基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制.pdf

第 卷第 期 年 月新余学院学报 ，基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 刘慧娟，余水红，胡叶青，曹富，吴其国（安庆医药高等专科学校 药学院；基础医学院，安徽安庆 櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆）摘要：基于网络药理学研究方法，利用 数据库获得川楝子治疗肝癌的化学成分及靶点基因，从 数据库获取疾病靶点基因，将川楝子和肝癌的交集靶点导入 数据库获得靶点互作关系，并进行 和 通路富集分析，结合关键靶点基因在肝癌组织中的表达与预后的相关性分析，筛选到槲皮素等 种主要活性成分，、等主要靶点，癌症通路、癌症中蛋白聚糖、信号通路、乙肝和大肠癌通路等主要调控路径，揭示了川楝子治疗肝癌的机制具有多成分、多靶点和多通路的性质，从整体上为川楝子治疗肝癌提供参考。关键词：川楝子；网络药理学；肝癌；机制中图分类号：文献标志码：文章编号：（）櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆 收稿日期：基金项目：安徽省高校自然科学研究重点项目“基于 信号通路探讨抗癌精方治疗胃癌的作用机制研究”（）；安庆医药高等专科学校校级科创团队项目“中药活性物质基础及制剂研发创新团队”（）。作者简介：刘慧娟（），女，河北赞皇人，讲师，硕士。通信作者：吴其国（），男，安徽枞阳人，副教授，博士，主要从事中药物质基础研究。川楝子又名金铃子，为楝科植物川楝的干燥成熟果实，具有舒肝行气、止痛、驱虫的作用 。通过数据挖掘分析有毒中药在消化系统肿瘤中的辩证用药，可知川楝子主要用于肝癌和肠癌的治疗 。中药方剂“一贯煎”为滋阴疏肝类抗肝癌药，临床应用效果显著，方剂中的川楝子发挥了重要的抗肝癌作用，起到佐助药和佐制药的作用 。将川楝子等疏肝养肝中药配合肝动脉介入治疗 例中晚期肝癌患者，发现在提高患者生存质量、延长生存期、保护肝肾功能方面明显优于对照组 。回顾性队列研究表明，中药辅助治疗可以提高肝癌患者的生存率 。可见，中药在肝癌防治中效果显著，川楝子在肝癌治疗中效果明确但作用机制不明。网络药理学是药物设计的一种创新方法，包括系统生物学和网络分析等 。网络药理学可以从整体上，通过多靶点多成分的分析，阐述药物的作用机制，非常符合中医药的整体观念，由此也延伸出了中药网络药理学。本文研究旨在利用现有的中药数据库获得川楝子的潜在有效成分和潜在靶标，并从生物医学数据库中确定疾病肝癌的作用靶标。利用网络的扩散性原理，从 数据库获得川楝子和肝癌交集基因的人类蛋白 蛋白相互作用信息，对川楝子治疗肝癌的直接和间接靶点进行基因本体（，）功能富集分析和京都基因与基因组百科全书（，）信号通路富集分析，构建生物学网络，以研究川楝子对肝癌起作用的潜在活性化合物、靶标和机制，为川楝子治疗肝癌的研究和应用提供 新余学院学报 年参考。材料与方法 川楝子化学成分及其靶点的获取利用 数 据 库（：）获得川楝子的化学成分及各个成分的靶点，通过 数据库手工整理了 种中医症状，并将它们与 种草药和 种症状相关联，并收集了与这些症状相关的 种疾病、种草药成分和 种靶基因，并建立了一个包含所有这些成分的大型异构网络 。肝癌靶点的获取从 数据库（：）筛选与肝癌相关的靶标。数据库是一个可搜索的综合数据库，可为所有带注释的和预测的人类基因提供便捷、全面的信息，从而可以有效地揭示基因与疾病的联系 。蛋白 蛋白相互作用（）为了解释川楝子潜在有效成分靶点与糖尿病靶点之间的相互作用，将共同的靶点导入 （：）数据库，条件设置为“人”，获得与当前重叠靶标最紧密相关靶点的蛋白质 蛋白质相互作用网络。