基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制.pdf

药学：引用本文格式：潘奕君，薛翔月，王广立，等基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制湖北医药学院学报，（）：基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制潘奕君，薛翔月，王广立，陈梦瑶，谢 琳，万国兴，（湖北医药学院第三临床学院；药护学院第三临床学院；附属人民医院，湖北 十堰）摘 要 目的：应用网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性（，）的作用机制。方法：利用 和 数据库检索经 筛选得到麝香有效成分和作用靶点，利用转录组数据分析得到 靶点，将麝香作用靶点与 相关靶点取交集，得到麝香干预 的潜在靶点。然后采用 数据库构建蛋白质相互作用网络，导入 软件构建“麝香有效成分靶点”网络，并进行网络拓扑学分析得到核心靶基因。利用 在线软件对靶点基因进行 功能和 通路富集分析。运用 在线工具对核心靶点和有效成分进行分子对接。结果：筛选得到麝香有效成分 个，分析得到 相关靶点 个。构建“麝香有效成分靶点”网络后经网络拓扑学分析显示 与 为麝香干预 潜在核心靶点。富集分析显示麝香干预 涉及的分子功能及生物学过程共 个，包括 、等。富集分析显示麝香干预 的相关信号通路 条，包括 、等。分子对接的结果显示，麝香的三种主要有效成分桑黄素、去甲荷叶碱、胆固醇均与 及 有较好的结合能力。结论：麝香可通过多靶点、多通路干预，将为进一步深入研究麝香干预 的作用奠定基础。关键词 麝香；阿霉素心脏毒性；网络药理学；分子对接基金项目 国家自然科学基金项目（）；湖北省自然科学基金项目（）；国家级大学生创新创业训练计划项目（）；湖北省教育厅青年人才项目（）作者简介 潘奕君（），女，湖北十堰人，本科在读，研究方向：肿瘤心脏病学。通信作者 万国兴（），男，湖北黄冈人，讲师，医学博士，研究方向：肿瘤心脏病学。：，（；，；，）：（），潘奕君，等基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制 ，：；阿霉素（，）是一种高效、广谱的蒽环类抗癌药物，可用于治疗成人和儿童的实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤。虽然这种药物在肿瘤治疗中有效，但治疗中可能会出现心律失常和心力衰竭等不良反应。阿霉素心脏毒性（，）作用机制较为复杂，主流观点认为其与氧化应激、钙离子超载、凋亡、自噬、炎症等机制有关，且各因素之间相互联系，共同导致心脏毒性的恶化发展。但目前其确切发生机制尚未清楚，缺乏可靠有效的治疗手段。但有临床研究表明麝香保心丸在减少阿霉素对心脏的伤害、改善左室射血分数有明显效果。麝香作为麝香保心丸的主要成分，其主要功效为开窍醒神、活血散结、止痛消肿等；而现代药理研究发现，麝香具有抗炎、保护神经、心血管等作用。麝香作为单味中药，成分复杂、靶点多样，可通过多种信号通路发挥心血管保护作用。然而，麝香干预阿霉素心脏毒性的作用及分子机制尚不清楚。网络药理学是一种利用计算和实验相结合，通过构建“药物基因靶点疾病”相互作用网络，预测药物治疗疾病的作用机制，其“整体性”和“系统性”的概念与中医药多组分、多靶点、多途径的特点高度相似，适于中药现代化研究。分子对接技术是在分子水平上预测配体靶点蛋白相互作用能力，从而实现计算机辅助药物筛选及预测蛋白质配体与受体亲和力的方法，广泛用于药物的发现。