“水蛭-三七”药对干预IgA肾病的网络药理学作用机制分析.pdf

网络药理学研究“水蛭 三七”药对干预 肾病的网络药理学作用机制分析谢永祥肖阳平左金巾张晨云刘 鑫史 伟(.广西中医药大学第一附属医院广西 南宁.广西中医药大学广西 南宁)摘要 目目的的 基于网络药理学方法及分子对接技术探究“水蛭 三七”药对干预 肾病()的分子机制 方方法法 使用、数据库并在中国知网、检索相关文献获得水蛭、三七活性成分并预测相关靶点 检索、数据库获取 的作用靶点两者取交集后运用 软件构建相关网络图 再使用 数据库作蛋白 蛋白相互作用()网络图并筛选核心靶点 基于 数据库对交集靶点进行 与 富集分析 最后使用 软件进行分子对接 结结果果得到“水蛭 三七”药对的 种活性成分、个预测靶点、个 相关靶点及 个交集靶点 富集分析发现交集靶点主要通过参与凋亡过程的负向调控、脂多糖应答、细胞迁移正向调节等生物学过程及 信号通路、糖尿病并发症中的 信号通路、脂质和动脉粥样硬化等相关信号通路来干预 分子对接结果表明低分子肝素、水蛭素、人参皂苷、谷甾醇与、具有较强烈的结合活性 结结论论“水蛭 三七”药对可能是通过水蛭素、肝素及人参皂苷、谷甾醇 个关键成分调控、共 个关键靶点以实现调节凝血功能对抗氧化应激、炎症及肾纤维化等作用从而干预 关键词“水蛭 三七”药对 肾病网络药理学分子对接:./.中图分类号 文献标识码 文章编号 ()通信作者 史伟 :.基金项目国家自然科学基金项目()广西自然科学基金面上项目()广西名中医史伟传承工作室(院医字 号)肾病()是一种在肾小球系膜区以 沉积为主的原发性肾小球疾病 在我国乃至全世界范围内 是最常见的原发性肾小球疾病且其患病率存在明显的地理分布差异在亚洲地区高于其他地区 当前对于多数 患者的治疗手段主要集中在生活方式的干预及肾素 血管紧张素 醛固酮系统阻断剂的应用皮质类固醇激素因其抗炎及免疫抑制作用也被用于治疗 但其风险收益比仍不确定 故目前仍没有针对该疾病的特异性治疗方法 近年来愈多的研究表明中医药的合理运用能有效防治 中医古籍中并无 病名但根据其临床症状和体征在中医学角度可将其归于“肾风”“血尿”“水肿”“虚劳”等范畴其具有起病隐匿、病情反复、迁延难愈的临床特点中医观点认为 以上特点使其易演变成血瘀证因此为改善此类患者预后“从瘀论治”至关重要 研究发现活血化瘀类代表药水蛭能针对肾小球硬化、系膜细胞增殖、血液流变学改变等血瘀证现代病理学相关系数来治疗肾脏病 且药效肯定 肾病血瘀证患者常伴出血即血尿因此具有活血与止血双重功效的三七也常用于此 史伟教授在治疗 血瘀证经验总结中强调:应适时合理选择虫类、活血止血药并可通过药对这种配伍形式来发挥其协同增效或减毒等作用的独特优势常用药对“水蛭 三七”则是代表两者均在改善肾病患者预后、延缓肾功能进展的临床应用中疗效显著 但目前关于从细胞及分子水平来阐释两者联合作用于 机制的研究较少因此本研究欲现代中西医结合杂志 ()通过网络药理学方法探究其中的分子机制 数据库及软件(.)、(./)、(.)、平台(.)、中国知网(.)、(.)、(.)、平 台(./)、(.)、(.)、(./)、(.)、.在线作图工具(./.)、(.)、(.)、数据库(.)、.软件、软件、软件 方 法 中药活性成分筛选本次研究运用、数据库检索水蛭、三七的活性成分为严格筛选活性成分利用 平台、平台评价成分的(吸收、分布、代谢、排泄)参数分别选取评价为“”、(口服生物利用度)且(类药性).