹参与枳壳-柴胡活性成分筛选及潜在靶点预测
根据OB、DL值筛选活性成分及靶点,山楂有11个活性成分,208个靶点[15-21];丹参有57个活性成分,783个靶点;枳壳有8个活性成分,122个靶点[22,23];柴胡有30个活性成分,392个靶点[24-33]。
2.2 山楂-丹参与枳壳-柴胡抗高脂血症共有靶点及特有靶点PPI图构建
String数据库的PPI蛋白网络互作关系分析表明,共有抗高脂血症靶点(SD-ZC-bd)有102个,山楂-丹参特有靶点(SD-tbd)16个,枳壳-柴胡特有靶点(ZC-tbd)20个,见图1。
图1 山楂-丹参与枳壳-柴胡抗高脂血症靶点交集图
a. 两药对抗高脂血症共有靶点 b.山楂-丹参特有靶点 c. 枳壳-柴胡药特有靶点
图2 山楂-丹参与枳壳-柴胡抗高脂血症共有靶点PPI图
图3 药对抗高脂血症特有靶点PPI图 (a 山楂-丹参 b枳壳-柴胡)
SD-ZC-bd所对应活性成分为槲皮素、β-谷甾醇、芦丁等,根据基因拓扑值(表1)抗高脂血症的重要靶点为白介素6(IL6)、肿瘤坏死因子(TNF)、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK1)、血管内皮生长因子A(VEGFA)、 基质金属蛋白酶9(MMP9)、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARG)、表皮生长因子受体(EGFR)、纤溶酶原(SERPINE1)、血栓调节蛋白(THBD)、细胞间黏附分子(ICAM)、一氧化氮合成酶2(NOS2)等(见图2)。
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