基于此，本研究采用网络药理学的方法全面探究麝香干预 的作用机制，并利用分子对接技术对麝香有效成分与 核心靶点的结合能力进行验证，为深入开展麝香治疗阿霉素心脏毒性的确证研究提供思路。材料与方法 麝香有效成分及作用靶点的筛选通过检索 （：）及（：）数据库得到麝香的化学成分，并利用此平台及（：）以口服生物利用度（，）、类药性（，）为标准筛选麝香的有效成分；使用、数据库预测有效成分的作用靶点。阿霉素心脏毒性靶点的筛选在 数据库（：）中下载基于人干细胞诱导心肌细胞探究阿霉素心脏毒性转录组数据集 及（两数据集均分为两组：阿霉素处理组及对照组）；获得原始 数据，采用 语言“”包进行差异基因基因分析并绘制火山图，以 且 为阈值筛选差异表达基因，取交集归纳整理后得到阿霉素心脏毒性相关靶点。药物疾病靶点网络构建及可视化分析运用 软 件（：）中的在线 工具获得麝香潜在靶点与 靶点的交集基因。将交集基因导入 （：）数据库，设置物种为“”构建蛋白相互作用网络（），将结果保存为 文件导入 软件，构建“麝香有效成分靶点”网络；并利用其插件 分析靶点蛋白的网络拓扑参数，根据介数（，）、紧密中心性（，）及度值（）三个参数作为指标，分别计算三个指标的中位数，当靶点指标大于相应的中位数可预测为核心靶点，最后根据度值（）进行排名。富集分析将药物疾病的交集基因导入在线工具 行 和 富集分析，以 确定富集结果的显著性。富集分析得到的重要分子功能、生物学过程及信号通路可认为是麝香干预 的重要分子机制。湖北医药学院学报（）网址：年 月，（）分子对接在 （：）数据库中下载麝香主要成分化合物 结构作为配体，储存为“”格式；同时在 （：）数据库中按照以下标准筛选核心基因的蛋白：实验方法（）为，物种为 ，分辨率（）为，有配体（），（）。根据条件筛选蛋白储存为“”格式；使用在线分子对接软件（：）评估化合物与靶基因的结合活性，分子对接结果中，得分即最低化学结合能，表示蛋白与配体间对接良好。且 分数越低，配体与受体的结合越稳定。结果 麝香有效成分的筛选及作用靶点的预测通过、数据库检索筛选，得到麝香有效成分有 个，包括桑黄素（）、去甲荷叶碱（）、胆固醇（）、雄甾烷二醇（），每种有效成分所对应的潜在靶点基因名经规范处理，基本信息见表，再去除重复靶点后得到 个麝香潜在靶点。表 麝香有效成分及作用靶点有效成分靶点桑黄素（）、去甲荷叶碱（）、胆固醇（）、雄甾烷二醇（）阿霉素心脏毒性靶点的筛选结果对 及 数据集分别进行差异基因基因分析，并以 且 为阈值进行差异基因筛选。在 数据集中得到符合条件的差异基因 个，在 数据集中得到符合条件的差异基因 个，根据差异基因分析结果绘制火山图，基本信息见图。取交集归纳整理后的 个交集基因，被认为是阿霉素心脏毒性相关靶点，基本信息见图。图 阿霉素心脏毒性差异基因分析 潘奕君，等基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制图 阿霉素心脏毒性靶点 药物疾病靶点网络构建及可视化分析运用 在线软件分析获得麝香与 交集基因 个，基本信息见图，可认为这 个靶点是麝香干预阿霉素心脏毒性的潜在靶点。图 麝香与阿霉素心脏毒性靶点的交集基因 麝香有效成分靶点 网络构建将 个交集靶点导入 数据库，构建麝香靶点 的蛋白相互作用网络（），经筛选得到三种主要的有效成分，基本信息见图，网络中包括 个节点，条边。并获取蛋白互作 文件导入 软件，并构建“麝香有效成分靶点”网络，基本信息见图。其中蓝色为共同靶点，黄色为麝香中可与共同靶点反应的有效成分，该图可体现麝香中 个有效成分可通过调节 个靶点来干预。插件进行网络拓扑分析得到核心作用靶点，前 个核心靶点基本信息见表。其中 的 值为，的 值为，显著高于其他靶点，预测 和 可能是麝香干预 的最为重要的靶点。