基于网络药理学与分子对接技...五加总苷改善睡眠的药理机制_陈佩璐.pdf

药理基于网络药理学与分子对接技术研究刺五加总苷改善睡眠的药理机制陈佩璐1，李明2，张嘉媛2，许光辉1，2*，罗友华1，2(1.福建中医药大学药学院，福建福州 350122;2.厦门市健康医疗大数据中心(厦门市医药研究所)厦门市天然药物研究与开发重点实验室，福建厦门 361008)摘要:目的通过网络药理学与分子对接技术探讨刺五加苷改善睡眠的药理机制。方法通过文献归纳刺五加总苷的化学成分，借助 Gene-Cards 数据库预测刺五加苷以及失眠的相关靶点;使用 Cytoscape 软件构建成分-靶点图;利用 Metascape 对相关靶点进行 GO 和 KEGG 富集分析。使用 AutoDock 和 PyMOL 软件对成分与核心靶点进行分子对接验证。结果刺五加总苷中共筛选 49 种已知结构的化合物成分以及其对应的168 个靶点，67 个靶点与改善睡眠相关。核心靶点主要有 TNF、GAPDH、VEGFA 等，涉及的主要信号通路有神经活性配体-受体相互作用、血清素突触、钙离子信号通路等;分子对接结果表明核心成分与关键靶点均可自发结合，并且有较高的结合活性。结论刺五加苷类成分与 TNF、GAPDH、VEGFA 等靶点相互作用，通过血清素突触、钙离子信号通路、PI3K-Akt 等多个信号通路参与炎症、神经内分泌调节等发挥改善睡眠的作用。关键词:刺五加;改善睡眠;网络药理学;分子对接中图分类号:965文献标识码:A文章编号:1006-3765(2023)-04-0007-05作者简介:陈佩璐，女(1998 )。学历:硕士在读。研究方向为中药药效物质基础与作用机制。通讯作者:许光辉，男(1979 )。学历:博士。职称:副研究员。研究方向:中药、天然药物改善睡眠作用研究。基金项目:福建省卫生健康中青年骨干人才培养项目(2021GGB036);厦门市自然科学基金青年项目(3502Z20227156)Pharmacological Mechanism of Acanthopanax senticosus on ImprovingSleep Based on Network Pharmacology and Molecular Docking Tech-niquesCHEN Pei-lu1，LI Ming2，ZHANG Jia-yuan2，XU Guang-hui1，2*，LUO You-hua1，2(1.College of Pharmacy，Fujian University of Traditional Chinese Medicine，Fuzhou 350122，China;2.Xiamen Health and Medical BigData Center(Xiamen Medicine esearch Institute)，Xiamen 361008，China)ABSTACT:OBJECTIVEThe study aims to predict active ingredients，targets and mechanisms of Action of Ac-anthopanax senticosus glycosides in improving sleep based on network pharmacology，and use molecular docking tech-niques to validation.METHODSBy reviewing the literatures to summarize the chemical composition of the Acan-thopanax senticosus glycosides，predicting targets related to acanthoside and insomnia with Swiss Target Pridiction da-tabase and GeneCards database.Use software Cytoscape 3.5.1 to construct the component-target map.By String date-base to drawing the protein interaction network map，and then use Metascape platform to performe GO enrichmentAnalysis and KEGG pathway enrichment analysis in the improving sleep of Acanthopanax senticosus glycosides.Inthe end，in order to validate the predict result of network pharmacology，use Autodock software and PyMOL softwareto molecular docking of major components and core targets.ESULTSA total of 49 compound components withknown structures and their corresponding 168 targets were screened in the Acanthopanax senticosus glycosides and 67of them could act on insomnia.The core targets are mainly TNF，GAPDH，VEGFA and so on.KEGG enrichment anal-ysis showed that the main signaling pathways involved neuroactive ligand-receptor interactions，serotonin