的成分将不满足以上条件而被平台过滤掉的成分在中国知网、数据库中进行检索选取其中具有潜在研究价值的成分列入后续分析对象 最后通过 数据库获取所有活性成分的 中药潜在作用靶点的预测首先在 数据库下载中药各成分的二维结构然后通过 平台预测各成分的靶点筛选出物种为“”且 .的靶点作为后续分析对象 然后将收集到的靶点通过 数据库规范命名整理得到“水蛭 三七”成分作用靶点集 疾病靶点检索 在“”“”“”数据库中以“”为关键词进行检索去除重复后通过 数据库以“”为条件进行筛选并规范命名整理得到 靶点集 网络图构建将中药成分靶点集与疾病靶点集通过 .作图工具取交集 获取两者交集靶点随后使用 .软件构建“中药 成分 交集靶点 疾病”网络图并使用其内置插件“”作拓扑学分析 另外通过 数据库构建交集靶点 网络图再利用 软件对网络图作拓扑学分析选取度值排在前 位的靶点进行后续分子对接模拟实验 和 富集分析利用 数据库对交集基因进行 和 富集分析其中 分析包括生物过程()、分子功能()和细胞组成()个模块 结果以气泡图、柱状图形式展现 分子对接模拟验证 分别从 数据库及 数据库下载上述网络图中度值较高的化合物及关键靶点的 结构式即可在 软件将化合物与关键靶点进行分子对接最后将对接结果在 软件中进行可视化以预测化合物与蛋白质靶点的结合模式及结合亲合力 结 果 中药活性成分筛选及其靶点预测以评价为“”而获得的水蛭活性成分共 个以 且.为条件筛选获得三七活性成分共 个 另外 个水蛭活性成分水蛭素()及 个三七活性成分人参皂苷()、人参皂苷()、三七皂苷()因分别不满足筛选条件即评价为“”、且.而被相应平台过滤通过查阅文献 并研究后发现以上 种成分在人体能发挥生物学活性具有一定研究价值 因此将其一并纳入后续研究 故最终获得活性成分共 种其中 种来自水蛭 种来自三七 活性成分关键信息见表 使用 平台预测获取化合物潜在靶点为:水蛭 个三七 个去除重复后共有 个靶点 疾病靶点的筛选 通过疾病数据库对 靶点进行检索共获得 个靶点其中 个来自“”、个来自“”、个来自“”去除重复后获得 个 相关靶点 网络图的构建与分析将 个活性化合物靶点与 个 靶点取交集获取交集靶点 个见图 将以上 种中药、种化合物、个交集靶点及 种疾病导入 .软件构建“中药 化合物 交集靶点 疾病”网络图见图 图中包含 个节点 条边 其中中药节点 个活性成分节点个交集靶点节点个疾病现代中西医结合杂志 ()表 “水蛭 三七”成分关键信息药物编号活性化合物 分子式度值水蛭 ()三七 图 “水蛭、三七”成分靶点与 肾病靶点韦恩图节点 个 根据拓扑学参数度值(表示某个节点在网络中与其他节点相连接的线条数 度值愈大则节点形状愈大节点在网络中的重要性也愈加突出)对网络图进行分析发现:度值排在前 的水蛭及三七活性化合物分别为、及(两者度值相同并列第)、及(两者度值相同并列第)、由此推测以上 种化合物可能是“水蛭 三七”药对调控 的关键成分其详细拓扑学参数见表 将 个交集靶点导入 数据库发现靶点 因未与其他靶点产生相互作用而游离在网络图外因此将其剔除后续分析 最终在 .软件中得到含有 个交集靶点的 网络图见图 以表 中所涉及的拓扑学参数分析网络图后发现、蛋白处在核心位置(详细拓扑学参数见表)提示以上蛋白可能是“水蛭 三七”药对调控 的关键点是两者之间相互作用的“桥梁”功 能 注 释 和 信 号 通 路 富 集 分 析通过 数据库对以上 个交集靶点进行 与 分析两者结果均以 .