基于网络药理学探讨黄药子肝毒性的作用机制_余雪纯.pdf

摘要：本文采用网络药理学方法和分子对接技术探讨了黄药子（RDB）肝毒性的作用机制。从黄药子中筛选出13种毒性候选化合物、184个肝脏毒性潜在作用靶点。分子对接结果表明“毒性成分-肝脏毒性作用靶点”网络中的关键化合物8-表黄独素E乙酸酯和黄独素B与蛋白相互作用（PPI）网络中度值最高的靶点雌激素受体1（ESR1）均具有较好的结合力。黄药子肝毒性体现了中药的多成分、多靶点和多途径特点，为深入研究其机制提供了新的线索。关键词：网络药理学；黄药子；肝毒性；分子对接；作用机制中图分类号：R285.5文献标志码：A文章编号：2096-854X（2022）060089-06The Hepatotoxicity Mechanism of Rhizoma DioscoreaeBulbiferae based on Network PharmacologyYu Xuechun，Ke Jiaqun，Shi Xinyue，Xiong Yinhua*（School of Pharmacy,Jiangxi Science and Technology Normal University,Nanchang 330013,Jiangxi,P.R.China）Abstract:Network pharmacology and molecular docking technology were used to explore the hepatotoxicitymechanism of Rhizoma Dioscoreae Bulbiferae（RDB）.Thirteen toxic candidate compounds in toxic components-targetsof liver toxicity and 184 potential targets of liver toxicity were screened.The results of molecular docking showed thatthe two compounds had good binding force with the target Estrogen Receptor 1（ESR1）with the highest degree valuein the protein-protein interaction（PPI）network.The hepatotoxicity of RDB embodies the characteristics of multi-component,multi-target and multi-channel of traditional Chinese medicine.It provides new clues for further study onthe hepatotoxicity mechanism of RDB.Key words:Network pharmacology;Rhizoma Dioscoreae Bulbiferae;hepatotoxicity;molecular docking;actionmechanism基于网络药理学探讨黄药子肝毒性的作用机制余雪纯，柯佳群，史欣悦，熊印华*（江西科技师范大学药学院，江西 南昌330013）【生物医药】收稿日期：2022-06-12最终修回日期：2022-08-24接受日期：2022-08-25基金项目：国家自然科学基金（81660692）、江西省高等学校精细化学品工程技术研究中心开放课题（JFCEC-KF-2202）作者简介：余雪纯，女，在读硕士研究生，研究方向：代谢组学和中药药理；柯佳群，女，在读硕士研究生，研究方向：代谢组学和中药毒性；史欣悦，女，在读硕士研究生，研究方向：代谢组学和中药药理；*熊印华（通讯作者），博士，副教授，研究方向：代谢组学和药物毒性，E-mail:。江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science&Technology Normal University第6期Issue 62022年12月Dec.20221前言肝脏作为人和动物体内最大的消化腺，主要以代谢为主并承担着合成储存养料、分泌胆汁和解毒等重要功能。部分中药在发挥其药效的过程中会对肝脏造成不同程度的损伤，研究中药的肝脏毒性及其机制至关重要。作为薯蓣科植物黄独（Dioscoreabulbifera L.）的块茎，黄药子性寒、味苦、归肝脾经，具有咳痰化瘀、清热去火和消炎等功效，临床上常用于治疗哮喘、甲状腺瘤、消化道癌和肺癌等疾病1，2。江西科技师范大学学报第6期黄药子因具有明显的肝脏毒性，在临床的运用中受到较大限制3，4。黄药子的主要化学成分包括二萜内酯类、甾类和多酚类等化合物，其中二萜内酯类成分黄独素B既是黄药子发挥抗菌、消炎和抗肿瘤作用的关键活性成分，也是黄药子的主要肝毒性成分5，6。网络药理学是通过建立网络模型研究药物的药理作用和药理学性质的新方法。通过分析中药毒性成分，阐述其作用的复杂关系网络，来探究物质相互作用的规律以及对机体的毒副作用和毒性作用机制，该方法能为中药配伍减轻对机体的损伤、中药临床试验的前期预测和安全性的检查等提供一种新的模式7。本文借助网络药理学及分子对接技术对黄药子毒性物质和肝脏毒性的作用机制进行探讨，为黄药子的临床应用提供理论基础与科学依据。2实验部分2.1黄药子的成分获取和有毒成分查询在中药系统药理学数据库和分析平台（TraditionalChinese Medicine Systems Pharmacology,TCMSP）中输入“huangyaozi”得到黄药子化学成分，获得生物利用度（Oral bioavailability,OB）30%和类药性（Drug-likeness,DL）0.18的活性成分，将这些成分输入毒性与基因比较数据库数据库（The ComparativeToxicogenomics Database,CTD）进一步筛选黄药子的毒性成分，并结合文献对黄药子的毒性成分进行补充。