synapses，calcium signaling pathways，etc.Molecular docking indicates that the core ingredients and key targets were predict bynetwork pharmacology could spontaneous bonding and have a high binding activity.CONCLUSIONNetwork phar-macology reveals that Eleutheroccus senticosus improve sleep through multi-component，multi-target，and multi-path-way pathways.KEY WODS:Acanthopanax;Sleep improvement;Netwerk pharmacology;Molecular docking7Strait Pharmaceutical Journal Vol.35 No.4 2023刺五加的活性成分主要包括苷类、黄酮类、多糖、木脂素等，具有保护神经元、调节血糖、抗疲劳、抗衰老、改善睡眠等多种药理作用1-4。据文献报导，一定剂量的刺五加总苷能够有效增加片段化睡眠时间以及连续睡眠时间5。但对于刺五加总苷改善睡眠的分子机制研究还较少，因此，本文借助网络药理学与分子对接技术预测刺五加总苷改善睡眠的核心靶点与作用机制，为后续的研究提供理论依据。1材料与方法1.1刺五加总苷成分筛选通过文献阅读总结得出刺五加总苷的化学成分1-5，使用中医药整合药理学研究平台 V2.0(TCMIP，网址:http:/)与 PubChem 数据库对刺五加总苷的化学成分进行检索，得到各成分简化分子线性输入规范(SMILES)。1.2活性成分作用靶点筛选在 Swiss Target Prediction 数据库中输入总苷成分的 SMILES 式，获得刺五加总苷活性成分的靶点。1.3失眠靶点筛选以疾病名称“Insomnia”分别在 Gene-Cards 数据库、Pharmgkb 数据库、Drugbank 数据库以及 Thera-peutic Target Database 数据库中进行检索，将所得结果整合并去除重复值即得到失眠相关的靶点。1.4潜在靶点筛选将检索得到的刺五加总苷化学成分靶点和疾病靶点上传至在线数据库 VENNY，绘制韦恩图、取交集，交集中的靶点即为刺五加总苷作用于失眠的潜在靶点。1.5成分-靶点网络构建找出刺五加治疗失眠的潜在靶点所对应的成分，将靶点与成分一一对应，并将该数据导入 Cy-toscape 3.5.1 软件中作图，得到刺五加总苷化学成分-靶点图。1.6PPI 网络构建将获得的潜在靶点上传至 String 数据库中选择交互作用大于 0.4 的靶点，隐藏没有相互联系的节点，构建出刺五加改善睡眠的蛋白互作网络。下载文件数据，输入到 Cytoscape 3.5.1 软件中，根据度值重要性进行调整以确定发挥作用的核心靶点。1.7生物过程与通路分析将刺五加治疗失眠的潜在靶点导入 Metascape 平台，物种选择“Homo Sapiens”，进行个性化分析，并对刺五加作用于失眠的靶点进行基因本体(GO)分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路的富集分析，使用在线软件对所得结果进行可视化处理。1.8分子对接验证将预测得到的刺五加的核心成分与靶点进行分子对接。从 Pub Chem 和 Chem Spider 数据库中下载核心成分的结构式文件，并通过 Chem 3D 软件和 Open Bable软件将结构式文件转换为 pdbqt 文件，PDB 数据库下载蛋白3D 结构文件。通过 Pymol 和 Auto Dock 软件对蛋白质进行修饰，使用 Auto Dock 软件进行分子对接。2结果2.1刺五加总苷成分筛选通过文献检索刺五加总苷共 83种成分，在 TCMIP 与 PubChem 数据库中检索化合物的化学结构，共筛选出 49 种已知化学结构的化合物。2.2靶点预测经 Swiss Target Prediction 数据库预测刺五加总苷成分的作用靶点，以 Probability 大于等于 0.05 为筛选依据进行筛选6。经过筛选共得到 168 个靶点，即为刺五加总苷活性成分的作用靶点。由 GeneCards 数据库、pharmgkb 数据库、Drugbank 数据库以及 Therapeutic Target Database 数据库预测筛选得到失眠靶点共 2653 个。将刺五加总苷成分靶点与失眠靶点一同导入 VENNY 数据库取交集，得到刺五加治疗失眠的靶点共 67 个，其韦恩图如图 1 所示。图 1刺五加总苷活性成分和失眠靶点的韦恩图2.3成分-靶点网络构建利用 Cytoscape 3.5.1 软件构建刺五加总苷成分失眠靶点网络图(见图 2)。图中的大圈表示靶点，小圈表示与靶点相对应的成分。大圈与小圈之间的连线表示靶点与成分的相互作用关系。度值较高的成分如 11-deoxyisochiisanoside、isochiisanoside methyl ester、acankoreosideD、acankoreoside C、24-hydroxychiisanoside、Eleutheroside B1、Chiisanoside、Hyperoside、Eleutheroside B 等可能是刺五加总苷中改善睡眠的核心成分。图 2刺五加总苷活性成分和失眠靶点网络图2.4PPI 网络构建将刺五加作用于失眠的潜在靶点导入String 数据库，得到蛋白质互作网络图(见图 3)。图中的节点表示靶蛋白，节点之间的连线表示靶蛋白之间的连线。图中共有 67 个靶蛋白，304 条连线。将网络图的数据文件导入Cytoscape 3.5.1 中，根据筛选，将度值排名前 10 的靶点视为核