2024年6月1日发(作者:夙夜绿)
第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
DOI:10.13193/j.issn.1673-7717.2021.01.052
基于网络药理学的防己主要活性成分及药理作用机制分析
吴梦丽
,
何秋梅
,
杨帆
,
高慧
,
谢阳姣
(
广西中医药大学瑶医药学院
,
广西南宁
530001)
UniProt
数据库检索摘要
:
目的基于网络药理学方法预测防己主要活性成分及药理作用机制
。
方法通过
TCMSP、
Cytoscape
绘图
。
结果筛选出防己
7
靶点
、
疾病
,
利用
DAVID
数据库进行
GO
与
KEGG
富集分析
,
筛选防己的化学成分
、
77
个潜在靶点基因和
168
种疾病
,GO
富集分析获得
140
条目
,KEGG
获得
58
条信号通路
。
结论防己具有个活性成分
,
多成分
、
多靶点及多途径协同作用的特点
,
通过网络药理学技术分析防己活性成分与潜在靶点的作用机制
,
可为进一步
研究防己药理作用
、
挖掘新功能及拓宽其应用提供研究思路
。
关键词
:
网络药理学
;
防己
;
活性成分
;
作用机制
中图分类号
:R284.1
文献标志码
:A7717(2021)01-0213-06
文章编号
:1673-
AnalysisofMainActiveComponentsandPharmacologicalMechanismofFangji(Stephania
TetrandraS.Moore)BasedonNetworkPharmacology
WUMengli,HEQiumei,YANGFan,GAOHui,XIEYangjiao
(CollegeofYaoMedicine,GuangxiUniversityofChineseMedicine,Nanning530001,Guangxi,China)
Abstract:ObjectiveTopredictthemainactivecomponentsandpharmacologicalmechanismofFangji(StephaniatetrandraS.
〔2017〕44
号
);
广西中医药大学研究生教育创新计划基金项目
:
国家自然科学基金
(81760681);
广西壮瑶医药与医养结合人才小高地项目
(
厅发
(YCSZ20190027)
作者简介
:
吴梦丽
(1995-),
女
,
河南驻马店人
,
硕士研究生
,
研究方向
:
中药
、
民族药资源开发与利用
。
mail:xieyangjiao@
通讯作者
:
谢阳姣
(1975-),
女
,
湖南桂阳人
,
研究员
,
硕士研究生导师
,
博士
,
研究方向
:
中药
、
民族药资源开发与利用
。E-
163.com。
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213
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卷第
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期
CHINESE
中华中
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医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
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ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
Moore)onnetworkpharmacology.MethodsTCMSPandUniProtdatabasewereusedtosearchforthechemicaltargetanddis-
easeofFangji(StephaniatetrandraS.Moore),andtheDAVIDdatabasewasusedtoanalyzeGOandKEGG,andthencyto-
77targetsand168diseasesscapewasusedtodrawthecomponentsandtargetnetwork.ResultsAtotalof7activecomponents,
werescreened.GOenrichmentanalysisgot140GOitemsandKEGGcontained58items.ConclusionFangji(Stephaniatetrandra
S.Moore)hasthecharacteristicsofmulti-component,multi-targetandmulti-channelsynergy,andthemolecularbiological
mechanismandpotentialtargetswereanalyzedbynetworkpharmacologytechnology,whichprovidedresearchideasandrefer-
encesforfurtherstudypharmaceuticalandpotentialmechanismofFangji(StephaniatetrandraS.Moore).
Keywords:networkpharmacology;Fangji(StephaniatetrandraS.Moore);activecomponents;mechanism
防己
,
为防己科植物粉防己
StephaniatetrandraS.Moore
的
[1]
《
中华人民共和国药典
》
干燥根
,
是历年来收载的中药品种
。
具有利水消肿
,
祛风止痛的功效
,
主要用于水肿脚气
,
小便不
[2]
利
,
湿疹疮毒
,
风湿痹痛及高血压病等
,
临床上对于慢性肝
炎
、
早期肝硬化
、
应变性皮肤病
、
糖尿病
、
前列腺炎
、
精囊炎等治
其主要药效物质汉防己甲素
,
在消炎
、
镇疗均具有很好的疗效
,
痛
、
降压
、
降低血糖
、
抗肝纤维化和抗肿瘤等方面具有良好的应
[3-5]
。
此外
,
用效果
有报道称苄基异喹啉类生物碱可治疗埃博
拉病毒
,
其中防己主要药效物质粉防己碱对其有特殊疗效
(
汉
[6-7]
。
防己的化学成分复杂
,
含有生物碱
、
酚类
、
黄
防己甲素
)
酮类
、
挥发油
、
有机酸
、
糖类等成分
,
其中双苄基异喹啉类生物
防己诺林碱等为其特征性指标成分
,
为
《
中华碱如粉防己碱
、
人民共和国药典
》
规定的质量评价指标成分
[8-9]
1.3GO
功能及
KEGGpathway
富集分析在
DAVID6.8
数
据库
(https://david.ncifcrf.gov/)
中
,
导入基因列表
,
选择基因
“OFFICIALGENESYMBOL”
名称对应的形式
,
提交基因列表
。
BP)、
在得出的结果下勾选生物过程
(biologicalprocess,
分子功
CC)、MF)
能
(cellularcomponent,
细胞成分
(molecularfunction,
和
KEGGpathway
分别得到靶点的
GO
功能富集分析和
KEGG
[15]
通路富集分析的相关数据
,
并绘制
KEGG
气泡图
。
2
2.1
结果
活性化合物筛选在
TCMSP
中得到防己的化合物
50
个
,
以
OB
