基于网络药理学和分子对接技...治疗糖尿病肾脏病的作用机制_彭泽.pdf

网络药理学研究基于网络药理学和分子对接技术探析洋参御唐方治疗糖尿病肾脏病的作用机制彭泽1，赵大鹏2，刘力嘉1，顾欣悦1(1 黑龙江中医药大学研究生院，黑龙江 哈尔滨 150040;2 黑龙江中医药大学附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150020)摘要 目的运用网络药理学和分子对接技术探讨洋参御唐方治疗糖尿病肾脏病的潜在机制。方法利用 BATMAN TCM 数据库及 TCMSP 平台查找洋参御唐方的活性成分及其靶点，并以君、臣、佐使形式分析其“活性成分 靶点 通路”相互作用网络;从 DrugBank 等疾病数据库获取与糖尿病肾脏病相关的基因;将洋参御唐方基因和糖尿病肾脏病基因导入 OmicShare 平台进行映射分析，得到“洋参御唐方 糖尿病肾脏病 基因数据集”。使用 String 11 5 网站对“洋参御唐方 糖尿病肾脏病 基因数据集”进行蛋白互作分析，并运用 Cytoscape 3 8 2 进行可视化以及MCODE 分析;利用 Metascape 平台进行“洋参御唐方 糖尿病肾脏病 基因数据集”的 KEGG 通路分析及 GO 富集分析，最后予分子对接评估。结果获得洋参御唐方活性成分 354 个，靶点 1 991个;同时检索出 3 723 个疾病基因;运用 OmicShare 平台分析共得出 184 个共同基因。GO 富集分析提示洋参御唐方和糖尿病肾脏病的共同生物学过程与药物应答、脂多糖受体信号途径、血管发育、氧化过程、凋亡信号通路等有关;KEGG 通路分析提示洋参御唐方和糖尿病肾脏病的共同生物学通路包括糖尿病并发症中的 AGE AGE 信号通路、癌症信号通路、HIF 1 信号通路、TNF 信号通路、VEGF 信号通路等。结论洋参御唐方通过多靶点、多通路、多途径治疗糖尿病肾脏病，为其临床应用提供了一定参考。关键词 洋参御唐方;糖尿病肾脏病;网络药理学;分子对接doi:10 3969/j issn 1008 8849 2022 22 021 中图分类号 5871 文献标识码 B 文章编号 1008 8849(2022)22 3165 10 通信作者赵大鹏，E mail:dapeng150040 sinacom 基金项目黑龙江省博士后科研启动基金项目(LBH Q18120)糖尿病肾脏病为糖尿病不可忽视的微血管并发症及炎症并发症，最终可引起肾小球硬化，患者可出现水肿、高血压、持续性泡沫尿(蛋白尿)、肾小球滤过率(GF)降低等1。糖尿病肾脏病多呈慢性进行性发展，直至发展为终末期肾病。目前，我国糖尿病发病率高达 9 7%，其中 DKD 的发病率占 20%60%2。中药复方洋参御唐方以西洋参、黄芪、菟丝子、女贞子、山药、白芍、玉竹、天花粉、山茱萸、葛根、乌梅、桃仁、红花共 13 味药物组成，有健脾补肾、益气养阴之效，是黑龙江中医药大学附属第一医院赵大鹏主任医师以标本同治、补泻兼施为治疗目的，在民间验方的基础上，结合历代医家治疗消渴病的经验拟定而成3。在改善患者临床症状、降低尿蛋白、保护肾脏并延缓病程进展以及提高患者生活质量等方面作用显著4，具有疗效稳定、安全可靠等特点。目前洋参御唐方治疗糖尿病肾脏病的作用机制尚未完全阐明，以往研究主要集中于经验总结、血清学指标或单一机制，尚未深入探讨洋参御唐方治疗 糖尿病肾脏病的分子机制。基于中药复方多成分、多途径、多靶点的特征，寻找糖尿病肾脏病特异性高的分子标志物及新的分子靶点，对于糖尿病肾脏病的特异性治疗具有重要意义。生物信息学分析技术可通过一系列网络构建、核心靶点筛选以及信号通路富集分析，快速挖掘方药的主要作用靶点5。本研究以此技术分析了洋参御唐方的体内生物学特征，以此对洋参御唐方活性物质进行筛选5613现代中西医结合杂志 Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2022 Nov，31(22)并对其作用机制进行探究，为其临床治疗糖尿病肾脏病提供参考和理论依据。