数据库用于生成有关基因功能的假设，分析基因列表并为功能分析确定基因的优先级，使用大量的基因组学和蛋白质组学数据找到功能相似的基因 。和 途径富集分析 数 据 库（，：）用于分析 网络中蛋白质的 功能和 途径富集。为研究人员提供了一套全面的功能注释工具，以了解大量基因背后的生物学意义 。分析包括三个不同的类别：生物过程（）、分子功能（）和细胞成分（）。生物网络的构建通过网络可视化软件 构建三个生物网络：化合物 靶标网络、蛋白 蛋白相互作用网络（）、化合物 靶点 通路网络，筛选直接作用靶点及间接作用靶点。靶蛋白相互作用及核心靶点筛选利用 数据库（：）界面输入筛选到的直接靶点基因，选择泛癌分析，分析潜在作用靶点基因在泛癌组织与癌旁组织中 的表达，再通过 数据库（：）进一步分析异常表达的靶点基因与肝癌患者预后的相关性。结果与分析 川楝子的化学成分及靶点通过 数据库共获得化合物 个，除去没有靶点的化合物，共得到潜在有效成分 个（见表）。除去重复靶点，共得到川楝子的潜在靶点 个。表 川楝子中有效成分 化合物名称分子量口服生物利用度（）棕榈酸 儿茶酚 槲皮素 芦丁 亚麻酸 香兰素 硬脂酸 棕榈酸甲酯 小檗碱 斯特法林 第 期刘慧娟，余水红，胡叶青，等：基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 续表 川楝子中有效成分 化合物名称分子量口服生物利用度（）（）儿茶素 己酸 香豆酚 大枣甙 （）异龙脑 龙脑 阿魏酸 甲氧基 醛基呋喃 甘露醇 亚油酸乙酯 羟基 ，二甲氧基苯甲酸 川楝素 阿魏醛 异香草酸 十八碳烯酸 ，二羟基 乙酰基 甲基 甲氧基萘 （）（，）（羟基 甲氧基 苯基）甲氧基 羟甲基 ，二氢苯并呋喃 基 丙烯醛 （，）（羟基 甲氧基苯基）六氢呋喃 ，呋喃 基），二甲氧基苯酚 化合物 靶点网络构建为了分析川楝子中化学成分与其靶点的内在联系，构建了化合物 靶点网络图，粉红色节点表示靶点，绿色节点表示化合物，如图 所示。网络中包含了 个节点、条边，通过拓扑分析可得平均自由度为 ，可见川楝子具有多成分多靶点的性质。根据自由度的大小可知，该网络中大于平均自由度的靶点有 个：（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（），这些靶点受到多个化合物的调控，在川楝子的作用机制中具有比较重要的地位。图 化合物 靶点网络 新余学院学报 年 肝癌相关的靶点以“”为关键词，设置 ，搜索 ，获得关于肝癌的基因 个，肝癌相关靶点的基本信息见表 。表 肝癌靶点的基本信息基因简称基因描述 激活蛋白 肿瘤蛋白 连环蛋白 人遗传性血色素沉着蛋白 抗胰蛋白酶 肝细胞癌上调的长非编码 胰岛素样生长因子 假定组蛋白 磷脂酰肌醇 ，双磷酸 激酶 亚基催化 微小 半胱天冬酶 原癌基因，受体酪氨酸激酶 富马酸乙酰乙酸酯水解酶 原癌基因 微小 信号通路的 调节器 端粒酶逆转录酶 甲胎蛋白 相反链 反义转录本 微小 轴突蛋白 微小 胰岛素样生长因子 受体 微小 异柠檬酸脱氢酶（）异柠檬酸脱氢酶（）微小 微小 血小板衍生生长因子受体样 微小 相关脂质转移蛋白 微小 磷脂酰肌醇蛋白聚糖 成纤维细胞生长因子受体 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 微小 第 期刘慧娟，余水红，胡叶青，等：基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 续表 肝癌靶点的基本信息基因简称基因描述 微小 微小 原癌基因 微小 微小 红细胞衍生核因子 、样蛋白 微小 微小 微小 微小 微小 原癌基因 微小 微小 微小 信号转导和转录激活子 神经内分泌分泌蛋白 微管相关支架蛋白 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 微小 丝氨酸 苏氨酸激酶 转化生长因子 转录辅激活子 角蛋白，型细胞骨架 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 半胱天冬酶 原癌基因蛋白 白介素 肝细胞核因子 新余学院学报 年 川楝子作用于肝癌的靶点基因通过将川楝子所有化学成分的靶点与肝癌的靶点取交集，得到川楝子作用于肝癌的 个直接靶点：、。