≥
28%
和
DL
≥
0.18
作为筛选条件得到防己
7
个主要
活性成分
,ID
代码分别为
MOL002331、MOL002332、
MOL002333、MOL002341、MOL000358、MOL000764、
MOL000794,
其中
MOL002333
未搜索到成分靶标
。
候选化合
物信息如表
1。
从表
1
可知
,
筛选出的化合物不包括防己特有
。
目前
,
对于
防己的研究主要集中在粉防己碱和防己诺林碱的药理作用上
,
对于其药理作用机制及其它成分的药理作用研究较少
,
主要是
以复方的形式出现
,
研究单体的很少
,
这使得防己的许多功能
[8]
及其药理机制未得到研究
。
中药以其多成分
、
多靶点及相
互间的协同作用
,
形成自己的防病治病优势
,
但中药成分的复
杂性也使人们对其的研究变得困难
,
网络药理学的出现为研究
中药复杂的成分及其药理作用机制提供了一个科学方法和思
[10-12]
。
网络药理学是通过构建药物
-
基因
-
靶点
-
疾病网
路
络图
,
揭示药物与疾病的关系
,
与中医学理论指导下
,
利用中药
多途径
、
多靶点的协同作用原理进行辨证论治相一多成分
、
致
[13]
的化学成分粉防己碱
、
防己诺林碱
、
轮环藤酸碱
、
二甲基粉防己
其中防己诺林碱
、
轮环藤酸碱和二甲基粉防己碱未包含碱等
,
在所检索到的
50
个化学成分中
,
粉防己碱虽有靶点但对应疾
病极少
,
该结果说明防己特征指标成分的研究不够深入
,
无法
在数据库中检索到更多信息
,
或者数据库收集的信息仅仅是一
些大类化学成分
,
而某些中药独有成分的信息收录不全
。
表
1
化合物代码
molID
MOL002331
MOL002332
MOL002333
MOL002341
MOL000358
MOL000764
MOL000794
防己主要活性成分
OB
≥
28%
32.36
27.79
35.4
70.31
36.91
26.69
26.17
DL
≥
0.18
0.18
0.33
0.31
0.27
0.75
0.55
0.59
度值
degree
22
25
0
9
38
21
27
结构名称
MoleculeName
N-Methylflindersine(N-
甲基芸
香碱
)
STOCK1N-53032(C18H19NO3
异
构体
)
TetraneurinA(
四烯酸
A)
Hesperetin(
橙皮素
)
beta-sitosterol(
β
-
谷甾醇
)
Magnoflorine(
木兰花碱
)
Menisperine(
薄荷碱
)
。
文章采用网络药理学研究方法构建防己成分
-
靶点
-
疾病网络图
,
结合基因本体
GO(geneontology)
和生物通路
(pathway)
功能富集分析
,
对防己主要活性成分的作用靶点
、
相
关疾病以及生物通路等进行综合分析
,
揭示防己主要活性成分
及药理作用机制
。
1
1.1
方法
化学成分筛选选用
TCMSP(http://lsp.nwu.edu.cn/)
数据库
,
通过数据库检索防己的化学成分
,
获得防己化学成分
50
个
,
以口服利用度
OB
≥
28%
和类药性
DL
≥
0.18
对防己主
要化学成分进行筛选
。
1.2
通过检索
TCMSP
数据库找出与化合
后通过
UniProt(ht-
物相关的潜在靶点及其与靶点相关的疾病
,
网络构建和分析
2.2
活性成分
-
靶点蛋白网络分析文章通过筛选的化合物
及其潜在的靶点基因构建成分
-
靶点蛋白相互作用网络
(
见
插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
1)。
成分
-
靶点相互作用网络包含
83
个节点
(6
个化合物和
77
个潜在靶点基因
)
和
397
条边
,
其中在数据库中
代码为
MOL002333
的化合物未搜索到成分靶标
,
所以在构建
成分
-
靶点相互作用网络图中
,
只有
6
个化合物
。
在网络图
中
,
形状为八边形的代表化合物
,
为菱形的代表靶点基因
,
紫色
线条代表化合物与靶点的关系
,
浅绿色线条代表靶点与靶点之
间的关系
。
从图中可以看出
,
在网络中度值最大的为
beta-si-
tps://www.uniprot.org/)
数据库
,
选择物种为
“Homosapiens
(Human)”,
得到活性成分潜在靶点的基因靶点
。
利用
Cyto-
scape3.6.1
构建成分
-
靶点蛋白网络关系图
、
成分
-
靶点
-
疾病网络图
。
将筛选出的靶点蛋白所对应的基因名字导入
STRING(http://string-db.org)
数据库
,
设置研究物种为人类
,
获得
PPI
蛋白互作网络图
,
并导出文件中的
TSV
格式进行后续
的靶点
-
疾病网络图
[14]
。
tosterol(
β
-
谷甾醇
),STOCK1N
其次为
Menisperine(
薄荷碱
)、
-53032(C18H19NO3
异构体
)、N-Methylflindersine(N-
甲基
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医药学刊
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Magnoflorine(
木兰花碱
)、Hesperetin(
橙皮素
),
芸香碱
)、
度值
是指一个节点与其他节点相连的边的数目其值越大说明在网
络中起到中心的作用越大
,
说明这几个化合物有可能在防己的
[16]
药理作用中起到重要的作用
。
靶蛋白度值从高到低排列
,
度值为
10
以上的有前列腺素
G/H
合成酶
2(ProstaglandinG/H
CAMP
信号通路
、cGMP-PKG
信号通路
、
作用
、
癌信号通路
、
胆
碱能突触等等
。
表
2
GO
分析编号
GO:0007197
GO:0007271
GO:0001994
防己作用靶点的
GO
分析
GO
分析分组
-LgP
7.982966661
7.136082623
6.530177984
adenylatecyclase-inhibitingG-proteincoupled
acetylcholinereceptorsignalingpathway(BP)
synaptictransmission,cholinergic(BP)
norepinephrine-epinephrinevasoconstrictionin-
volvedinregulationofsystemicarterialblood
pressure(BP)
adenylatecyclase-activatingadrenergicreceptor
signalingpathway(BP)
gamma-aminobutyricacidsignalingpathway
(BP)
phospholipaseC-activatingG-proteincoupled
acetylcholinereceptorsignalingpathway(BP)
regulationofsodiumiontransport(BP)
phospholipaseC-activatingG-proteincoupled
receptorsignalingpathway(BP)
positiveregulationofsmoothmusclecontraction
(BP)
salivasecretion(BP)