1材料与方法1.1洋参御唐方生物信息集的获取应用 BAT-MAN TCM 数据库进行在线生物信息分析，收集洋参御唐方的主要活性成分及潜在靶点，并以君臣佐使形式输入中药复方进行网络药理学分析6。其中西洋参、黄芪为君药，山药、玉竹、天花粉、菟丝子、女贞子为臣药，山茱萸、白芍、葛根、乌梅、桃仁、红花为佐使药，一共3 个集群，设定 P005，score cutoff20 为检索条件，并将得出的与洋参御唐方活性成分输入 TCMSP 平台。以口服生物利用度(OB)30%7、类药性(DL)0 188 9 为指标进行筛选，得到洋参御唐方的主要活性成分及其靶点并整理为生物信息集10。同时查阅中华人民共和国药典(2020 版)，并对 CNKI、万方数据等数据库进行检索，避免遗漏个别认可度较高的活性成分，将其合并至生物信息集中并构建“活性成分 靶点 通路”相互作用网络。1.2构建相互作用网络借助 UniProt11、GeneCards12 等数据库明确生物信息集对应的基因数据，并用 Cytoscape3 8 213 构建“洋参御唐方 活性成分 靶点”相互作用网络。通过 Network Analy-zer 功能对网络节点进行分析，以节点的大小来表现度(degree)值。1.3获取糖尿病肾脏病的生物信息数据在 GeneCards 数 据 库、OMIM 数 据 库14、Drugbank 数 据库15、TTD 数据库16 中分别以“diabetic nephropa-thy”“diabetic kidney disease”“nephropathy diabetic”作为关键词进行检索，寻找糖尿病肾脏病的相关基因数据，参考 UniProt 数据库进行靶点命名标准化。1.4蛋白相互作用(PPI)网络构建及分析通过OmicShare 平台对获取的洋参御唐方生物信息集以及糖尿病肾脏病的相关基因数据进行映射分析，得到“洋参御唐方 糖尿病肾脏病 基因数据集”并导入 STING 11 517 网站，选定“Homo sapiens”为蛋白种类，将相互作用阈值下限设置为 0 4 并删除无连接的节点。将结果导入 Cytoscape3 8 2 软件进行可视化分析并绘制 PPI 网络。对其进行 MCODE分析18，得出作用显著的节点。度值的大小用节点的大小及颜色的深浅变化来展现，由此筛选出核心靶点。1.5GO 富集分析与 KEGG 通路分析将洋参御唐方 糖尿病肾脏病 基因数据及导入 Metas-cape19 网站进行 Gene Ontology(GO)富集分析和KyotoEncyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)信号通路分析。限制物种为“Homo Sapiens”(人源)进行操作，以 P0 01 为指标对分析结果进行筛选，得到相关性前 10 的分子功能和信号通路，并使用 语言对结果进行可视化处理。1.6分子对接分析采用分子对接技术验证从1.1 中获取的关键成分和 1 4 筛选得到的靶点蛋白，探究洋参御唐方对糖尿病肾脏病进行调控的可能性。通过 Pubchem 数据库查询大分子物质结构并优化保存为 mol2 格式;从 PDB 数据库中下载配体 3D 结构并使用 PyMol 软件删除结构中的水分子及小分子，再导入 AutoDockTools 进行加氢等预处理;将二者转换成 pdbqt 格式文件并运行 AutoDock-Tools 分别进行对接，选取最低结合能作为分子对接的得分。该得分可用于评估靶点与配体之间的对接活性，当对接得分 7 0 时，二者对接能力显著。2结果2.1洋参御唐方的生物信息数据通过 BATMAN TCM 检索筛选得到 354 个活性成分及 1 991 个靶点，以君、臣、佐使形式分为 3 个合集，823 个共同靶点及 3 个合集的“活性成分 靶点 通路”相互作用网络见图 1。