基于网络药理学探究石斛碱治疗阿尔兹海默病的关键靶点.pdf

韶关学院学报自然科学Journal of Shaoguan UniversityNatural Science2023 年 9 月第 44 卷第 9 期Sep.2023Vol.44No.9基于网络药理学探究石斛碱治疗阿尔兹海默病的关键靶点洪梦杰1，于白音2*，刘洋洋1，陈娟3，陈洁2（1.河南科技职业大学 医学院，河南 周口 466000；2.韶关学院 广东省粤北食药资源利用与保护重点实验室，广东 韶关 512005；3.兴安盟食品药品检验检测中心，内蒙古 乌兰浩特 137400）摘要：基于网络药理学初步探寻石斛碱对阿尔兹海默病作用的关键靶点.通过 Swiss Target Prediction 数据库收集石斛碱靶点，通过 GeneCards 数据库收集疾病靶点，利用 STRING 11.5 数据平台获得药物和疾病交集基因的 PPI 数据，将结果导入 Cytoscape 3.9.1 软件，拓扑分析得到核心靶点，利用 DAVID 数据库对核心靶点进行 GO 功能富集和KEGG 通路富集分析，建立“石斛碱-核心靶点-通路”网络图，筛选得到关键靶点.研究共获得石斛碱靶点 139 个，疾病靶点 9 691 个，共有靶点 125 个；经过蛋白互作及拓扑分析，得到核心靶点 24 个，核心靶点涉及 140 个基因功能条目和 27 条通路（P0.05）；将“石斛碱-核心靶点-通路”网络图进行拓扑分析，共筛选出 GRIN2B、GRIN2A、GRIN1、PSMD2、PSMC1、PSMC4、PSMD14、PSMC6 和 DRD2 共 9 个关键靶点.石斛碱可能通过调节这些关键靶点来实现对阿尔兹海默病的治疗，为后续石斛碱治疗阿尔兹海默病相关机制的研究提供思路和依据.关键词：金钗石斛；石斛碱；阿尔兹海默病；治疗；靶点；网络药理学中图分类号：R285 文献标识码：A 文章编号：1007-5348（2023）09-0051-05阿尔兹海默病（Alzheimer s disease，简称 AD）是发病于老年人群的一种常见的神经退行性疾病，衰老和淀粉样蛋白-（A）聚集等因素与 AD 的发病密切相关1-2.AD 严重影响病患的生活质量，是造成患者死亡的主要风险因素3.随着人口老龄化程度的加深，AD 病患人数将进一步增加.金钗石斛（Dendrobium nobile Lindl.）别名金钗石、扁金钗、扁黄草、扁草等，为兰科石斛属多年生附生草本植物，是中药石斛的基源植物之一4.其主要活性成分有生物碱类、酚类、多糖类、黄酮类、萜类等5-7.生物碱类化合物是最早从石斛属植物中分离到的化合物，是石斛中重要的活性成分8-10.中华人民共和国药典（2020 年版）将石斛碱（Dendrobine）作为金钗石斛的指标性成分11.现代药理研究表明，石斛碱具有神经保护12-13、抗氧化14-15、抗炎16和抗肿瘤17等功效，这些功效对治疗 AD 有着积极的意义，但石斛碱治疗AD 的作用机理及分子机制尚未得到系统阐释，还需进一步探究18-20.网络药理学是基于人工智能和大数据的一个药物系统研究的新兴交叉前沿学科，它是基于系统生物学理论，用生物信息学和网络分析方法，通过构建特定药物的“药物-靶点-疾病（治疗通路）”之间的网络预测模型，预测药物作用靶点，分析药物的作用机制，为中药复杂体系研究提供了新思路，可对石斛碱治疗AD 的作用机理进行系统的预测分析21.为此，笔者借助网络药理学方法，初步探寻石斛碱治疗 AD 的关键靶点和通路，为石斛碱的进一步开发和利用提供依据.收稿日期 2023-04-30基金项目 韶关学院重点项目“铁皮石斛品种选育研究”（SZ2022KJ04）；广东省教育厅普通高校重点项目“丹霞铁皮石斛黄酮类化合物研 究”（2021ZDX4059）作者简介 洪梦杰（1994-），女，河南周口人，河南科技职业大学医学院助教，硕士；研究方向：中药资源开发利用.*通讯作者.52韶关学院学报自然科学2023 年1材料与方法1.1石斛碱治疗 AD 潜在靶点的获取将 Dendrobine输入 PubChem数据库（https:/pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）进行检索，获得石斛碱 SMILES 化学式，然后将该化学式上传到 Swiss Target Prediction 数据库（http:/www.swisstargetprediction.ch/），设置属性为 homo sapiens（人类），收集石斛碱靶点；在 GeneCards 数据库（https:/www.genecards.org/）中，以“Alzheimer s disease”为关键词搜索，筛选 Relevance score1 的基因，获得 AD 靶点；将收集的石斛碱靶点和 AD 靶点导入在线分析工具 Venny 2.1.0（https:/b.csic.es/tools/venny/），获取石斛碱与 