postsynapticmembrane(CC)
celljunction(CC)
integralcomponentofplasmamembrane(CC)
GABA-Areceptorcomplex(CC)
chloridechannelcomplex(CC)
neuronprojection(CC)
synapse(CC)
nonmotileprimarycilium(CC)
ciliarymembrane(CC)
Bcl-2familyproteincomplex(CC)
proteinhomodimerizationactivity(MF)
steroidbinding(MF)
proteinheterodimerizationactivity(MF)
metalionbinding(MF)
neuropeptidebinding(MF)
acetylcholine-activatedcation-selectivechan-
nelactivity(MF)
acetylcholinebinding(MF)
acetylcholinereceptoractivity(MF)
cysteine-typeendopeptidaseactivityinvolvedin
apoptoticprocess(MF)
dioxygenaseactivity(MF)
synthase2)、
γ
-
氨基丁酸受体亚基α
-1(Gamma-aminobutyr-
icacidreceptorsubunitalpha-1)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M1
(MuscarinicacetylcholinereceptorM1)、
前列腺素
G/H
合成酶
1
(ProstaglandinG/Hsynthase1)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M2(Mus-
carinicacetylcholinereceptorM2)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M3
(MuscarinicacetylcholinereceptorM3)、
核受体辅激活因子
2
(Nuclearreceptorcoactivator2)、
γ
-
氨基丁酸受体亚基α
-2
(Gamma-aminobutyric-acidreceptoralpha-2subunit)、
维甲
钠通道蛋白
5
酸受体
rxr-
α
(retinoicacidreceptorrxr-alpha)、
型亚基α
(Sodiumchannelproteintype5subunitalpha)、
钠依赖
性去甲肾上腺素转运蛋白
(Sodium-dependentnoradrenaline
transporter)
等
65
个靶蛋白
,
其中度值最大的是前列腺素
G/H
合成酶
2,
有研究表明广防己对前列腺素有异常作用
,
说明防
[17]
己可能可以调节前列腺素含量
,
从而对身体起相关作用
。
2.3
主要活性成分
—
靶点
-
疾病网络分析在
TCMSP
数据
检索到与靶点相关的疾病有
168
种
,
见插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
2。
该库中
,
GO:0071880
GO:0007214
GO:0007207
GO:0002028
GO:0007200
GO:0045987
GO:0046541
GO:0045211
GO:0030054
GO:0005887
GO:1902711
GO:0034707
GO:0043005
GO:0045202
GO:0031513
GO:0060170
GO:0097136
GO:0042803
GO:0005496
GO:0046982
GO:0046872
GO:0042923
GO:0004889
GO:0042166
GO:0015464
GO:0097153
GO:0051213
6.280668713
5.954677021
5.835647144
4.801342913
4.407823243
4.400116928
3.749579998
0.808693148
0.840877832
0.676067583
1.255851180
1.255851180
1.109723144
1.255851180
1.477699929
1.477699929
1.653791188
1.092469235
1.063405287
1.049440808
1.165413342
1.156507527
1.156507527
1.212591594
1.243821336
1.449890011
1.449890011
77
个潜在靶点基因和
168
种图包含
251
个节点
(6
个化合物
、
1097
条边
。
粉色节点代表化合物
,
疾病
),
蓝色节点代表靶点
,
红色节点代表疾病
。
检索到的疾病涉及呼吸系统
,
神经系统
,
心血管系统
,
泌尿生殖系统等
;
基因靶点包含
Bladdercancer
(
膀胱癌
)、Breastcancer(
乳癌
)Carcinomainsitu(
原位癌
)、
LungCancer(
肺癌
)、Non-smallCellLungCancer(
非小细胞肺
Ovariancancer(
卵巢癌
)、PancreaticCancer(
胰脏癌
)、Pros-
癌
)、
tatecancer(
前列腺癌
)、RenalCellCarcinoma(
肾细胞癌
)
等多
个抗癌作用靶点
。
其中抗癌靶点
degree
值最高的为
Prostate
cancer(
前列腺癌
)
和
Breastcancer(
乳癌
),
分别为
19
和
13,
这
[18]
与防己中粉防己碱抗肿瘤的药理作用相吻合
。
在靶点
-
疾病网络中发现
degree
值最大的靶点为
ACHE
(Acetylcholinesterase),
值为
21,
与之相关的疾病有
Alzheimer's
Disease(
阿尔茨海默病
)、ParkinsonDisease(
帕金森病
)、Cogni-
tivedeficits(
认知缺陷
)
等等
。Acetylcholinesterase
为乙酰胆碱
酯酶
,
是生物神经传导的一种关键酶
,
该酶能降解乙酰胆碱
,
保
证神经信号在生物体内的正常传递
,
也是阿尔茨海默病的关键
[19]
酶
。
目前
,
对防己药理作用的研究中暂未涉及该类疾病
,
这
一发现可为防己药理作用的研究提供新的思路
。
2.4GO
分类富集分析经
DAVID
数据库分析
,
共得到
140
条
富集结果
,
其中
GO-BP
获得
96
条富集结果
,
包括腺苷酸环化
酶抑制
G
蛋白偶联乙酰胆碱受体信号通路
、
去甲肾上腺素
-
肾
上腺素血管收缩系统调节
、
腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体
信号通路等
;GO-CC
获得
16
条
,
包括突触后膜
、
细胞连接
、
质
包括蛋白质同二聚化活性
、
类固膜组成等
;GO-MF
获得
28
条
,
醇结合
、
蛋白质异二聚化活性等
。
分别筛选每个富集结果的前
10
条
,
见表
2。
富集分析结果见插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