洋参御唐方的主要生物学途径包括神经活性配体 受体互作、钙信号途径、嘌呤代谢、CGMP PKG 信号途径等;分子功能(MF)以离子结合、跨膜转运、信号传导、氧化还原酶活化为主;细胞组分(CC)主要发生在胞浆及细胞质等细胞场所;生物过程(BP)以细胞的氮代谢、转运、生物合成、信号传导、小分子物质代谢、细胞分化等为重点进程。将 BATMAN TCM 检索得到的活性成分录入 TCMSP 数据库，筛选去重后得到 OB30%，DL0.18 的 145 个活性成分及与其对应的 275 个靶点。洋参御唐方中部分活性成分基本信息见表 1。2.2“洋参御唐方 活性成分 靶点”相互作用网络洋参御唐方“药物 活性成分 靶点”相互作用网络见图 2。共包括 363 个节点和 1 496 条边，其中 13 种颜色对应各自的药物节点，代表 75 个活性成分节点，代表 275 个靶点节点，每条边则表示药物中所含活性成分及活性成分与靶点相互作用关系。根据网络拓扑学理论，节点的度值取决于与其相连结的节点数量。该网络中，节点的大小与度值呈正比关系，以中心度值、亲中心度值、等级值为标6613现代中西医结合杂志 Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2022 Nov，31(22)左上角为洋参御唐方的君、臣、佐使的各项靶点基因数，其余为洋参御唐方的君、臣、佐使的“活性成分 靶点 通路”相互作用网络图 1洋参御唐方的靶点基因集表 1洋参御唐方中部分活性成分的基本信息种类药材编号化学成分OB/%DL相对分子质量君药西洋参MOL006980MOL008397MOL006774Papaverine(罂粟碱)Daturilin(曼陀罗灵醇)stigmast 7 enol(柱头甾 7 烯醇)640450373742038077075339424366441479黄芪MOL000398MOL000378MOL000392MOL000433MOL000211MOL000371MOL000442Isoflavanone(异黄酮)7 O methylisomucronulatol(7 O 甲基异木糖醇)Formononetin(芒柄花素)FA(脂肪酸)Mairin(丁子香萜)3，9 di O methylnissolin(3，9 di O 甲基尼索林)1，7 Dihydroxy 3，9 dimethoxy pterocarpene(1，7 二羟基 3，9 二甲氧基紫檀烯)1099974696967689655385374390503003002107107804804831633316382682844145456783143631431臣药山药MOL000546MOL005429MOL000310MOL005430MOL000322Diosgenin(薯蓣皂苷元)Hancinol(山蒟醇)Denudatin B(玉兰素 B)hancinone C(山蒟酮 C)Kadsurenone(海风藤酮)8088640161475905547208164010380390384146937250356454005135645玉竹MOL000332MOL010408n coumaroyltyramine(n 香豆酰苯胺)polygosides(夜交藤乙酰本甙)856338730200782833541267天花粉MOL004355MOL006756Spinasterol(菠菜甾醇)Schottenol(仙人掌固醇)429837420760754127741479菟丝子MOL005944MOL001558MOL006649MOL000354Matrine(苦参碱)Sesamin(芝麻素)Sophranol(槐醇)Isorhamnetin(异鼠李素)637756555542496002508302803124841354382644131628女贞子MOL005212MOL005195MOL005190Olitoriside(乳脂苷)syring