AD的共同靶点，并绘制韦恩图，以获得石斛碱治疗 AD 的潜在靶点.1.2石斛碱-AD 靶点蛋白互作（Protein-proteininteraction，PPI）网络构建将石斛碱与 AD 的共同靶点上传至 STRING 11.5 数据库（https:/cn.string-db.org/），限定物种为“homo sapiens”，设置最低相互作用阈值的中等置信度（0.4），其余参数为默认，得到 PPI 数据，将数据导入 Cytoscape 3.9.1，运用 CytoNCA 插件22对网络进行拓扑分析，计算度中心性（Degree，DC）、介数中心性（Betweenness，BC）和接近中心性（Closeness，CC），筛选出同时满足大于 DC、BC 和 CC 中位数的靶点，即为核心靶点，构建核心靶点的 PPI 网络23-24.1.3核心靶点的 GO 功能注释和 KEGG 通路富集分析将筛选出的核心靶点上传至 DAVID 数据库（https:/david.ncifcrf.gov/summary.jsp），进行基因本体（Gene ontology，GO）功能注释、京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）富集分析，以 P0.05 为筛选条件.获得生物过程（Biological process，BP）、细胞成分（Cellular component，Cc）、分子功能（Molecular function，MF）和 KEGG 关键信号通路的富集信息，并在微生信网站（https:/ Cytoscape 3.9.1 软件，得到“石斛碱-核心靶点-通路”网络图.利用插件 CytoNCA 对网络中成分节点进行拓扑分析，反向筛选石斛碱治疗 AD 的关键靶点.2结果与分析2.1石斛碱-AD 靶点 PPI 网络构建经收集筛选共获得石斛碱靶点 139 个，AD疾病靶点 9 691 个，共有靶点 125 个.将共有靶点上传至 STRING 11.5 数据库，构建 PPI 网络图，共筛选出 115 个靶点参与 PPI 网络，将数据导入 Cytoscape 3.9.1 软件，利用 CytoNCA 插件对网络节点进行拓扑分析，筛选出 24 个同时满足大于 DC、BC 和 CC 中位数的靶点，见图 1.图 1 可以直观地表明蛋白与蛋白的相互作用，线条越多表明与之相关的蛋白越多，蛋白之间的连线越粗表明蛋白之间的作用越强23.2.2GO 功能注释和 KEGG 通路富集分析结果显示，富集的 GO 条目共 140 条（P0.05），其中，富集的 BP 条目有 79 条，主要包括兴奋性突触后电位（Excitatory postsynaptic potential）、化学性突触传递（Chemical synaptic transmission）和神经系统过程（Neurological system process）等；富集的 CC（细胞成分）条目有 35 条，富集部位涉及突触 后 膜（Postsynaptic membrane），蛋 白 酶 体 复 合 物（Proteasome complex）和 突 触（Synapse）等；富 集的 MF 条目有 26 条，主要涉及配体门控离子通道活性（Igand-gated ion channel activity）、乙酰胆碱结合（Acetylcholine binding）和神经递质受体活性（Neurotransmitter receptor activity）等.图 1核心靶点 PPI 网络53第 9 期洪梦杰，等：基于网络药理学探究石斛碱治疗阿尔兹海默病的关键靶点同时，富集的 KEGG 通路有 27 条（P0.05），主要包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（Parkinson disease）、脊髓小脑共济失调（Spinocerebellar ataxia）和神经变性途径-多种疾病（Spinocerebellar ataxia）等.将前 10 条 BP、Cc、MF 富集条目和前 20 条 KEGG 通路绘制气泡图见图 2 和图 3.图 4“石斛碱-核心靶点-通路”网络图图 2石斛碱治疗 AD 核心靶点 GO 条目气泡图图 3石斛碱治疗 AD 核心靶点 KEGG 通路气泡图2.3石斛碱-AD“石斛碱-核心靶点-通路”网络图的构建将石斛碱、核心靶点和前 20 条通 路 数 据 导 入 Cytoscape 3.9.1 软件，得到“石斛碱-核心靶点-通路”网络图 如图 4 所示，该网络图包含 45 个节点和 182 条边.