3,
插页Ⅹ
L
Ⅵ
图
4~
图
5。
2.5
利用
DAVID
数据库对防己的基
共获得
58
条通路
,
见插页Ⅹ
L
Ⅵ
图因进行
KEGG
通路富集分析
,
KEGG
分类富集分析
3
讨论
为从多层次
、
多方面的了解防己主要活性成分及其作用机
制
,
文章构建了防己成分
-
靶点蛋白网络
、
成分
-
靶点
-
疾病
网络
,
数据库检索结果发现防己主要的活性成分有β
-
谷甾
C18H19NO3
异构体
、N-N-
甲基芸香碱
、
醇
、
薄荷碱
、
木兰花
碱
、
橙皮素
,
该类成分具有良好的
OB
和
DL,
与
77
个靶蛋白基
因和
168
种疾病相关
。
其中β
-
谷甾醇是动植物细胞膜的主
[20]
要成分之一
,
且具有一定的抗癌作用
,
说明疾病网络图中与
癌症相关的靶点可能与β
-
谷甾醇成分相关
。
其次靶蛋白基
6。
筛选前
20
条作为富集结果
,
包括神经活性配体
-
受体相互
CHRM1、NOS3。ACHE
为阿尔茨海因中度值最大的为
ACHE,
默病的一个酶抑制剂作用靶点
,
通过催化乙酰胆碱裂解使其缺
215
第
39
卷第
1
期
CHINESE
[21]
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
失
,
可造成神经信号传递失败
。
且在
KEGG
信号通路中
,
富
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,
但在防己的药理研究
并未发现涉及与阿尔茨海默病有关的研究
,
这为防己的后中
,
续研究提供了新的方向
。CHRM1
为胆碱受体
M1,
有研究表明
[22]
NOS3
基因是一种此受体与肝癌和前列腺癌转移密切相关
,
活性自由基
,
在神经传递和抗菌等多种生物过程中起着重要的
[23]
并且与原发性高血压密切相关
,
这与防己现代医学抗作用
,
[8]
肿瘤
、
抗肝硬化和抗高血压等药理作用研究结果相符
。
GO
富集和
KEGG
富集分析结果表明
,
防己主要活性成分
靶点主要与神经系统及与癌症相联系的通路包括前列腺癌
、
膀
《
中华人民共和国胱癌
、
乳癌
、
小细胞肺癌等相关
,
这与防己在
药典
》
中记载归膀胱经
、
肺经的特点相符
。
另有大部分基因
cGMP-PKG
信号通路
,
富集在
CAMP
信号通路
、
包括腺苷酸环
去甲肾上腺素
-
肾化酶抑制
G
蛋白偶联乙酰胆碱受体信号
、
上腺素血管收缩系统调节
、
腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体
“
成分
-
靶点
-
疾病
”
信号通路等
,
且结合网络关键节点的分
析结果
,
其次很早就有研究表明木防己中的生物碱对中枢神经
系统有一定的抑制作用
要的药理部位
。
[24]
[1]
,
推测神经系统可能是防己一个重
网络药理学是近几年新兴的利用大数据对药物进行研究
是从多层次
、
多角度
,
多靶点挖掘与药物或疾病相关的新策略
,
的信息
,
并从中筛选重要的信号节点
、
药物分子
,
应用系统的思
想从网络层次预测药物与疾病的相互关系或者分析药物的作
[25-26]
。
但网络药理学是基于现代药理研究
用机制的新兴学科
其准确度和可信度等均与所收集的信息有信息建立的数据库
,
关
。
其次网络药理学的数据库信息大多来源于当年最新研究
过的研究方向和研究热点
,
这有可能导致计算结果有误
。
从本
文分析结果可知
,
防己特征活性成分未被完全检索到
,
除粉防
己碱检索到少数靶点外
,
其余几个特征成分信息缺乏
,
该结果
无法提供足够多的信息供数据库暗示防己的研究仍不够深入
,
使用
,
同时也说明药理数据库还需进一步进行完善
,
除应对常
还应收录更多药物的特有成分
。
不同见成分进行收集分析外
,
中药其药效差异主要来源于其特有的成分
,
而非大类成分
,
网
络药理数据库对于特征成分信息的收集非常重要
。
目前
,
所见文献主要针对防己的特征成分粉防己碱与防己
诺林碱进行了药理研究
,
针对该
2
个成分的药理作用机制研究
较少
,
对其它化学成分的药理研究见诸报道的更少
。
本研究通
过网络药理学分析方法
,
分析防己成分与潜在靶点的分子生物
学机制
,
获得防己成分
-
靶点
-
疾病相互作用机制信息
,
基于
该结果
,
可为挖掘防己新的功能
、
在传统研究的基础上探索新
的药用功效从而提高其生物利用度提供思路
。
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第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
基于网络药理学的防己主要活性成分及药理作用机制分析
(
正文见
213-216
页
)
图
1
活性成分
-
靶点蛋白网络图
图
2
活性成分
—
靶点
-
疾病网络图
图
3
目标成分
GO
富集分析
-
生物学过程
(BP)
XL
Ⅴ
第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
图
4
目标成分
GO
富集分析
-
分子功能
(CC)
图
5
目标成分
GO
富集分析
-
细胞成分
(MF)
图
6KEGG
富集分析气泡图
XL
Ⅵ
2024年6月1日发(作者:夙夜绿)
第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
DOI:10.13193/j.issn.1673-7717.2021.01.052
基于网络药理学的防己主要活性成分及药理作用机制分析
吴梦丽
,
何秋梅
,
杨帆
,
高慧
,
谢阳姣
(
广西中医药大学瑶医药学院
,
广西南宁
530001)
UniProt
数据库检索摘要
:
目的基于网络药理学方法预测防己主要活性成分及药理作用机制
。
方法通过
TCMSP、
Cytoscape
绘图
。
结果筛选出防己
7
靶点
、
疾病
,
利用
DAVID
数据库进行
GO
与
KEGG
富集分析
,
筛选防己的化学成分
、
77
个潜在靶点基因和
168
种疾病
,GO
富集分析获得
140
条目
,KEGG
获得
58
条信号通路
。
结论防己具有个活性成分
,
多成分
、
多靶点及多途径协同作用的特点
,
通过网络药理学技术分析防己活性成分与潜在靶点的作用机制
,
可为进一步
研究防己药理作用
、
挖掘新功能及拓宽其应用提供研究思路
。
关键词
:
网络药理学
;
防己
;
活性成分
;
作用机制
中图分类号
:R284.1
文献标志码
:A7717(2021)01-0213-06
文章编号
:1673-
AnalysisofMainActiveComponentsandPharmacologicalMechanismofFangji(Stephania
TetrandraS.Moore)BasedonNetworkPharmacology
WUMengli,HEQiumei,YANGFan,GAOHui,XIEYangjiao
(CollegeofYaoMedicine,GuangxiUniversityofChineseMedicine,Nanning530001,Guangxi,China)
Abstract:ObjectiveTopredictthemainactivecomponentsandpharmacologicalmechanismofFangji(StephaniatetrandraS.