图 麝香干预阿霉素心脏毒性靶点蛋白相互作用网络表 核心靶点网络拓扑参数基因度值紧密中心性介数图 麝香有效成分靶点阿霉素心脏毒性相互作用网络 富集分析结果将 个交集基因导入 在线软件进行富集分析，信号通路富集分析得到 个条目，富集分析得到生物过程相关条目 个，分子功湖北医药学院学报（）网址：年 月，（）能相关条目 个。各取前 个显著富集的条目用于绘制气泡图，基本信息见图。这些交集基因主要涉及的 条目包括：神经活性配体受体相互作用（）、尼古丁成瘾（）、膜电位的调节（）、腺苷酸环化酶调节 蛋白耦联受体信号传导通路（）、神经递质受体活性（）、突触后神经递质受体活性（）等。可认为麝香主要通过这些信号通路干预阿霉素心脏毒性。注：分析；：分析图 和 富集分析结果 分子对接结果将麝香靶点 网络中的 种有效成分桑黄素、去甲荷叶碱、胆固醇分别与 和 进行分子对接，以验证麝香活性成分与靶蛋白不同程度地结合能力（麝香有效成分靶点 网络未显示雄甾烷二醇与 和 存在作用关系，故未进行分子对接分析）。按前述标准选择 的 为，的 为，分别与麝香三种主要活性成分进行分子对接。结果显示 与 结合能为 ，与 结合能为 ，且与其他有效成分对接后能均符合条件，验证了麝香有效成分通过核心靶点干预阿霉素心脏毒性的作用。基本信息见图，表。图 麝香 种有效成分分别与 及 结合分子对接图 潘奕君，等基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制表 麝香 种有效成分分别与 和 的分子对接结果 讨论 在临床上表现为胸闷、心慌、气短、乏力、汗出肢冷等，中医上将其症状归属为心悸、胸痹、心衰等范畴。中药可通过扶正驱邪的方式，可有效抑制，其作用机制多与抗氧化、抗炎、抗凋亡、防止线粒体损伤、维持 稳态等有关，且中药具有多组分、多途径、多靶点的特点，在心脏保护机制中起重要作用。麝香保心丸作为一种经典的复方制剂，具有芳香温通，理气止痛的功效，在心肌梗死、心绞痛等心内科常见疾病中广泛应用。临床研究表明其对阿霉素导致的心肌损伤也有较好的保护作用。麝香作为麝香保心丸复方制剂中的君药成分，在拮抗阿霉素心脏毒性中可能发挥重要作用。本研究利用网络药理学及分子对接技术对麝香干预阿霉素心脏毒性可能的分子机制进行了探索。现代研究表明麝香在抗炎、抗癌、抗氧化及神经保护方面有较强的作用，适用于治疗心肌缺血所致的冠心病、心绞痛、心肌梗死等，可增加心肌收缩力，抗氧化应激，降低心脏前后负荷，促进血管新生。本研究应用网络药理学和分子对接技术，通过构建“疾病基因靶点药物”相互作用网络，探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制。本研究结果显示，通过 和 数据库检索并经 筛选获得麝香主要成分 个，包括桑黄素、去甲荷叶碱、胆固醇和雄甾烷二醇。其中桑黄素可改善心脏血流动力学功能，减少缺血 再灌注引起的心律失常；去甲荷叶碱可穿透血脑屏障，分布于大脑、肺和心脏中，具有抗高脂血症的功能，从病理生理机制上部分解释了麝香的心脑血管保护作用。同时也预测到 种活性成分对应的个靶点，这些蛋白相互作用、相互协调，在麝香干预 的过程中发挥重要作用。利用在线软件得到麝香与 的交集基因 个，包括、等。根据靶点蛋白的网络拓扑参数推测 与 可能在麝香抗 中发挥关键作用。为烟碱型乙酰胆碱受体，在中枢和外周神经中广泛表达，在人体内表达和功能调节的机制较为复杂，可通过调节免疫细胞，抑制炎性细胞因子的表达来抑制心脏、神经炎性反应。研究发现在心力衰竭和心肌缺血的小鼠模型中，可通过激活 通路减轻心脏炎症，以维持免疫稳态，同时，活化可抑制过多的活性氧产生，增强自噬作用以此减少缺血引起的心肌损伤，减少慢性缺血重塑和心力衰竭；此外，还可诱导血管生成，减轻大鼠心肌梗死，发挥保护心脏和抗缺血的作用。