基于网络药理学探讨莱菔硫烷治疗急性一氧化碳中毒脑损伤的作用机制.pdf

，（）：，（）：，（）：黄艳妮，何小华，郑晓霞，等慢性不可预计温和刺激抑郁模型的研究进展 医学综述，（）：，?，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：邱守涛，崔迪，付绍婷，等不同强度耐力运动对骨骼肌质量的影响：自噬与衰老 沈阳体育学院学报，（）：，（）：王璐，邓文骞大负荷游泳运动后大鼠额叶神经元凋亡和线粒体形态变化及 ，表达的研究 成都体育学院学报，（）：王璐，邓文骞，袁琼嘉，等运动预处理影响线粒体形态变化以及相关因子表达干预力竭运动后大鼠额叶细胞凋亡 中国运动医学杂志，（）：，（）：，（）：，（）：基于网络药理学探讨莱菔硫烷治疗急性一氧化碳中毒脑损伤的作用机制岳傲春，宋慧平，周诩栋，韩伟，李琴（青岛大学医学部中西医结合中心，山东 青岛 ；山东中医药大学第一临床医学院，济南 ；深圳大学总医院急诊科，广东 深圳 ）【摘要】目的：基于网络药理学方法，探究莱菔硫烷（）治疗急性一氧化碳中毒（）脑损伤潜在靶点和分子机制。方法：检索 数据库获得 的 结构，通过 网站获得化合物预测靶点，检索 和 数据库获得 脑损伤的靶点，通过 数据库构建蛋白质相互作用（）网络，利用 软件构建分子网络，应用 数据库进行 和 分析。结果：通过筛选，共获得 的有效靶基因 个，脑损伤有效靶基因 个，其中共同靶点 个，网络分析显示 、等为网络的核心靶点，分析结果提示相关靶点显著富集在细胞对肽的反应、对氧化应激的细胞反应以及活性氧代谢过程的正向调节等生物功能，富集分析结果主要涉及癌症通路、乙型肝炎通路、催乳素信号通路、自噬 动物信号通路等相关通路。结论：通过网络药理学初步揭示 对 脑损伤的作用具有多靶点性，作用于 、等核心靶点，通过抗炎、抗细胞凋亡、增强自噬等发挥抗 作用。【关键词】网络药理学；莱菔硫烷；急性一氧化碳中毒脑损伤；作用机制；治疗靶点【】；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（）【】中国应用生理学杂志，（）【基金项目】国家自然科学基金（、）；山东省重点研发项目（）；山东省自然科学基 金（）；深 圳 市 医 疗 卫 生 三 名 工 程 项 目（）【收稿日期】【修回日期】【通讯作者】：；：急性一氧化碳中毒（，）是全世界主要中毒死亡原因之一 。能使患者全身缺氧，三磷酸腺苷（，）合成异常，进而造成多脏器功能损伤 ，其中，中枢神经系统及心血管系统损伤后果最为严重 。高压氧治疗是 的主要治疗方法，但研究发现，高压氧治疗可引起非惊厥性癫痫持续状态、肺水肿、脑水肿等，因此，国内外对于高压氧治疗仍存在争议。近年来大量研究表明，中医药治疗能够促进病人神经功能恢复 。莱菔硫烷（，）又名萝卜硫素，是主要存在于十字花科植物中的一种异硫氰酸盐类物质，具有抗氧化、免疫调节、抗炎、抗肿瘤等多种药理作用 。课题组前期研究发现，中剂量的莱菔硫烷能够显著改善 大鼠的认知功能障碍，增强抗氧化防御作用，减轻线粒体超微结构的损伤，从而对 导致的脑损伤发挥积极治疗作用 。故 可能成为治疗 脑损伤的新方法。网络药理学是在“药物 靶点 疾病 基因”的基础上研究中医药治疗疾病作用机制的新方法 。本研究基于网络药理学方法，探讨 治疗 脑损伤的作用机制，为今后实验研究及临床应用提供理论参考。资料与方法 化合物和疾病作用靶点利用 ：数据库检索莱菔硫烷（）化学结构，并下载 结构 格式保存。在 （：）数据库提交 文件对 进行靶点分析，以“”为关键词在 数据库（：）和 数 据 库（：）收 集 并 整 理 脑损伤相关靶点基因。化学成分 作用靶点网络构建与分析将 作用靶点与 脑损伤作用靶点进行 分析，得到药物成分 疾病交集靶点基因，此交集为单体治疗疾病的可能靶点，然后使用 软件进行“化学成分 作用靶点”网络构建。