〔2017〕44
号
);
广西中医药大学研究生教育创新计划基金项目
:
国家自然科学基金
(81760681);
广西壮瑶医药与医养结合人才小高地项目
(
厅发
(YCSZ20190027)
作者简介
:
吴梦丽
(1995-),
女
,
河南驻马店人
,
硕士研究生
,
研究方向
:
中药
、
民族药资源开发与利用
。
mail:xieyangjiao@
通讯作者
:
谢阳姣
(1975-),
女
,
湖南桂阳人
,
研究员
,
硕士研究生导师
,
博士
,
研究方向
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卷第
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CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
Moore)onnetworkpharmacology.MethodsTCMSPandUniProtdatabasewereusedtosearchforthechemicaltargetanddis-
easeofFangji(StephaniatetrandraS.Moore),andtheDAVIDdatabasewasusedtoanalyzeGOandKEGG,andthencyto-
77targetsand168diseasesscapewasusedtodrawthecomponentsandtargetnetwork.ResultsAtotalof7activecomponents,
werescreened.GOenrichmentanalysisgot140GOitemsandKEGGcontained58items.ConclusionFangji(Stephaniatetrandra
S.Moore)hasthecharacteristicsofmulti-component,multi-targetandmulti-channelsynergy,andthemolecularbiological
mechanismandpotentialtargetswereanalyzedbynetworkpharmacologytechnology,whichprovidedresearchideasandrefer-
encesforfurtherstudypharmaceuticalandpotentialmechanismofFangji(StephaniatetrandraS.Moore).
Keywords:networkpharmacology;Fangji(StephaniatetrandraS.Moore);activecomponents;mechanism
防己
,
为防己科植物粉防己
StephaniatetrandraS.Moore
的
[1]
《
中华人民共和国药典
》
干燥根
,
是历年来收载的中药品种
。
具有利水消肿
,
祛风止痛的功效
,
主要用于水肿脚气
,
小便不
[2]
利
,
湿疹疮毒
,
风湿痹痛及高血压病等
,
临床上对于慢性肝
炎
、
早期肝硬化
、
应变性皮肤病
、
糖尿病
、
前列腺炎
、
精囊炎等治
其主要药效物质汉防己甲素
,
在消炎
、
镇疗均具有很好的疗效
,
痛
、
降压
、
降低血糖
、
抗肝纤维化和抗肿瘤等方面具有良好的应
[3-5]
。
此外
,
用效果
有报道称苄基异喹啉类生物碱可治疗埃博
拉病毒
,
其中防己主要药效物质粉防己碱对其有特殊疗效
(
汉
[6-7]
。
防己的化学成分复杂
,
含有生物碱
、
酚类
、
黄
防己甲素
)
酮类
、
挥发油
、
有机酸
、
糖类等成分
,
其中双苄基异喹啉类生物
防己诺林碱等为其特征性指标成分
,
为
《
中华碱如粉防己碱
、
人民共和国药典
》
规定的质量评价指标成分
[8-9]
1.3GO
功能及
KEGGpathway
富集分析在
DAVID6.8
数
据库
(https://david.ncifcrf.gov/)
中
,
导入基因列表
,
选择基因
“OFFICIALGENESYMBOL”
名称对应的形式
,
提交基因列表
。
BP)、
在得出的结果下勾选生物过程
(biologicalprocess,
分子功
CC)、MF)
能
(cellularcomponent,
细胞成分
(molecularfunction,
和
KEGGpathway
分别得到靶点的
GO
功能富集分析和
KEGG
[15]
通路富集分析的相关数据
,
并绘制
KEGG
气泡图
。
2
2.1
结果
活性化合物筛选在
TCMSP
中得到防己的化合物
50
个
,
以
OB
≥
28%
和
DL
≥
0.18
作为筛选条件得到防己
7
个主要
活性成分
,ID
代码分别为
MOL002331、MOL002332、
MOL002333、MOL002341、MOL000358、MOL000764、
MOL000794,
其中
MOL002333
未搜索到成分靶标
。
候选化合
物信息如表
1。
从表
1
可知
,
筛选出的化合物不包括防己特有
。
目前
,
对于
防己的研究主要集中在粉防己碱和防己诺林碱的药理作用上
,
对于其药理作用机制及其它成分的药理作用研究较少
,
主要是
以复方的形式出现
,
研究单体的很少
,
这使得防己的许多功能
[8]
及其药理机制未得到研究
。
中药以其多成分
、
多靶点及相
互间的协同作用
,
形成自己的防病治病优势
,
但中药成分的复
杂性也使人们对其的研究变得困难
,
网络药理学的出现为研究
中药复杂的成分及其药理作用机制提供了一个科学方法和思
[10-12]
。
网络药理学是通过构建药物
-
基因
-
靶点
-
疾病网
路
络图
,
揭示药物与疾病的关系
,
与中医学理论指导下
,
利用中药
多途径
、
多靶点的协同作用原理进行辨证论治相一多成分
、
致
[13]
的化学成分粉防己碱
、
防己诺林碱
、
轮环藤酸碱
、
二甲基粉防己
其中防己诺林碱
、
轮环藤酸碱和二甲基粉防己碱未包含碱等
,
在所检索到的
50
个化学成分中
,
粉防己碱虽有靶点但对应疾
病极少
,
该结果说明防己特征指标成分的研究不够深入