通过对网络节点的拓扑分析，共有 GRIN2B、G R I N 2 A、G R I N 1、P S M D 2、PSMC1、PSMC4、PSMD14、PSMC6和 DRD2 等 9 个靶点的数据均大于DC、BC 和 CC 中位数，即为石斛碱治疗 AD 的关键靶点.3结论与讨论运用网络药理学方法筛选石斛碱的作用靶点，筛选出石斛碱可能 通 过 调 节 GRIN2B、GRIN2A、GRIN1、PSMD2、PSMC1、PSMC4、PSMD14、PSMC6 和 DRD2 等靶点 来 实 现 对 AD 的 治 疗 作 用.其中，GRIN2B、GRIN2A 和 GRIN154韶关学院学报自然科学2023 年为 NMDA 受体的不同亚基，NMDA 受体在全脑均有分布，是治疗 AD 的靶向受体25-26；DRD2 是一种多巴胺受体，Liu 等研究发现可通过调控 DRD2/-arrestin 2/PP2A/JNK 信号轴来改善 A1-42 诱导的小鼠神经炎症和记忆缺陷，石斛碱也可能通过作用于 DRD2 信号轴来改善 AD 的症状，从而实现对 AD 的防治作用27.但是局限于数据库完整性、分析软件和机体环境的差异，关于石斛碱治疗 AD 的作用机理还需要进行进一步的体内、体外临床实验验证，才能更好地指导石斛碱的开发和利用.参考文献：1 曾鹏，叶朝媛，苏泓妃，等.补肾益智方治疗阿尔兹海默病的研究进展 J.中国实验方剂学杂志，2023，29（1）：270-282.2 FRIEDEMANN M，HELK E，TIIMAN A，et al.Effect of methionine-35 oxidation on the aggregation of amyloid-peptide J.Biochemistry and Biophysics Reports，2015，3：94-99.3 张宁远，郑锡军，许羚，等.阿尔兹海默病的疾病进展模型与研究进展 J.中国临床药理学与治疗学，2021，26（6）：687-694.4 江苏新医学院.中药大辞典 M.上海科学技术出版社，1986.5 令狐楚，谷荣辉，秦礼康.金钗石斛的化学成分及药理作用研究进展 J.中草药，2021，52（24）：7693-7708.6 周威，夏杰，孙文博，等.金钗石斛的化学成分和药理作用研究现状 J.中国新药杂志，2017，26（22）：2693-2700.7 张晓敏，孙志蓉，陈龙，等.金钗石斛的化学成分和药理作用研究进展 J.中国现代应用药学，2014，31（7）：895-899.8 陈晓梅，郭顺星.石斛属植物化学成分和药理作用的研究进展 J.天然产物研究与开发，2001（1）：70-75.9 刘羽佳，陈堰珊，理雅，等.铁皮石斛种质资源与遗传改良研究进展 J.韶关学院学报，2022，43（12）：1-6.10 胡宗礼，黄晓萍，于白音.丹霞铁皮石斛保健功能的实验研究 J.韶关学院学报，2022，43（3）：15-18.11 国家药典委员会.中华人民共和国药典（2020 年版一部）S.北京：中国医药科技出版社，2020.12 ZHANG C C，KONG Y L，ZHANG M S，et al.Two new alkaloids from Dendrobium nobile Lindl.exhibited neuroprotective activity，and dendrobine alleviated A1-42-induced apoptosis by inhibiting CDK5 activation in PC12 cells J.Drug Develop-ment Research，2023，84（2）：262-274.13 PAN H，SHI F G，FANG C，et al.Metabolic characterization of a potent natural neuroprotective agent dendrobine in vitro and in ratsJ.Acta Pharmacologica Sinica，2022，43（4）：1059-1071.14 YUE Q X，CHEN X，GAO J M，et al.Dendrobine protects HACAT cells from H2O2-induced oxidative stress and apoptosis damage via Nrf2/Keap1/ARE signaling pathwayJ.Toxicology and Applied Pharmacology，2022，454：116217.15 HSU W H，CHUNG C P，WANG Y 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bromocriptine ameliorates A1-42-induced memory deficits and neuroinflammation in mice J.European Journal of Pharmacology，2023，938：175443.To Explore the Key Targets of Dendrobine