莱菔硫烷治疗 脑损伤潜在靶点预测及蛋白质相互作用网络（）构建将 中获取的药物成分 疾病交集靶点基因通过相互作用数据库平台 （：）进行蛋白相互作用查询并构建 ，物种设置为“人（）”，得到莱菔硫烷治疗 脑损伤的蛋白 蛋白互作网络图。然后利用 软件对 网络进行直观分析，筛选出 网络中关键靶蛋白。功能分析与 通路富集分析利用 ：数据库的富集功能，得到核心靶点的分子功能（，）、生物过程（，）、细胞组分（，）及 信号通路分析结果。结果 莱菔硫烷与脑损伤靶点基因通过 （：）数据库获得莱菔硫烷有效作用靶点 个，利用 软件进行“中药化学成分 作用靶点”网络构建（图 ）。通过 数据库和 数据库，去重整理后共获得 脑损伤疾病靶基因 个。莱菔硫烷 急性一氧化碳中毒脑损伤共同靶点采用 （：）在线程序对所获得的莱菔硫烷作用靶基因集和 脑损伤的疾病相关靶基因集取交集后共获得 个莱菔硫烷治疗 脑损伤的潜在靶点（图），左侧蓝色圆圈为莱菔硫烷相关作用靶点，右侧红色圆圈为 脑损伤疾病相关靶基因，中间交集为莱菔硫烷作用于 脑损伤潜在靶基因。靶蛋白相互作用 网络分析为进一步研究 治疗 脑损伤的作用机制，将 个药物 疾病共同靶点通过 数据库进行蛋白相互作用 ，（）（）网络分析，隐藏游离节点（图 ）。网络中有 个相互作用节点，条相互连线关系，平均节点度为 ，平均聚类系数为 ，以 格式保存其结果。将数据导入 软件进一步直观分析（图 ）。圆形节点的颜色和大小表示 值的大小，节点越大表示 值越大，颜色由橙变绿则表示相应的 值由大变小，节点连线的粗细表示 值的高低边越粗，越高，其中 、等为网络的核心靶点，在蛋白相互作用网络中发挥关键调控作用。：；：生物功能与通路富集分析利用 （：）数据库对潜在治疗靶点进行生物学过程与信号通路分析，以 进行筛选，对莱菔硫烷治疗 脑损伤的 个靶基因进行 富集分析和 通路分析。富集分析：运用生物信息学方法分析得到 个交集靶基因的 功能富集分析柱状图，结果见图 。选取排名前 的功能信息（表 ）在生物功能方面，莱菔硫烷主要富集在细胞对肽的反应、对氧化应激的细胞反应、活性氧代谢过程的正向调节、髓样白细胞介导的免疫、激酶活性的正向调节、肽基丝氨酸磷酸化、胶原分解代谢过程、跨膜受体蛋白络氨酸激酶信号通路、神经递质代谢过程、异生素刺激的细胞反应、蛋白激酶 、血管内皮生长因子受体信号通路、内分泌胰腺发育、蛋白质定位建立的调控、细胞对一氧化氮的反应、对营养水平的反应、抗菌肽介导的抗微生物体液免疫反应、神经元死亡的负调节、脂肪酸代谢过程、白细胞介素 介导的信号通路。分子功能分析显示：对蛋白酶结合的反应、对肽链内切酶活性的反应、对胰岛素受体结合的反应、对作用于酯键的水解酶活性的反应、抗氧化活性、单加氧酶活 （）（）：中国应用生理学杂志，（）性、硫化物结合、致病因子结合、蛋白质磷酸酶结合、泛素蛋白连接酶结合的反应。细胞组成方面包括富含无花果蛋白 的颗粒内腔、细胞外基质、突触后、内质网腔、谷氨酸能突触、轴突、膜的细胞质侧。通路富集分析（图 ）：以 进行筛选，其中前 条 通路为癌症通路、乙型肝炎通路，催乳素信号通路、自噬 动物信号通路、白介素 信号通路、雌激素信号通路、药物代谢、寿命调节信号通路、血清素能突触、癌症中的转录失调，说明莱菔硫烷可能通过调节上述信号通路发挥治疗 脑损伤的作用。：；：讨论急性一氧化碳中毒早在明清时期便有中医治法的记载，称之为“中煤毒”或“中煤炭毒”。明代李时珍曾在 本草纲目 一书中记载“急以清水灌之”的方法，清代 急救便方救诸毒 书中更是明确中煤炭毒：“受毒时头晕而心口作呕者，即是，急用生萝卜汁灌之，或生咸菜水饮之，即解”。一氧化碳对全身的组织细胞都表现出毒性作用，其中最严重的就是对大脑皮质的影响 ，极易发生急性脑损伤。