基于网络药理学探索黄连解毒汤治疗溃疡性结肠炎的作用机制.docx

基于网络药理学探索黄连解毒汤治疗溃疡性结肠炎的作用机制邢丽颖，白兴龙，尚可，吕小燕山西中医药大学;山西省中医院【摘要】目的:运用网络药理学探讨黄连解毒汤治疗溃疡性结肠炎(UICeratiVeCo1itiS,UC)的主要有效成分,预测有效成分的作用靶点,建立“中药-成分-靶点-疾病”网络,再深入研究黄连解毒汤治疗UC潜在的作用机制。方法:利用中药系统药理学技术平台(TCMSP)收集黄连解毒汤中药物的主要有效成分，及有效成分的作用靶点，然后在GeneCards与OM1M数据库中获取UC相关靶点基因,将UC相关靶点基因与中药作用靶点取交集得到治疗UC的关键作用靶点,使用String数据库对关键作用靶点构建PPI网络,并通过Cytoscape软件将结果可视化。最后使用DaVid数据库对黄连解毒汤治疗UC的作用靶点进行Go和KEGG通路富集分析。结果：筛选黄连解毒汤主要有效成分84个，142个关键作用靶点，共富集148个生物学过程和功能和161条信号通路。结论：黄连解毒汤治疗UC是通过多靶点、多信号通路一起调节的复杂过程，最终起到治疗UC的作用。关键词：黄连解毒汤溃疡性结肠炎基因靶点网络药理学作者简介：邢丽颖介994-),女,河北张家口人，研究生在读，Te1:,emai1：。吕小燕(1978-),女，山西太原人，主任医师，博士学位，Te1:,emai1：oToExp1oretheMechanismofHuang1ianJieduDecoctionintheTreatmentofU1cerativeCo1itisBasedonNetworkPharmaco1ogyXing1iyingBaiXing1ongShangKe1vXiaoyanShanxiUniversityofTraditiona1ChineseMedicineShanxiHospita1ofTraditiona1ChineseMedicineAbstractObjective:Toexp1orethemaineffectiveingredientsofHuang1ianJieduDecoctioninthetreatmentofu1cerativeco1itis(UC)byusingnetworkpharmaco1ogy,topredictthetargetofeffectiveingredients,toestab1ishanetworkoftraditiona1Chinesemedicine-component-target-disease,andtofurtherstudythepotentia1mechanismofHuang1ianJieduDecoctioninthetreatmentofUC.Method:usingChinesemedicinepharmaco1ogysystemtechno1ogyp1atform(TCMSP)co11ectthemaineffectivecomponentsofdruginhuang1ianjiedudecoction,andthetargetsofeffectiveingredients,andtheninGeneCardsOMIMdatabaseforUCre1atedtargetgenes,theUCre1atedtargetgenesandtraditiona1Chinesemedicine(TCM)targetstakeintersectionisthekeytothetreatmentofUCtargets,usingaStringofkeytargetstobui1ddatabasePPInetwork,andthroughtheCytoscapevisua1izationsoftwarewi11resu1t.Fina11y,DaviddatabasewasusedtocarryoutGOandKEGGpathwayenrichmentana1ysisofHuang1ianJieduDecoctioninthetreatmentofUC.RESU1TS:84mainactivecomponentsand142keyactiontargetsofHuang1ianJieduDecoctionwerescreened,148bio1ogica1processesandfunctionsand161signa1ingpathwayswereenriched.Conc1usion:Huang1ianJieduDecoctioninthetreatmentofUCisacomp1exprocessofmu1ti-targetandmu1ti-signa1pathwayregu1ation,andfina11yp1aysaro1einthetreatmentofUC.Keywords:Huang1ianJieduDecoctionu1cerativeco1itisgenetargetnetworkpharmaco1ogy溃疡性结肠炎(UC)临床主要表现为反复发作的腹泻、腹痛和粘液脓血便，其发病机制目前尚未明确,病变主要限于大肠黏膜与黏膜下层川O针对UC治疗，目前临床上多采用糖皮质激素、氨基水杨酸类药物、免疫抑制剂和生物制剂，严重者甚至进行手术切除，但依然面临病情变化的严重性和高复发率。黄连解毒汤名见外台秘要，由黄苓、黄连、黄柏、桅子四味中药组成。药理学研究表示黄连解毒汤不仅有抗菌、抗炎、抗氧化的作用，还可以调节肠道菌群及调节免疫功能，同时还具有保护胃肠黏膜的作用目久目前临床上很多医家用黄连解毒汤治疗溃疡性结肠炎效果显著,例如靳瑾、周知然通过研究表明黄连解毒汤可以显著改善UC患者的肠道菌群失调，但其作用机制尚未明确。