in the Treatment of Alzheimer s Disease Based on Network PharmacologyHONG Mengjie1,YU Baiyin2*,LIU Yangyang1,CHEN Juan3,CHEN Jie2（1.Medical College,Henan Vocational University of Science and Technology,Zhoukou 466000,Henan,China;2.Guangdong Provincial key Laboratory of Utilization and Conservation of Food and Medicinal Resources in Northern Region,Shaoguan University,Shaoguan 512005,Guangdong,China;3.Xing an League Inspection and Testing Center for Food and Drug Control,Ulanhot 137400,Inner Mongolia,China）Abstract:Based on network pharmacology,the key targets of dendrobine on Alzheimer s disease were preliminarily explored.The targets of dendrobine were collected by Swiss Target Prediction database,and the disease targets were collected by GeneCards database.The PPI data of drug and disease intersection genes were obtained by STRING 11.5 data platform.The results were imported into Cytoscape 3.9.1 software,and the core targets were obtained by topological analysis.The DAVID database was used to analyze the GO function enrichment and KEGG pathway enrichment of the core targets,and the“dendrobine-core target-pathway”network diagram was established to screen the key targets.A total of 139 dendrobine targets,9 691 disease targets and 125 common targets were obtained.After protein interaction and topology analysis,24 core targets were obtained,which involved 140 gene function entries and 27 pathways（P0.05）.The“dendrobine-core target-pathway”network diagram was topologically analyzed,and a total of 9 key targets including GRIN2B,GRIN2A,GRIN1,PSMD2,PSMC1,PSMC4,PSMD14,PSMC6 and DRD2 were screened out.The study found that dendrobine has the characteristics of multi-target and multi-pathway in the treatment of Alzheimer s disease.The therapeutic effect of dendrobine on Alzheimer s disease may be achieved by regulating these targets,which provides ideas and basis for subsequent research on the mechanism of dendrobine in the treatment of Alzheimer s disease.Key words:Dendrobium nobile;dendrobine;Alzheimer s disease;treatment;targets;network pharmacology（责任编辑：黄玫恺）