研究表明莱菔硫烷具有抗氧化损伤、抗炎作用，可以有效保护线粒体超微结构进而减轻 所致的脑损伤 。本研究基于网络药理学预测，筛选出 个药物与疾病共同的靶基因，通过分析蛋白互作网络，发现白蛋白（，）、丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶（，）、基质金属蛋白酶 （，）、热 休 克 蛋 白 （，）、酪氨酸蛋白激酶（，）、有丝分裂原活化蛋白激酶 （，）等为网络的核心靶点，推测莱菔硫烷可能通过这些靶点起到治疗 脑损伤的作用。这些靶基因的 功能主要集中在细胞生理过程和病理性免疫反应等。酪氨酸蛋白激酶属于一种膜结合的非受体酪氨酸蛋白激酶，其中的 、在中枢神经系统中均有表达 。并且实验表明 通过介导 酪氨酸磷酸化能够加重缺血性脑损伤过程 ，而 亚基近年来有大量文献报道其在缺血性脑损伤中发挥重要作用。作为炎症因子，能够促进炎性肉芽肿的形成，从而进一步促使炎症反应的发生 ，而炎症反应在 中具有重要影响作用。热休克蛋白（）在缺血、缺氧等病理生理过程中非常重要，参与细胞凋亡、炎症以及组织损伤过程，调节细胞存活 。有研究证实，信号通路的相关蛋白 氨基末端激酶（，）几乎贯穿于整个缺血性脑损伤过程，其作用非常重要，信号通路的活化能够促使神经元凋亡，而抑制该信号通路传导，对缺血性脑损伤具有非常重要的意义 。由此可见，莱菔硫烷或能通过靶向调控 、，发挥抗炎、抑制细胞凋亡和保护急性脑损伤的作用。通路分析显示上述 核心基因主要显著富集在癌症通路、乙型肝炎通路、催乳素信号通路、自噬 动物信号通路、白介素 信号通路、雌激素信号通路、药物代谢、寿命调节信号通路、血清素能突触、癌症中的转录失调。白介素 （，）信号通路，主要包括 、和 等 ，该信号通路是 细胞活化的重要通路，与多种炎症性疾病密切相关。等发现，脑缺血后引发 细胞功能状态失常，表达水平升高。后者能够促进内皮细胞衰老，加重脑损伤的病理过程 。雌激素受体属于固醇类激素蛋白，通过和其配体（雌激素）结合激发雌激素受体信号转导通路，以影响细胞的增殖与凋亡 。实验证明，雌激素可通过 信号通路发挥保护神经元的作用，还能够通过调节脑血管线粒体中特异性蛋白表达水平，减少活性氧的产生以发挥保护脑血管的作用 ，而 脑损伤的发病机制主要包括缺血缺氧机制、免疫炎症反应以及细胞凋亡 ，这与我们预测的结果相契合，说明莱菔硫烷在治疗 脑损伤过程中的确存 ，（）在多靶点、多通道的特点。综上所述，本研究基于网络药理学方法挖掘莱菔硫烷与 脑损伤的靶标和通路，多角度探索莱菔硫烷治疗 脑损伤的作用机制，结果表明，作用于 、等核心靶点，通过抗炎、抗细胞凋亡、增强自噬等发挥抗 作用。【参考文献】，（）：，（）：，（）：丁晓瑜，姜翠红，郝强，等醒智益脑颗粒对急性一氧化碳中毒大鼠脑组织 及 蛋白表达的影响 中华行为医学与脑科学杂志，（）：，（）：丁晓瑜，王利，毕伟康，等莱菔硫烷对急性一氧化碳中毒大鼠脑组织神经细胞线粒体损伤的治疗作用 中华航海医学与高气压医学杂志，（）：，：，（）：黄莉冰，周宁急性一氧化碳中毒后脑损伤及脑损伤生化标志物研究进展 中华卫生应急电子杂志，（）：，（）：孙亚峰，裴冬生，张光毅酪氨酸蛋白激酶 和 对脑缺血再灌注大鼠海马 区神经细胞损伤的影响 中风与神经疾病杂志，（）：，（）：，（）：吴顺泉，陈惠君，战榕热休克蛋白 在多发性骨髓瘤患者中的表达及临床意义 中国实验血液学杂志，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：苗知春，罗志勇雌激素受体信号转导的研究 生命的化学，（）：，（）：周诩栋，丁晓瑜，王利，等靶向调节 基因对急性重症一氧化碳中毒大鼠脑损伤的神经保护作用 中华行为医学与脑科学杂志，（）：中国应用生理学杂志，（）