本文将通过网络药理学方法对黄连解毒汤治疗溃疡性结肠炎多成分、多靶点和多通路进行挖掘，最后分析其潜在作用机制。1方法1.1 黄连解毒汤有效成分的筛选和靶点预测利用TCMSP数据库分别对黄连解毒汤里面黄苓、黄连、黄柏、桅子有效成分进行检索，以口服利用度(OB)>30%和类药性(D1)>0.18为条件，筛选它有效成分及所对应得预测靶点。1.2 UC作用靶点检索以“u1cerativeco1itis”为关键词分别检索GeneCards与OMIM数据库，获取UC的作用靶点,去除假阳性并去重后，即为UC的作用靶点。1.3 “中药-成分-靶点-疾病”网络构建及分析将溃疡性结肠炎作用的靶点和黄连解毒汤各药物有效成分对应的靶点一起筛选出共同靶点并制作韦恩图。运用CytOSCaPe软件构建“中药-成分-靶点-疾病”网络图。1.4 构建蛋白相互作用(PPI)网络将UC关键作用靶点导入String数据库，选择物种为PeoPIe,以最低要求互动得分(minimumrequiredinteractionscore)0.9为筛选参数，得到黄连解毒汤治疗UC的PPI网络。1.5 GO富集分析与KEGG富集分析利用DAVID数据库()对潜在靶点进行GO功能富集分析，研究黄连解毒汤治疗UC生物功能；KEGG富集分析潜在靶点的相关通路，研究黄连解毒汤治疗UC的主要信号通路。2结果2.1 药物有效成分与靶基因通过TCMSP数据库分别检索关键词“黄苓”“黄连”“黄柏”“桅子”，并以OB>30%和D1>0.18为筛选条件进行筛选,最终得到黄连解毒汤的有效成分一共84个，其中黄苓36个，黄柏37个，黄连14个，桅子15个。再选择“相关靶点”，筛选与该药物有效成分相对应的靶向基因、分别得到靶基因黄苓507个、黄柏510个、黄连287个、桅子363个。2.2 UC相关靶点筛选结果在GeneCards、OM1M数据库检索au1cerativeco1itis,共筛选出4622个溃疡性结肠炎相关基因。然后通过Venny平台疾病靶点与活性成分作用靶点取交集，最终获得142个关键靶点基因（见图1）。1422.3 图1Venny图2.4 “中药-成分-靶点-疾病”网络构建将黄连解毒汤中主要有效成分、主要有效成分与治疗UC的关键作用靶点、关键作用靶点与UC的对应关系导入到Cytoscape,建立“中药-成分-靶点-疾病”网络（见图2）。红色为疾病（UC）,深蓝色为黄连解毒汤，绿色为黄连解毒汤主要化学成分，浅蓝色为关键靶点。结果显示quercetin（榔皮素）、wogonin（汉黄苓素）、kaempfero1（山奈素）、beta-sitostero1（B谷固醇）、Coptisine（黄连碱）、Stigmastero1（豆苗醇）等化合物在整个网络中发挥着重要作用。2.5 图2中药-成分-靶点-疾病网络图2.6 PP1网络分析将治疗UC的关键作用靶点导入STRING数据库，得到黄连解毒汤治疗UC的PP1网络（见图3）。再利用R软件计算各基因靶点Degree,同时制作核心靶点柱状图（见图4）o其中排名前6个靶点分别是JUN、AKT1、MAPK1、RE1A、I16、MAPK14og3PPI网络图2.7 图4蛋白互作网络节点度值排序2.8 GO功能富集分析结果GO主要进行蛋白功能分析，通过运算，共富集148个生物学过程和功能，根据校正后P值进行排序，选择前20个进行条形图展示（见图5）。黄连解毒汤治疗UC主要通过影响机体DNA结合转录因子结合、细胞因子受体结合、受体配体活性、RNA聚合酶特异性DNA结合转录因子结合、信号受体激活剂活性等发挥作用。2.9 KEGG富集分析结果KEGG通路富集分析结果一共得到161条通路，根据P值排序，列出前20位条目，（见图6）。通过富集结果得到黄连解毒汤治疗UC涉及AGE-RAGE信号通路、乙型肝炎、I1-17信号通路、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染、人类巨细胞病毒感染、流体剪切应力和动脉粥样硬化、丙型肝炎等信号通路。图5GO分析结果柱状图AGE-RAGEsigna1ingpathwayindiabeticmp1ications-HepatitisB-Kaposisarcoma-associated.herpesvirusinfectionHumancytomega1ovirusinfection-F1uidshearstressandatherosc1erosis-HepatitisC-I1-17signa1ingpathway-TNFsigna1ingpathway-Meas1es-Inf1uenzaA-Apoptosis-Prostatecancer-Chagasdisease-Sma11ce111ungcancer-C-type1ectinreceptorsigna1ingpathway-Th17ce11differentiation-Toxop1asmosis-Pancreaticcancer-Co1orecta1cancer-B1addercancer-0.120.150.180.21GeneRatio0.24p.adjust2.742537e-311.828453e-13.56907e-165.485360e-17.313813e-16Count图6KEGG信号通路点状图本文通过网络药理学的方法构建了中药-成分-靶点-疾病网络，对黄连解汤治疗UC的作用潜在作用机制进行分析，一共得到了84个有效成分，142个关键作用靶点，共富集148个生物学过程和功能和161条信号通路。在筛选出的黄连解毒汤84个活性成分中，榔皮素、山奈素、B谷固醇、黄连碱、豆兹醇、汉黄苓素、山奈素、B谷固醇等化合物在整个药物调控网络中发挥着重要作用。通过现代药理学研表明榔皮素(quercetin)可以有效减少炎性细胞因