,
无法
在数据库中检索到更多信息
,
或者数据库收集的信息仅仅是一
些大类化学成分
,
而某些中药独有成分的信息收录不全
。
表
1
化合物代码
molID
MOL002331
MOL002332
MOL002333
MOL002341
MOL000358
MOL000764
MOL000794
防己主要活性成分
OB
≥
28%
32.36
27.79
35.4
70.31
36.91
26.69
26.17
DL
≥
0.18
0.18
0.33
0.31
0.27
0.75
0.55
0.59
度值
degree
22
25
0
9
38
21
27
结构名称
MoleculeName
N-Methylflindersine(N-
甲基芸
香碱
)
STOCK1N-53032(C18H19NO3
异
构体
)
TetraneurinA(
四烯酸
A)
Hesperetin(
橙皮素
)
beta-sitosterol(
β
-
谷甾醇
)
Magnoflorine(
木兰花碱
)
Menisperine(
薄荷碱
)
。
文章采用网络药理学研究方法构建防己成分
-
靶点
-
疾病网络图
,
结合基因本体
GO(geneontology)
和生物通路
(pathway)
功能富集分析
,
对防己主要活性成分的作用靶点
、
相
关疾病以及生物通路等进行综合分析
,
揭示防己主要活性成分
及药理作用机制
。
1
1.1
方法
化学成分筛选选用
TCMSP(http://lsp.nwu.edu.cn/)
数据库
,
通过数据库检索防己的化学成分
,
获得防己化学成分
50
个
,
以口服利用度
OB
≥
28%
和类药性
DL
≥
0.18
对防己主
要化学成分进行筛选
。
1.2
通过检索
TCMSP
数据库找出与化合
后通过
UniProt(ht-
物相关的潜在靶点及其与靶点相关的疾病
,
网络构建和分析
2.2
活性成分
-
靶点蛋白网络分析文章通过筛选的化合物
及其潜在的靶点基因构建成分
-
靶点蛋白相互作用网络
(
见
插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
1)。
成分
-
靶点相互作用网络包含
83
个节点
(6
个化合物和
77
个潜在靶点基因
)
和
397
条边
,
其中在数据库中
代码为
MOL002333
的化合物未搜索到成分靶标
,
所以在构建
成分
-
靶点相互作用网络图中
,
只有
6
个化合物
。
在网络图
中
,
形状为八边形的代表化合物
,
为菱形的代表靶点基因
,
紫色
线条代表化合物与靶点的关系
,
浅绿色线条代表靶点与靶点之
间的关系
。
从图中可以看出
,
在网络中度值最大的为
beta-si-
tps://www.uniprot.org/)
数据库
,
选择物种为
“Homosapiens
(Human)”,
得到活性成分潜在靶点的基因靶点
。
利用
Cyto-
scape3.6.1
构建成分
-
靶点蛋白网络关系图
、
成分
-
靶点
-
疾病网络图
。
将筛选出的靶点蛋白所对应的基因名字导入
STRING(http://string-db.org)
数据库
,
设置研究物种为人类
,
获得
PPI
蛋白互作网络图
,
并导出文件中的
TSV
格式进行后续
的靶点
-
疾病网络图
[14]
。
tosterol(
β
-
谷甾醇
),STOCK1N
其次为
Menisperine(
薄荷碱
)、
-53032(C18H19NO3
异构体
)、N-Methylflindersine(N-
甲基
214
第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
Magnoflorine(
木兰花碱
)、Hesperetin(
橙皮素
),
芸香碱
)、
度值
是指一个节点与其他节点相连的边的数目其值越大说明在网
络中起到中心的作用越大
,
说明这几个化合物有可能在防己的
[16]
药理作用中起到重要的作用
。
靶蛋白度值从高到低排列
,
度值为
10
以上的有前列腺素
G/H
合成酶
2(ProstaglandinG/H
CAMP
信号通路
、cGMP-PKG
信号通路
、
作用
、
癌信号通路
、
胆
碱能突触等等
。
表
2
GO
分析编号
GO:0007197
GO:0007271
GO:0001994
防己作用靶点的
GO
分析
GO
分析分组
-LgP
7.982966661
7.136082623
6.530177984
adenylatecyclase-inhibitingG-proteincoupled
acetylcholinereceptorsignalingpathway(BP)
synaptictransmission,cholinergic(BP)
norepinephrine-epinephrinevasoconstrictionin-
volvedinregulationofsystemicarterialblood
pressure(BP)
adenylatecyclase-activatingadrenergicreceptor
signalingpathway(BP)
gamma-aminobutyricacidsignalingpathway
(BP)
phospholipaseC-activatingG-proteincoupled
acetylcholinereceptorsignalingpathway(BP)
regulationofsodiumiontransport(BP)
phospholipaseC-activatingG-proteincoupled
receptorsignalingpathway(BP)
positiveregulationofsmoothmusclecontraction
(BP)
salivasecretion(BP)
postsynapticmembrane(CC)
celljunction(CC)
integralcomponentofplasmamembrane(CC)
GABA-Areceptorcomplex(CC)
chloridechannelcomplex(CC)