(表示具有统计学意义)为条件进行筛选最终 分析得到 个条目分为 个模块包括 个生物学过程()条目 个细胞组成()条目 个分子功能()条目 分析则共得到 个条目 按照 值由小到大的顺序选取两者中主要条目进行可视化 富集结果见图 其中不同颜色的条目代表不同类型富集结果 中 个模块各自的富集结果见气泡图 富集结果见气泡图 在气泡图中 轴为条目名称 轴为基因富集比例(即富集到某条目的基因数/进行富集分析的总基因数)气泡颜色代表富集显著性气泡大小则代表富集到该条目的基因数 分析(见图)显示:交集靶点主要参与了凋亡过程的负向调控、脂多糖应答、脂多糖介导的信号通路等生物学过程 分析(见图)表明:以上交集靶点主要在细胞外区域、膜小凹、细胞质、膜筏、粘着斑等细胞组分中发生作用 分析(见图)提示:这些交集靶点主要涉及肠杆菌素结合、酶结合及活性、蛋白质结合等分子功能 分析(见图)可以看到:交集靶点主要富集在糖尿病并发症中的 信号通路、脂质和动脉粥样硬化、信号通路、肿瘤坏死因子信号通路、信号通路及癌症等多种通路和疾病上现代中西医结合杂志 ()注:黄色和绿色节点分别代表中药:水蛭、三七红色和紫色节点分别代表水蛭、三七的活性成分浅蓝色节点代表中药活性化合物与疾病的交集靶点深蓝色节点代表疾病 每条边代表中药与活性成分、活性成分与靶点、疾病与靶点间的相互作用关系图 “中药 化合物 靶点”网络图表 关键成分拓扑学参数药物编号活性成分度值中介中心性紧密中心性水蛭.三七 .图 交集靶点 网络图表 核心靶点拓扑学参数靶点名称度值中介中心性紧密中心性.分子对接模拟验证将表 中的关键成分与表 中的核心靶点进行分子对接两者对接得分以热图展示见图 以对接得分值()即结合能评价化合物与关键靶点之间的交互作用强度当结合能 时则说明靶点与活性化合物成分之间可自发结合且结合能愈小两者结合愈趋稳定 一般认为当结合能 /时两者则具有强烈的结合活性 从图 中可知所有关键成分与核心靶点均具有较强烈的结合活性 部分对接结果见图 从图中可看出蛋白质与小分子之间的结合模式其中蓝色为蛋白质受体绿色为小分子配体黄色虚线表示氢键即两者间所形成的相互作用力 讨 论 “水蛭 三七”药对干预 的关键成分分析 本研究发现来自于水蛭的(低分子肝素)、(水蛭素)及来自于三七的(人参皂苷)、(现代中西医结合杂志 ()图 交集靶点的 分析图图 交集靶点 分析图 谷甾醇)在分子对接试验中与各核心靶点之间的结合能总体高于药物中的其他成分因此可预测以上成分在干预 中将发挥主要作用 低分子肝素具有强大的抗凝作用可改善血液黏稠度、抑制微血栓的形成从而改善肾小球内凝血功能以减少肾血栓形成的风险它还通过抗炎、修复损伤的内皮细胞、促进细胞外基质降解等机制减轻肾脏损伤 以上研究表明低分子肝素在 患者凝血功能障碍中的确切疗效 凝血酶可通过促进成纤维细胞前胶原的产生而影响组织纤维化的进展过程而肾组织纤维化与 进展密切相关水蛭素现被认为是最有效的天然凝血酶抑制剂因此可预测水蛭素能通过对凝血酶的抑制来防治肾纤维化进而延缓 的进展 人参皂苷 具有抗炎、抗氧化以及抑制纤维化等作用可参与调控氧化应激、细胞凋亡及组织纤维化等信号通路 现代中西医结合杂志 ()图 交集靶点 分析图图 交集靶点 分析图研究证实人参皂苷 可通过抑制肾脏组织细胞凋亡及纤维化进而改善糖尿病肾病肾损伤 谷甾醇可通过抗氧化及抗炎等作用减轻肾脏损伤研究显示 谷甾醇的抗氧化作用体现为抑制因脂质过氧化和氧化性组织损伤而造成的急性近端小管坏死其肾脏保护作用则体现在阻止 和 的积累所诱导的炎症反应 综上可预测“水蛭 三七”药对的关键成分通过调节凝血功能障碍、抑制肾纤维化、抗氧化应激以及抗炎症反应等方式干预 “水蛭 三七”药对干预 的关键靶点分析 