2.2黄药子毒性成分靶点预测采用有机小分子生物活性数据PubChem数据库，将黄药子毒性成分转化为标准Canonical SMILES格式，导入SwissTargetPrediction平台，获得黄药子毒性成分靶点，结合TCMSP数据库对黄药子毒性成分靶点进行补充。2.3获得肝脏相关靶点在人类基因数据库（GeneCards)和NCBI数据库中输入关键词“liver”，选择物种类别为“Homo Sapiens”，筛选获得2个数据库中的肝脏相关靶点，删除重复靶点，即为肝脏相关靶点。2.4黄药子肝脏毒性潜在作用靶点预测黄药子毒性成分作用靶点与肝脏相关靶点上传到在线韦恩图，二者映射取交集获得到黄药子的肝脏毒性潜在作用靶点。2.5黄药子毒性成分肝脏毒性作用靶点网络构建黄药子毒性成分与肝脏毒性潜在作用靶点通过Cytoscape 3.7.1建立黄药子毒性成分-肝脏毒性作用靶点网络。将化合物对应的肝脏预测靶点个数（节点数）由高到低排序，重点分析节点数排名前5的化合物。2.6PPI网络构建利用STRING将黄药子毒性化合物作用靶点与肝脏预测靶点交集蛋白输入至“protein by sequence”栏，选择研究物种为“Homo Sapiens”，设置连接评分最小值为0.930，并隐藏相互没有连接的蛋白，得到PPI网络图。2.7富集分析利用生物学信息注释数据库（The Database forAnnotation,Visualization and Integrated Discovery,DAVID）对潜在靶点进行GO功能富集分析，获得黄药子毒性成分对肝脏作用的主要生物过程；利用DAVID对潜在作用靶点进行KEGG信号通路富集分析，获得黄药子毒性成分作用肝脏的主要信号通路。2.8分子对接利用Chemdraw 16.0绘制活性成分的三维结构，在蛋白质晶体结构数据库（Pharmaceutical DateBase,PDB）中查找与目标受体配对的化合物，筛选与活性成分结构最相似的配体配对的晶体结构作为活性成分对接的最佳受体，使用SYBYL-X2.0及PyMOL进行分子对接与对接结构进行优化。3结果与讨论3.1黄药子毒性化合物筛选通过TCMSP和CTD数据库筛选得到5种黄药子毒性成分（表1），结合文献得到Vomifoliol、8-epidiosbulbin E acetate、5,3,4-trihydroxy-3,7-dime-902022年thoxyflavone、5,7-dihydroxy-3,4-dimethoxyflavone、Aurantiamideacetate、Dihydroxybenzoicacidethylester、P-hydroxybenzoic acid和3,4-dihydroxybenzoicacid等8种黄药子的毒性成分8。3.2黄药子肝脏毒性潜在作用靶点的预测利用数据库得到215个黄药子毒性成分作用靶点和肝脏相关靶点13864个。采用在线韦恩工具对黄药子毒性成分作用靶点与肝脏相关靶点进行映射，获得共同靶点184个，即为黄药子肝脏毒性潜在作用靶点。表1TCMSP网站筛选得到毒性成分编号ID化学成分OB（%）DL12345MOL000096MOL000073MOL007939MOL000422MOL000098CatechinEpicatechinDiosbulbin B3,5,7,4-tetrahydroxyflavone3,5,7,3,4-pentahydroxyflavone49.6848.9643.0141.8846.430.240.240.700.240.28图1黄药子毒性成分-肝脏毒性作用靶点网络表2关键化合物的基本信息化学成分度值分子量化学式结构橙黄胡椒酰胺（Aurantiamide acetate）48444.52C27H28N2O4对羟基苯甲酸（P-hydroxybenzoic acid）42138.12C7H6O35,3,4-三羟基-3,7-二甲氧基黄酮（5,3,4-trihydroxy-3,7-dimethoxyflavone）41330.19C17H14O78-表黄独素E乙酸酯（8-epidiosbulbin E acetate）38388.41C21H24O7黄独素B（Diosbulbin B）35344.36C19H20O6余雪纯，柯佳群，史欣悦，等：基于网络药理学探讨黄药子肝毒性的作用机制91江西科技师范大学学报第6期3.3“黄药子毒性成分肝脏毒性作用靶点”网络将上述得到的毒性成分和作用靶点导入Cytoscape3.7.1软件中绘制“黄药子毒性成分肝脏毒性作用靶点”网络（图1），该网络包括197个节点（13个毒性成分节点、184个靶点节点）。与节点相连接的边的条数代表该节点的度值，度值较大的化合物在网络中起到关键的作用，可能是黄药子的关键肝毒性化合物，其基本信息见表2。黄独素B为黄药子的主要肝毒性成分。给予黄独素B后小鼠体内肿瘤坏死因子-（tumor necrosis factor-，TNF-）、白介素-6（interleukin-6,IL-6）等水平显著上升9，造成肝细胞的直接损伤10。黄独素B可通过miRNA诱导肝细胞的细胞周期停滞，降低周期蛋白依赖性激酶1（cyclin-dependent kinases1,CDK1）表达造成肝脏毒性11。8-表黄独素E乙酸酯为黄药子另一个主要肝毒性成分，能通过细胞色素P450 3A代谢酶介导呋喃环代谢激活后对肝脏产生毒性作用12，它的反应性代谢产物对蛋白质的赖氨酸和半胱氨酸残基的修饰被认为是该化合物肝毒性的重要机制13。3.4PPI网络图借助String数据库构建PPI网络图（图2）。图中共涉及184个节点、343条边，节点代表蛋白。度值较大的蛋白质在网络中起着关键的作用，可能是黄药子毒性成分发挥肝脏毒性作用的关键靶点，度值靠前的5种蛋白质的基本信息见表3。E