图 中圆形代表肝癌的靶点，正方形代表川楝子的作用靶点。图 川楝子作用于肝癌的直接靶点 网络将共同靶点输入 数据库，获得直接和间接作用靶点共 个，个蛋白与蛋白的相互作用，将其导入 软件，构建了 网络图，如图 所示，处在内圈的为 个直接作用靶点，外圈的为 个间接作用靶点。图 网络 与 分析将 网络中获得的 个靶点导入 数据库，进行 分析与 分析，设置 值小于 ，共得到 条 、条 、条 、条 ，根据 值选择前 个条目作气泡图，横坐标显示了属于该条目的靶点数目与注释基因总数的比例，纵坐标显示了靶点富集的 和 通路。点越大表示富集的靶点数量越多，点颜色越红反映了 值越小，即越显著，如图 。图中纵轴表示目标基因的显着富集途径，横轴表示基因比率。基因比率代表属于该条目的目标基因数目与所有注释基因数目之比，较高的基因比率代表较高的富集水平。点的大小越大，表示 途径中靶基因的富集数量越多；点的颜色越红，值就越小。第 期刘慧娟，余水红，胡叶青，等：基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 生物过程；细胞成分；分子功能；通路富集图 和 富集分析结果 化合物 靶点 通路网络构建为进一步解释川楝子治疗肝癌的作用机制，选择前 条通路构建化合物 靶点 通路网络图，如图 所示。图中绿色表示 个化合物，红色表示 个直接共同作用靶点，粉红色表示 个间接作用靶点，蓝色表示 条通路，网络中包含了 个节点和 条边，化合物中自由度最大的为槲皮素（），靶点中自由度排在前 的为 （）、（）、（）、（）、（），通路中自由度排在前的为癌症通路（）、癌症中蛋白聚糖通路（）、信号通路（）、乙肝通路（）、大肠癌通路（）。图 化合物 靶点 通路网络 新余学院学报 年 直接靶点基因在肝癌组织中的表达利用 数据库在肝癌组织及非肿瘤组织中的转录水平评估 个直接靶点基因 、的异常表达情况，见图 。结果表明，除 在肝癌组织 表达与正常组织比较没有统计学意义（）以 外，、个基因表达均明显高于正常对照组（），、基因表达低于正常对照组（）。因此，、个直接靶点基因与肝癌发生发展相关性较大，推测可作为肝癌诊断治疗潜在的分子指标。图 直接靶点基因在肝癌组织和正常组织中的表达（）直接作用靶点基因与肝癌患者预后的相关性利用 数据库通过肿瘤患者总生存期（，）、无病进展生存期（，）、无复发生存期（，）、疾病特异性生存期（，）评估个核心靶点基因表达与肝癌患者预后的相关性，结果见表 。结果显示，、基因在不同评价指标中 ，均无统计学意义。在 、和 明显上调的基因主要有 、，各基因 ，这提示 、基因与肝癌患者预后良好相关性较大。、基因表达在不同指标中呈现明显下调，各基因 ，这提示 、基因若高表达则可能与肝癌患者预后不良有关。另外，基因在 、和 指标中表达均明显升高，基因在 、和 指标中表达均明显降低，说明 和 两个基因可能是肝癌患发生发展过程中较为重要的基因，见图 。第 期刘慧娟，余水红，胡叶青，等：基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 表 不同疗效指标中直接靶点基因表达与肝癌患者预后的相关性分析（）不同疗效指标上调基因 下调基因 图 和 直接靶点基因的表达与肝癌患者预后的相关性分析（）讨论从图 （、）的 功能富集分析气泡图得出，川楝子在治疗肝癌的系统网络药理学研究中较为重要的生物过程（）包括肽基酪氨酸磷酸化的正调控、聚合酶 启动子转录的正调控、基因表达的正调控、以 为模板的转录正调控和细胞增殖的负调控，比较重要的细胞成分（）包括蛋白质复合物、错配修复体、细胞质、核质和细胞内液，比较重要的分子功能（）包括蛋白质结合、双链 结合、泛素蛋白连接酶结合和酶结合。