基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌-当归-乳香-没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制.pdf

云南民族大学学报（自然科学版），（）：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（）；江苏省医院协会医院管理创新研究课题（）作者简介：张小春（），男，硕士研究生 主要研究方向为加速康复外科、普通外科方向与中西医结合临床通信作者：杨金青（），女，博士 主要研究方向为乳腺相关肿瘤、内分泌腺及全身性疾病与中西医结合临床基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制张小春，江志伟，邓正明，杨金青（南京中医药大学 第一临床医学院，江苏 南京 ；南京中医药大学附属医院，江苏 南京 ）摘要：利用网络药理学和分子对接技术，探讨瓜蒌 当归 乳香 没药配伍使用治疗乳腺癌的活性成分和潜在分子机制采用中药系统药理学分析平台（）数据库获取瓜蒌、当归、乳香、没药的化学成分及其相关靶点 在 、数据库中收集乳腺癌疾病相关靶点，提炼出两者的交集靶点 运用 软件和 数据库绘制药物 成分 靶点 疾病可视化网络及蛋白互作网络，并筛选出核心成分和关键靶点 借助 数据库对靶点进行 和 分析，运用 软件以及 软件进行分子对接验证和展示 结果发现，瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌关键活性成分为 谷甾醇、豆甾醇、鞣花酸、天竺葵素、牵牛花色素等，筛选出 、等共 个关键靶点，富集分析提示主要包括药物应答、凋亡过程的正调控、基因表达双向调控等生物过程 通路主要涉及与癌症、炎症有关通路以及感染相关疾病类通路 分子对接结果提示两者间有较好的结合活性，其中豆甾醇与 结合最紧密 瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌具有多成分、多靶点、多通路的作用机制，为后续进一步探讨机制提供了参考依据关键词：瓜蒌 当归 乳香 没药；乳腺癌；网络药理学；分子对接；作用机制中图分类号：文献标志码：文章编号：（）乳腺癌是导致全球范围内女性死亡的重要恶性肿瘤之一 在美国，乳腺癌占女性癌症死亡人数比仅次于肺癌 中国女性乳腺癌发病率（）和死亡率（）在世界范围内虽然相对较低，但是中国女性乳腺癌发病人数及死亡人数均位居世界首位，且近年来女性乳腺癌发病率和死亡率呈上升趋势，并呈现年轻化的趋势 虽然乳腺癌目前临床已综合了手术、放化疗、免疫治疗、激素及靶向治疗等多种治疗手段，提升了乳腺癌患者生存率，但仍存在诸多不足，复发和转移概率仍偏高大量实验和临床研究证明，中医药在乳腺癌术后具有良好的治疗效果，尤其对术后放疗、化疗患者有明显的减毒增效作用，能有效抑制肿瘤复发和转移，且可以促进患者术后康复，提高患者生存质量 在中医理论中，因乳房肿块质地坚硬、凹凸不平，中医将其命名为“乳岩”“石奶”其病因病机是由于患者情志抑郁，胸闷胁胀，肝气郁滞，久之横逆犯脾，脾失健运则无以升清，痰湿酝酿，经络阻塞，痰瘀互结，积乃生 本方出自于宋代陈自明 妇人良方 的经典方剂神效瓜蒌散，其中瓜蒌涤痰散结，当归补血行血，乳香没药调气活血，诸药合用，共奏疏肝解郁、散结消之功，临床上常用于治疗乳痈乳癌、瘰病便毒等 但是针对该方治疗乳腺癌的机制并没有系统的研究及明确的阐释，故而采用网络药理学与分子对接技术进行进一步挖掘瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制 基于网络药理学方法筛选出其药物有效成分及作用靶点，通过构建网络图及富集分析预测其作用机制及信号通路，并将核心成分与蛋白靶点分子进行分子对接，为今后针对瓜蒌散治疗乳腺癌进一步的实验研究提供参考依据 资料与方法 收集瓜蒌 当归 乳香 没药的活性成分及靶点从 （，：）收集瓜蒌、当归、乳香、没药的成分，并根据口服生物利用度（，）和类药性（，）筛选出药物活性成分，收集其相应靶点 通过通用蛋白质数据库（，：）将靶点转化规范基因名，选择已验证的蛋白数据，物种来源设定为人（“”）乳腺癌作用靶点的获取在 （：）、（：）、（：）以及 （：）数据库中搜索关键词“”，检索并筛选乳腺癌疾病作用靶点 去除重复项后，利用 在线工具进行瓜蒌 当归 乳香 没药作用靶点和乳腺癌相关靶点的映射并绘制 图 药物 成分 靶点 疾病网络图将瓜蒌 当归 乳香 没药活性成分和作用靶点导入 软件，绘制“药物 活性成分 作用靶点 疾病”网络图 网络图的节点表示作用靶点、活性成分、乳腺癌和药物，边表示两者之间的相互作用 蛋白质 蛋白质相互作用（，）网络构建将瓜蒌、当归、乳香、没药作用靶点和乳腺癌疾病靶点交集部分输入到 数据库中（：），选择物种为人（“”），设定相互作用阈值“”，且隐藏游离节点，将结果导入到 软件，绘制 网络图，选取 参数作为核心节点的筛选条件 富集分析运行 数据库上传靶点，限定物种为“”，分别进行 与 功能富集分析，以 为阈值进行筛选，对瓜蒌 当归 乳香 没药抗乳腺癌的生物学过程和信号通路进行可视化展示根据生物过程分析和通路富集结果，对瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌的物质基础和分子机制进行分析预测 活性成分与关键靶点的分子对接选取瓜蒌 当归 乳香 没药主要活性成分与核心靶点蛋白进行分子对接 从 数据库（：）下载靶点蛋白的 结构，从 数据库中下载核心化合物结构，设置为 格式 利用 软件对靶点蛋白进行去水、去除小分子配体结构，运行 软件将活性成分及靶点蛋白进行加氢、加电荷，构建对接口袋，并进行分子对接验证，最后通过 软件将对接结果图像化展示 结果 瓜蒌 当归 乳香 没药的活性成分和作用靶点在 中根据检索条件检索瓜蒌 当归 乳香 没药的有效成分，去除重复项后，共筛选出符合条件的活性成分 个，作用靶点 个，药物活性成分见表 其中 是当归、没药共同活性成分表 瓜蒌 当归 乳香 没药活性成分信息来源 活性成分 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 云南民族大学学报（自然科学版）第 卷续表 来源 活性成分 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 瓜蒌 ，当归 当归、没药 乳香 乳香 乳香 ，乳香 乳香 乳香 乳香 乳香 ，没药 没药 没药 没药 ，没药 没药 没药 （，），没药 ，没药 ，（），没药 没药 没药 （），没药 没药 没药 没药 （），（）没药 （，），没药 （，），没药 （）第 期 张小春，江志伟，邓正明，等：基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制续表 来源 活性成分 没药 （），没药 （，）没药 没药 没药 ，（）没药 ，没药 （，）（，）（），没药 没药 没药 （，）（，），没药 没药 （，），没药 （），没药 （），没药 （）没药 没药 没药 （，），没药 没药 没药 没药 ，（）（），没药 没药 没药 瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌的潜在靶点检索从 数据库获得乳腺癌相关靶点，根据经验设定分值大于中位数的靶点为乳腺癌的潜在靶点，分值最大值为 、最小值为 、设定分值 的靶点为乳腺癌的潜在靶点并删除重复值得靶点 个 根据 数据库得到并删除重复项后获得靶点 个，通过 数据库得到并删除重复值后得到 个疾病靶点，通过 数据库获得并删除重复值后得到疾病靶点 个，合并 、数据库靶点，删除重复值，最终得到乳腺癌相关靶点 个，与“”中的靶点取交集后，最终获得瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在靶点共 个，详见图 云南民族大学学报（自然科学版）第 卷图 瓜蒌 当归 乳香 没药有效成分靶点和乳腺癌相关靶点的韦恩图 构建中药 活性成分 靶点 疾病网络使用 软件绘制瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌的“中药 活性成分 靶点 疾病”网络图，详见图 其中，绿色正方形代表中药，橙色圆形代表中药成分，代表共有成分，紫色六边形代表共有靶点，红色正方形代表疾病 从图中可发现，瓜蒌 当归 乳香 没药可多成分、多靶点治疗乳腺癌运行 插件，值靠前的成分是 