但 在阿霉素心脏毒性中的作用及分子机制尚需进一步研究。为孕酮受体，经孕酮刺激后可诱导抗凋亡基因 的表达，拮抗阿霉素诱导的心肌细胞凋亡。此外，在小鼠模型中发现孕酮受体可通过激活脂肪酸氧化和线粒体呼吸减轻心脏脂肪变性和脂肪毒性。在心肌梗死的雄性小鼠研究中发现孕酮通过上调 的表达，激活 信号促进了心肌细胞的增殖，从而减轻心肌损伤。我们通过分子对接分析了麝香中 种主要化合物桑黄素、去甲荷叶碱、胆固醇分别与 和 的结合能力，结果发现这 种活性化合物均与 及 有较好的结合能力。由此提示，和 可能是麝香干预 的重要分子靶标。本研究同时利用 信号通路富集分析推测了麝香干预阿霉素心脏毒性的信号机制，结果显示 、通路可能发挥了重要作用。可以看出，这些信号通路多与神经胆碱信号转导有关。其中，有研究已证明 通路与慢性心力衰竭的发病机制有关，并且在预防和治疗冠心病中也起着重要的作用。但其在阿霉素心脏毒性中的作用及分子机制尚需进一步研究确定。研究湖北医药学院学报（）网址：年 月，（）发现，在 诱导的大鼠慢性心衰模型中，胆碱能神经系统下调，提示胆碱能通路功能减退是促进阿霉素诱导心衰发展的重要病理生理机制之一。富集结果显示，、等分子功能或生物学过程可能参与麝香干预。一些研究已证明了心肌细胞释放的乙酰胆碱对心血管疾病的有益作用，副交感神经亢进可分泌乙酰胆碱，参与对心肌缺血 再灌注损伤及心肌梗死的保护。研究发现，受体介导的巨噬细胞反应可在心力衰竭中发挥作用，可抑制心肌坏死后炎症。以上这些研究说明，胆碱能相关分子功能及生物学过程对减轻心肌细胞损伤及心脏炎症具有重要作用。因此，以上富集分析结果提示，麝香可能通过调控胆碱能相关信号干预阿霉素心脏毒性。综上所述，本研究基于网络药理学和分子对接技术，对麝香活性成分、作用靶点的预测、筛选和验证，结果显示麝香抗阿霉素心脏毒性可能是通过多成分、多靶点、多通路的协同作用发挥疗效。本研究结果为临床运用麝香治疗 提供了科学依据，也为深入发掘麝香潜在的作用机制提供了方向。但本研究仍然存在不足，因为仅用网络药理学一种方法分析的作用机制存在一定局限性，且获得的众多靶点和信号通路也需要进行动物或细胞基础实验进一步验证，因此麝香干预阿霉素心脏毒性的机制仍有待进一步研究。参 考 文 献，：，（）：，：，（）：，：，（）：苏毅馨，朱世杰，薛 鹏，等阿霉素心脏毒性的研究进展 临床肿瘤学杂志，（）：李菁浩，杨冬梨，李 琳，等中医药治疗阿霉素心脏毒性研究进展西部中医药，（）：，：，：，：齐 创，周作枝，王 荧，等麝香保心丸防治阿霉素心脏毒性的临床研究现代肿瘤医学，（）：王 丹，王心雨，卢 烽，等基于本草考证的麝香功能主治及用法用量挖掘中成药，（）：庄延双，蔡宝昌，张自力网络药理学在中药研究中的应用进展南京中医药大学学报，（）：袁 甜，崔琳琳，王 莹，等中药网络药理学最新进展中医药学报，（）：，：，（）：王晓平，凌观静，李伟利，等基于线粒体功能的阿霉素诱导心脏毒性的分子机制及中药研究进展中国科学（生命科学），（）：陈颜晓倩，何志芳，桑 建，等单硝酸异山梨酯联合麝香保心丸治疗肺源性心脏病合并心力衰竭的临床疗效中西医结合心脑血管病杂志，（）：，：，：潘艳明，吕恒娟，王加良，等麝香保心丸联合曲美他嗪对老年冠心病合并心力衰竭患者血管内皮功能及血浆脑钠肽的影响中国老年学杂志，（）：，：，：潘奕君，等基于网络药理学及分子对接技术探讨麝香干预阿霉素心脏毒性的作用机制，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：胥晓丽，曾菊绒，于晓江，等多柔比星诱导的心衰大鼠心脏胆碱能神经分布及 表达的变化南方医科大学学报，（）：，（）：，：收稿日期（本文编辑：邴云云）湖北医药学院学报（）网址：年 月，（）