neuronprojection(CC)
synapse(CC)
nonmotileprimarycilium(CC)
ciliarymembrane(CC)
Bcl-2familyproteincomplex(CC)
proteinhomodimerizationactivity(MF)
steroidbinding(MF)
proteinheterodimerizationactivity(MF)
metalionbinding(MF)
neuropeptidebinding(MF)
acetylcholine-activatedcation-selectivechan-
nelactivity(MF)
acetylcholinebinding(MF)
acetylcholinereceptoractivity(MF)
cysteine-typeendopeptidaseactivityinvolvedin
apoptoticprocess(MF)
dioxygenaseactivity(MF)
synthase2)、
γ
-
氨基丁酸受体亚基α
-1(Gamma-aminobutyr-
icacidreceptorsubunitalpha-1)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M1
(MuscarinicacetylcholinereceptorM1)、
前列腺素
G/H
合成酶
1
(ProstaglandinG/Hsynthase1)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M2(Mus-
carinicacetylcholinereceptorM2)、
毒蕈碱乙酰胆碱受体
M3
(MuscarinicacetylcholinereceptorM3)、
核受体辅激活因子
2
(Nuclearreceptorcoactivator2)、
γ
-
氨基丁酸受体亚基α
-2
(Gamma-aminobutyric-acidreceptoralpha-2subunit)、
维甲
钠通道蛋白
5
酸受体
rxr-
α
(retinoicacidreceptorrxr-alpha)、
型亚基α
(Sodiumchannelproteintype5subunitalpha)、
钠依赖
性去甲肾上腺素转运蛋白
(Sodium-dependentnoradrenaline
transporter)
等
65
个靶蛋白
,
其中度值最大的是前列腺素
G/H
合成酶
2,
有研究表明广防己对前列腺素有异常作用
,
说明防
[17]
己可能可以调节前列腺素含量
,
从而对身体起相关作用
。
2.3
主要活性成分
—
靶点
-
疾病网络分析在
TCMSP
数据
检索到与靶点相关的疾病有
168
种
,
见插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
2。
该库中
,
GO:0071880
GO:0007214
GO:0007207
GO:0002028
GO:0007200
GO:0045987
GO:0046541
GO:0045211
GO:0030054
GO:0005887
GO:1902711
GO:0034707
GO:0043005
GO:0045202
GO:0031513
GO:0060170
GO:0097136
GO:0042803
GO:0005496
GO:0046982
GO:0046872
GO:0042923
GO:0004889
GO:0042166
GO:0015464
GO:0097153
GO:0051213
6.280668713
5.954677021
5.835647144
4.801342913
4.407823243
4.400116928
3.749579998
0.808693148
0.840877832
0.676067583
1.255851180
1.255851180
1.109723144
1.255851180
1.477699929
1.477699929
1.653791188
1.092469235
1.063405287
1.049440808
1.165413342
1.156507527
1.156507527
1.212591594
1.243821336
1.449890011
1.449890011
77
个潜在靶点基因和
168
种图包含
251
个节点
(6
个化合物
、
1097
条边
。
粉色节点代表化合物
,
疾病
),
蓝色节点代表靶点
,
红色节点代表疾病
。
检索到的疾病涉及呼吸系统
,
神经系统
,
心血管系统
,
泌尿生殖系统等
;
基因靶点包含
Bladdercancer
(
膀胱癌
)、Breastcancer(
乳癌
)Carcinomainsitu(
原位癌
)、
LungCancer(
肺癌
)、Non-smallCellLungCancer(
非小细胞肺
Ovariancancer(
卵巢癌
)、PancreaticCancer(
胰脏癌
)、Pros-
癌
)、
tatecancer(
前列腺癌
)、RenalCellCarcinoma(
肾细胞癌
)
等多
个抗癌作用靶点
。
其中抗癌靶点
degree
值最高的为
Prostate
cancer(
前列腺癌
)
和
Breastcancer(
乳癌
),
分别为
19
和
13,
这
[18]
与防己中粉防己碱抗肿瘤的药理作用相吻合
。
在靶点
-
疾病网络中发现
degree
值最大的靶点为
ACHE
(Acetylcholinesterase),
值为
21,
与之相关的疾病有
Alzheimer's
Disease(
阿尔茨海默病
)、ParkinsonDisease(
帕金森病
)、Cogni-
tivedeficits(
认知缺陷
)
等等
。Acetylcholinesterase
为乙酰胆碱
酯酶
,
是生物神经传导的一种关键酶
,
该酶能降解乙酰胆碱
,
保
证神经信号在生物体内的正常传递
,
也是阿尔茨海默病的关键
[19]
酶
。
目前
,
对防己药理作用的研究中暂未涉及该类疾病