在图化合物 靶点 通路网络中，自由度较高的有槲皮素、棕榈酸、川楝素、芦丁、棕榈酸甲酯和亚 新余学院学报 年麻酸 个主要成分，其中最重要的化合物为槲皮素，属于黄酮类化合物 ，是水果和蔬菜等人类饮食中潜在的癌症治疗剂 。槲皮素纳米颗粒治疗可有效抑制肝癌细胞的增殖、细胞迁移和集落形成，从而抑制肝癌的进展，其作用机制包括多种途径：激活、抑制、和 抑制 。中药协同给药抗肿瘤西药，槲皮素可通过 增强阿霉素介导的抗肝癌抗肿瘤作用 。研究表明，图化合物 靶点 通路网络中个重要靶点 、和 与肝癌的发生发展密切相关。是肝癌中经常突变的经典驱动基因，可作为肝癌疾病的预防靶标 ；有研究证明了 在 驱动的小鼠肝细胞中被激活，导致 的磷酸化 激活，在 诱导的肝癌发展中具有功能性贡献 。在 的人类肝细胞癌中被扩增，通过抑制 可在肝脏中抑制肿瘤的表达 。信号的持续激活可能诱导特定的促炎和促血管生成信号，从而提供了 可以促进肝癌发病的机制 。在肝癌细胞和患者中发现 和 之间存在正相关，和 表达高水平的患者预后较差，总生存期较低 。在图 （）通路富集分析结果中，排在前 的通路包括了 条与癌症相关的通路，如癌症通路、大肠癌、胰腺癌、膀胱癌、癌症中蛋白聚糖、子宫内膜癌、非小细胞肺癌、癌症中的中央碳代谢和黑色素瘤通路，其中乙肝通路也排在了前 位之中。另外，三种经典信号通路 信号通路、信号通路和细胞周期通路也在整个网络中起着重要作用。对前 条通路构建化合物 靶点 通路网络图得出的 个直接共同作用靶点分别进行基因表达及预后分析，其中 、基因表达与肝癌发生发展及预后相关性较大，其中 和 最为明显，推测可作为肝癌潜在的分子标志物与治疗靶点。家族的 在几种癌症中表达，与不良预后、疾病进展和转移密切相关，导致合成的蛋白质在基因水平上激活的生化过程具有强烈的致癌作用 。调控 可抑制肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭，是治疗肝癌潜在的新靶点 。是抑癌基因，是转移性肿瘤最常见的体细胞突变基因，其表达调控机制可能导致在癌症早期、病毒感染及免疫逃逸等阶段促进肝细胞癌的发生发展 。综上所述，川楝子治疗肝癌具有多成分、多靶点和多通路的性质，通过生物大数据和网络药理学的分析，发现其治疗机制可能主要与 个成分、个共同直接靶点、个间接靶点和 条通路相关。结合直接作用靶点基因在肝癌组织中的表达与患者预后的相关性分析，化学成分槲皮素，直接靶点 、，癌症通路、癌症中蛋白聚糖通路、乙肝通路和 信号通路相关性最大，在川楝子治疗肝癌作用机制中发挥关键作用，本研究从整体上为川楝子治疗肝癌的机制研究提供了一定参考。参考文献：国家药典委员会 中华人民共和国药典 北京：中国医药科技出版社，张艳，王成岗，刘西建 有毒中药治疗消化系统肿瘤的辨病用药研究 山东中医杂志，（）：余功，徐彬智，陈江涛，等 一贯煎抗肝癌的方剂配伍分析 中医临床研究，（）：张玉芳，焦智民，米巧云，等 中药配合肝动脉介入治疗中第 期刘慧娟，余水红，胡叶青，等：基于网络药理学系统评价川楝子治疗肝癌的作用机制 晚期肝癌 中国中西医结合外科杂志，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，：，（）：，：?，（）：?，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：谭宇博，苏卜伊努尔吐尔洪，黄静，等 靶向调控 对肝癌恶性表型的影响机制 首都医科大学学报，（）：，新余学院学报 年 ，（）：施旭佳，尧晨光，熊诗雯，等 数据挖掘鉴定 作为肝细胞癌的生物标记物 生物信息学，（）：，（）：（责任编校：任华），（，）：，、，：；