谷甾醇（）、豆甾醇（）、鞣花酸（）、天竺葵素（）、牵牛花色素（）可能是瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌的关键活性成分，见表 图 “中药 活性成分 靶点 疾病”网络图表 关键活性成分信息化学成分 值 结构式 谷甾醇 豆甾醇 第 期 张小春，江志伟，邓正明，等：基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制续表 化学成分 值 结构式鞣花酸 天竺葵素 牵牛花色素 蛋白相互作用网络（网络）构建在 数据库中录入瓜蒌 当归 乳香 没药与乳腺癌共有靶点并进行分析，通过 软件构建 可视化网络 个靶点共有 条边，如图 所示 图中每个节点代表蛋白，边代表蛋白与蛋白之间的互作关系 自由度排名前五的靶点是 （自由度为 ）、（自由度为 ）、（自由度为 ）、（自由度为 ）、（自由度为 ），可能在治疗乳腺癌中发挥重要调控作用图 瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌靶点蛋白相互作用网络 功能分析结果通过 数据库对筛选的基因进行 功能富集分析，取 ，共获得 条生物学过程，其中生物过程（）条，靶点主要参与药物应答、凋亡过程的正调控、基因表达双向调控等；细胞组分表达过程（）条，主要涉及细胞质、细胞核、线粒体等；分子功能相关的过程（）条，主要涉及酶结合、相同蛋白结合、类固醇结合等，见表 分别选取 、的前 个条目进行富集分析气泡图展示，结果见图 ，其中横轴为富集倍数，纵轴为 功能名称云南民族大学学报（自然科学版）第 卷表 分析 条目名称中文名称富集倍数 药物应答 雌二醇应答 细胞内类固醇激素受体信号通路 凋亡过程的正调控 聚合酶启动子的转录正调控 缺氧通路 基因表达负调控 外来刺激应答 基因表达正调控 血管生成 表 分析 条目名称中文名称富集倍数 细胞质 大分子复合物 细胞核 线粒体 核质 投射神经元 细胞溶质 膜筏 富 颗粒腔 染色质 表 分析 条目名称中文名称富集倍数 酶结合 相同蛋白结合 ，聚合酶转录因子活性，配体激活序列特异性 结合 蛋白质二聚体化活性 类固醇结合 泛素蛋白连接酶结合 蛋白结合 大分子复合物结合 序列特异性 结合 转录共激活剂结合 第 期 张小春，江志伟，邓正明，等：基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制 通路分析结果通过 数据库筛选的基因进行 功能富集分析，取 ，共获得 条信号通路 主要涉及与癌症相关通路、与炎症有关通路以及感染相关疾病类通路，如癌症通路、乙型肝炎、脂质和动脉粥样硬化等，见图 其中横轴为富集倍数，纵轴为通路名 分子对接分子对接结果显示，受体 与配体豆甾醇、鞣花酸，与配体 谷甾醇、豆甾醇，与鞣花酸结合能均小于 ，其中豆甾醇与 结合最紧密，见表 通过 软件可见配体与蛋白可形成稳定结构，见图 图 分子功能富集分析图 富集分析结果云南民族大学学报（自然科学版）第 卷表 核心受成分与关键靶点结合能化合物结合能（）（）（）（）（）（）谷甾醇 豆甾醇 鞣花酸 天竺葵色素 牵牛花色素 （）鞣花酸对接；（）谷甾醇；（）豆甾醇；（）豆甾醇；（）鞣花酸图 分子对接结果 讨论中医药治疗疾病具有多靶点、多通路等特点，因此如何准确科学地研究中医药的作用机制面临着诸多问题，而近几年网络药理学的研究方法被证明能够系统、网络化地研究药物组成，能够很好地解决上述问题 瓜蒌 当归 乳香 没药的配伍具有活血散瘀、理气解郁的功效 南宋著名医家陈自明在 妇人大全良方 论述乳腺癌属“肝脾郁怒，气血亏损”，明代张介宾 景岳全书 言及“肝肾不足及虚弱失调之人，多有积聚之病”凡女子以肝为先天为本，肝与乳密切相关 肝藏血，主疏泄，司女子月事、乳汁的排泄 情志失调，肝气郁结，以致气滞痰凝血瘀聚于乳房，阻塞经络，久而形成包块 乳腺癌病位在乳，与肝、脾和肾等脏腑密切相关，治疗多采用疏肝理气解郁、化痰散结消瘀为主第 期 张小春，江志伟，邓正明，等：基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制本研究运用网络药理学及分子对接方法，探讨瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌的作用机制 