,
这
一发现可为防己药理作用的研究提供新的思路
。
2.4GO
分类富集分析经
DAVID
数据库分析
,
共得到
140
条
富集结果
,
其中
GO-BP
获得
96
条富集结果
,
包括腺苷酸环化
酶抑制
G
蛋白偶联乙酰胆碱受体信号通路
、
去甲肾上腺素
-
肾
上腺素血管收缩系统调节
、
腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体
信号通路等
;GO-CC
获得
16
条
,
包括突触后膜
、
细胞连接
、
质
包括蛋白质同二聚化活性
、
类固膜组成等
;GO-MF
获得
28
条
,
醇结合
、
蛋白质异二聚化活性等
。
分别筛选每个富集结果的前
10
条
,
见表
2。
富集分析结果见插页Ⅹ
L
Ⅴ
图
3,
插页Ⅹ
L
Ⅵ
图
4~
图
5。
2.5
利用
DAVID
数据库对防己的基
共获得
58
条通路
,
见插页Ⅹ
L
Ⅵ
图因进行
KEGG
通路富集分析
,
KEGG
分类富集分析
3
讨论
为从多层次
、
多方面的了解防己主要活性成分及其作用机
制
,
文章构建了防己成分
-
靶点蛋白网络
、
成分
-
靶点
-
疾病
网络
,
数据库检索结果发现防己主要的活性成分有β
-
谷甾
C18H19NO3
异构体
、N-N-
甲基芸香碱
、
醇
、
薄荷碱
、
木兰花
碱
、
橙皮素
,
该类成分具有良好的
OB
和
DL,
与
77
个靶蛋白基
因和
168
种疾病相关
。
其中β
-
谷甾醇是动植物细胞膜的主
[20]
要成分之一
,
且具有一定的抗癌作用
,
说明疾病网络图中与
癌症相关的靶点可能与β
-
谷甾醇成分相关
。
其次靶蛋白基
6。
筛选前
20
条作为富集结果
,
包括神经活性配体
-
受体相互
CHRM1、NOS3。ACHE
为阿尔茨海因中度值最大的为
ACHE,
默病的一个酶抑制剂作用靶点
,
通过催化乙酰胆碱裂解使其缺
215
第
39
卷第
1
期
CHINESE
[21]
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
失
,
可造成神经信号传递失败
。
且在
KEGG
信号通路中
,
富
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,
但在防己的药理研究
并未发现涉及与阿尔茨海默病有关的研究
,
这为防己的后中
,
续研究提供了新的方向
。CHRM1
为胆碱受体
M1,
有研究表明
[22]
NOS3
基因是一种此受体与肝癌和前列腺癌转移密切相关
,
活性自由基
,
在神经传递和抗菌等多种生物过程中起着重要的
[23]
并且与原发性高血压密切相关
,
这与防己现代医学抗作用
,
[8]
肿瘤
、
抗肝硬化和抗高血压等药理作用研究结果相符
。
GO
富集和
KEGG
富集分析结果表明
,
防己主要活性成分
靶点主要与神经系统及与癌症相联系的通路包括前列腺癌
、
膀
《
中华人民共和国胱癌
、
乳癌
、
小细胞肺癌等相关
,
这与防己在
药典
》
中记载归膀胱经
、
肺经的特点相符
。
另有大部分基因
cGMP-PKG
信号通路
,
富集在
CAMP
信号通路
、
包括腺苷酸环
去甲肾上腺素
-
肾化酶抑制
G
蛋白偶联乙酰胆碱受体信号
、
上腺素血管收缩系统调节
、
腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体
“
成分
-
靶点
-
疾病
”
信号通路等
,
且结合网络关键节点的分
析结果
,
其次很早就有研究表明木防己中的生物碱对中枢神经
系统有一定的抑制作用
要的药理部位
。
[24]
[1]
,
推测神经系统可能是防己一个重
网络药理学是近几年新兴的利用大数据对药物进行研究
是从多层次
、
多角度
,
多靶点挖掘与药物或疾病相关的新策略
,
的信息
,
并从中筛选重要的信号节点
、
药物分子
,
应用系统的思
想从网络层次预测药物与疾病的相互关系或者分析药物的作
[25-26]
。
但网络药理学是基于现代药理研究
用机制的新兴学科
其准确度和可信度等均与所收集的信息有信息建立的数据库
,
关
。
其次网络药理学的数据库信息大多来源于当年最新研究
过的研究方向和研究热点
,
这有可能导致计算结果有误
。
从本
文分析结果可知
,
防己特征活性成分未被完全检索到
,
除粉防
己碱检索到少数靶点外
,
其余几个特征成分信息缺乏
,
该结果
无法提供足够多的信息供数据库暗示防己的研究仍不够深入
,
使用
,
同时也说明药理数据库还需进一步进行完善
,
除应对常
还应收录更多药物的特有成分
。
不同见成分进行收集分析外
,
中药其药效差异主要来源于其特有的成分
,
而非大类成分
,
网
络药理数据库对于特征成分信息的收集非常重要
。
目前
,
所见文献主要针对防己的特征成分粉防己碱与防己
诺林碱进行了药理研究
,
针对该
2
个成分的药理作用机制研究
较少
,
对其它化学成分的药理研究见诸报道的更少
。
本研究通
过网络药理学分析方法
,
分析防己成分与潜在靶点的分子生物
学机制
,
获得防己成分
-
靶点
-
疾病相互作用机制信息
,
基于
该结果
,
可为挖掘防己新的功能
、
在传统研究的基础上探索新
的药用功效从而提高其生物利用度提供思路
。
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第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
基于网络药理学的防己主要活性成分及药理作用机制分析
(
正文见
213-216
页
)
图
1
活性成分
-
靶点蛋白网络图
图
2
活性成分
—
靶点
-
疾病网络图
图
3
目标成分
GO
富集分析
-
生物学过程
(BP)
XL
Ⅴ
第
39
卷第
1
期
CHINESE
中华中
OF
医药学刊
MEDICINE
Vol.39No.1
Jan.20212021
年
1
月
ARCHIVESTRADITIONALCHINESE
图
4
目标成分
GO
富集分析
-
分子功能
(CC)
图
5
目标成分
GO
富集分析
-
细胞成分
(MF)
图
6KEGG
富集分析气泡图
XL
Ⅵ