个 关 键 靶 点:、它们在 中具有重要位置(即相互作用程度高)且在分子对接试验中与各关键成分具有较高的结合活性 对肾小管上皮细胞及足细胞具有毒性作用可刺激炎性、血管活性及纤维化物质的产生从而造成肾小管间质损伤和纤维化 还与足突细胞足突消失、氧化应激增加、上调等肾脏损害相关 是一种负责执行细胞凋亡的代表性效应因子被认为是细胞焦亡的中介物质 诸多研 究 表 明 是肾功能不全的关键因素因为 信号通路的激活可促进肾脏细胞凋亡而中断其表达则可显著抑制急性肾损伤()相关的微血管减少和现代中西医结合杂志 ()图 交集靶点 富集分析图图 关键成分与核心靶点分子对接得分结果热图肾纤维化 通路已被证实为肾脏疾病的潜在治疗靶点它的活化可促进肾小管细胞增殖、炎症细胞浸润并诱导肾纤维化因此它与多囊肾病、糖尿病肾病等多种慢性肾脏疾病的发展密切关联 作用于多种类型的上皮细胞可调节细胞生长、细胞运动和形态发生 可加速受损器官的组织再生被认为是器官再生的关键因子 同时也是一种内源性肾脏保护因子对 具有抑制作用可延缓慢性肾纤维化的发展 又称为 是肾脏血流动力学的一种有效调节剂它具有抑制血小板聚集、血管炎症激活内皮祖细胞等作用 被证明在防止尿毒症血管钙化方面有重要作用有研究也反映维持 对于降低心血管疾病和慢性肾脏病进展风险的重要性 是编码肾素的基因它的突变可致肾素失衡如诱导 的高表达来刺激 、纤连蛋白和型胶原的增加从而在肾纤维化疾病中发挥作用在机体所有器官中其对肾脏的影响最大 “水蛭 三七”药对干预 关键信号通路分析 通过对交集靶点的富集分析发现:脂质和动脉粥样硬化相关信号通路、信号通路及糖尿病并发症中的 信号通路富集程度较高可能是“水蛭 三七”药对干预 的关键信号通现代中西医结合杂志 ():图 部分关键成分与核心靶点对接情况路 脂质代谢紊乱及其介导的炎症和氧化应激被发现参与了 患者肾小球硬化和肾小管间质纤维化的进展另外脂质代谢紊乱还是动脉粥样硬化和心血管疾病(目前 患者死亡的主要原因)以及 患者许多其他并发症的主要驱动源之一近来被认为是肾脏病进展的独立危险因素而具有控制脂质代谢紊乱和动脉粥样硬化作用的药物(如他汀类)被愈来愈多的证据支持可延缓 患者肾功能进展及改善预后 信号通路存在多种细胞内(如系膜细胞、肾小管上皮细胞和巨噬细胞)其产生的信号分子在促进肾小球炎症和纤维化中发挥重要作用 研究显示限制该通路中信号分子的作用可减轻肾脏炎症和纤维化同时可减轻蛋白尿及控制高血压 糖尿病并发症中 信号通路的激活可导致其下游多种细胞内信号通路被启动 包括/、以及/这些不同途径的共同终点是在肾脏中发动炎症和纤维化并在其中形成一个恶性循环进而损伤肾脏 另一研究发现 信号通路被阻断的糖尿病小鼠其糖尿病肾病进展发生延迟且肾脏组织中炎症和纤维化介质的表达也有减少对抗肾细胞凋亡的能力也有所增强这一发现反映出该通路在糖尿病肾病发病机制中的重要作用综上所述本研究通过网络药理学及分子对接技术实现了关于“水蛭 三七”药对干预 的潜在靶点和机制的初步预测发现水蛭素、肝素、人参皂苷 及 谷甾醇 个关键成分通过调控、共 个关键靶点以实现调节凝血功能对抗氧化应激、炎症及肾纤维化等作用干预 这为“水蛭 三七”药对干预 的实验研究及临床运用提供了一定的科学依据和研究方向利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突参考文献 .:.():.现代中西医结合杂志 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