以生物利用度和类药性为指标，筛选发现 谷甾醇、豆甾醇、鞣花酸、天竺葵素、牵牛花色素可能为其关键活性成分 大量研究结果发现，高浓度 谷甾醇作为有效的细胞凋亡促进剂，能显著抑制人乳腺癌 细胞增殖，使细胞分裂增殖指数降低 谷甾醇激活 人乳腺癌细胞关键性半胱天冬酶，并显着抑制肿瘤细胞生长 豆甾醇与 谷甾醇类似，同属于植物甾醇，结构上与胆固醇类似，抗肿瘤效应显著豆甾醇对多种恶性肿瘤均具有显著抑制作用，如肝癌、胆管癌、胆囊癌、子宫内膜腺癌、胃癌、乳腺癌、前列腺癌和宫颈癌，其机制可能是诱导了 和 细胞中的细胞凋亡，的产生和钙过载，以及激活 线粒体轴刺激细胞死亡 等发现鞣花酸可通过调节 信号通路，使得 蛋白磷酸化降低，抑制 人乳腺癌细胞的增殖 鞣花酸显著抑制 癌症生长和 表达，通过 信号通路在乳腺癌中发挥抗血管生成作用 天竺葵素作为众所周知的天然花青素，具有抗肿瘤转化的潜在作用，其分子机制可能与其激活 信号通路和细胞保护作用有关 研究表明，天竺葵素抑制细胞周期且诱导 细胞的凋亡，特异性抑制 的活化 花青素通过减少癌细胞增殖、增加癌细胞的凋亡、肿瘤细胞的细胞周期停滞以及对肿瘤细胞的入侵和远处转移的阻止等多种分子靶点来实现抗肿瘤效果，研究发现在 时，矮牵牛素抑制 乳腺癌细胞生长 四药配伍和乳腺癌共有靶点交集筛选出 、等共 个关键靶点其中，是雌激素受体 （）的编码基因，其转录调控调节雌激素信号通路在乳腺癌中的下游作用 突变是导致内分泌治疗耐药最常见的原因，提示预后不良 阳性乳腺癌约占 ，且有逐年增加的趋势 阳性乳腺癌患者的 表达水平越高，无复发生存时间越长 突变的表达诱导了上皮 间充质转化（），细胞在体外表现出迁移和侵袭能力增强 血管内皮生长因子 （）是推动肿瘤血管床扩张的主要因素之一，可表现为血管周转率高、血流灌注差和渗漏增加 缺氧的肿瘤细胞、内皮细胞产生大量 ，并依靠多种信号通路，包括 细胞外调节蛋白激酶（）途径、酪氨酸家族激酶途径、磷脂酰肌醇 激酶（）通路等调节血管生成和血管通透性 作为癌症的生物标志物，在创伤、感染和肿瘤等刺激条件下高效表达，且在 损伤调节、细胞周期调节、基因表达和癌症发生中发挥重要作用 等 发现预处理血浆 结合其他标志物可以方便地预测乳腺癌发病和转移的风险 是细胞凋亡期间参与细胞分解的关键蛋白酶，也通常被用作癌症治疗效果的标志物 但同时近期研究发现肿瘤细胞利用凋亡过程产生有效的生长刺激信号，而活化的 是细胞凋亡中的关键执行者，参与生长刺激 等 发现 轴参与肿瘤再造，或 失活减弱了结直肠肿瘤再造并减弱了 裂解 富集分析结果显示，瓜蒌 当归 乳香 没药治疗乳腺癌涉及多个生物学过程，主要包括药物应答、凋亡过程的正调控、基因表达双向调控等 通路主要涉及与癌症相关通路、与炎症有关通路以及感染相关疾病类通路 这些生物学过程与代谢通路与肿瘤细胞增殖密切相关 巨细胞病毒核酸和蛋白存在于不同的癌症类型中，如胶质母细胞瘤、结直肠癌、乳腺癌和前列腺癌以及神经母细胞瘤中 人巨细胞病毒感染 、和 后，和 亲本细胞和干细胞样细胞的增殖和活力均显著增加（），且促进细胞迁移 等则发现转化生长因子 通过 破坏免疫系统，直接促进肿瘤生长，并直接抑制 、和 细胞系的凋亡 结语本研究运用网络药理学方法对瓜蒌 当归 乳香 没药药对化学成分、作用靶点进行了探讨，可以发现其治疗乳腺癌具有多成分、多靶点和多通路等特点 其中关键化合物 谷甾醇、豆甾醇、鞣花酸、天竺葵素和牵牛花色素，与 、等靶点产生相互作用，为后续深入探讨其作用机制提供了参考依据参考文献：，：张雪，董晓平，管雅?，等 女性乳腺癌流行病学趋势及危险因素研究进展 肿瘤防治研究，（）：云南民族大学学报（自然科学版）第 卷 王鹏波，代云云，董涵，等 中医药干预乳腺癌治疗的研究进展 中国实验方剂学杂志，（）：李元凤 谷甾醇 葡萄糖苷对乳腺癌细胞增殖、凋亡和侵袭转移的影响 重庆：西南大学，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，：，（）：，（）：，（）：?，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：第 期 张小春，江志伟，邓正明，等：基于网络药理学和分子对接技术探究瓜蒌 当归 乳香 没药配伍治疗乳腺癌的潜在机制 ，（，；，）：（），：；（责任编辑王琳）云南民族大学学报（自然科学版）第 卷