黄芩治疗主动脉夹层作用机制...NA-lncRNA网络构建_刘冰清.pdf

第 卷 第 期北华大学学报（自然科学版）年 月 （）文章编号：（）：黄芩治疗主动脉夹层作用机制的预测及相关 网络构建刘冰清，刘丹伶奕，沙梦瑶，万 红，夏 薇，刘 畅（北华大学医学技术学院，吉林 吉林）摘要：目的 通过网络药理学方法探究黄芩治疗主动脉夹层（）的作用机制及其调控的 网络构建方法 采用中药系统药理学数据库与分析平台（）挖掘黄芩活性成分及预测靶点，通过挖掘 数据库，使用 分析筛选 差异表达的，运用 、在线分析软件进行 调控网络整合分析借助 软件与 数据库构建活性成分靶点网络、三元转录网络及蛋白互作网络，并行 功能及 通路富集分析，最后予以分子对接评估结果 筛选出黄芩活性成分 个，其中 个靶点与 相关得到由 个关键、个关键 及 个关键 构成的三元转录网络富集分析结果显示，这些靶点主要通过、和 样受体等信号通路发挥细胞增殖凋亡调控、转录调节、炎症反应和抗氧化活性作用分子对接结果显示，汉黄芩素、谷甾醇、黄芩素和豆甾醇等主要活性成分均能与核心靶点、较好地结合结论 黄芩可能通过多组分、多靶点、多途径协同治疗，此结果可为进一步研究主动脉夹层作用机制提供理论依据关键词：黄芩；主动脉夹层；生物信息学；分子对接中图分类号：文献标志码：收稿日期：基金项目：吉林省教育厅科学技术研究项目（）；吉林省卫生健康青年科技骨干培养计划项目（）作者简介：刘冰清（），女，硕士研究生，主要从事胸主动脉瘤相关疾病机制方面研究，：；通信作者：刘 畅（），女，副教授，硕士生导师，主要从事胸主动脉瘤相关疾病机制方面研究，：，（，）：（）（），：；主动脉夹层（，）是指由于主动脉内膜破裂导致血管内的血液进入动脉壁形成假腔而引发的一种心血管疾病美国的一项研究表明，年，的死亡率有所增加，且以女性居多探究 的调控机制，寻找新的有效药物，对 的治疗具有重要意义 是长度大于 个核苷酸的非编码，定位于细胞质的 主要影响 的稳定性，也可作为竞争性内源（），通过 的特异性海绵吸附能够间接降低 与下游靶基因结合，从而参与基因调控近年来研究发现，长链非编码（）和微小（）在 的病程进展中发挥着重要的调控作用 通过 调节平滑肌细胞功能，并参与了 血管重塑 等研究证实，轴可以参与调节 的增殖、迁移和表型转换，从而减缓 的进展因此，在 的病理及分子机制的研究中，由、和 组成的转录网络越来越引起重视中药具有多成分、多靶点的特点，中药的活性成分在心血管疾病中对 和 亦具有一定调控作用因此，探索中药成分治疗 的 网络研究及其调控作用具有一定的研究价值 黄芩（，）为唇形科植物，在中国、韩国和日本被广泛用作膳食成分和传统药材，具有抗炎、抗癌、抗过敏和抵御病毒作用黄芩中含有的主要活性成分已在心血管疾病中得到广泛应用，黄芩的活性成分三羟基黄酮可以通过抑制腹主动脉壁内活性氧的产生，减少炎性细胞浸润，能够降低基质金属蛋白酶（，）、基质金属蛋白酶（，）活性，从而有效地减少血管紧张素（，）诱导的小鼠腹主动脉瘤的形成 等的研究表明：黄芩中的一种类黄醇成分 黄芩素可通过激活血管平滑肌细胞中 通路，有效调节自发性高血压大鼠的血压，然而目前 对 的具体作用及机制尚不明确中药的活性成分能够在心血管疾病不同病理机制中发挥协同作用丹参酮 是丹参的中药活性成分之一，可能通过抑制 的表达减少心律失常和心源性猝死的发生还有研究表明，丹参酮 可通过上调、抑制半胱氨酸酶 改善心肌细胞的凋亡淫羊藿苷是传统中药淫羊藿的主要活性成分之一，轴是淫羊藿苷抑制动脉粥样硬化（，）的重要调控通路基于以上研究发现，中药的活性成分在治疗心血管疾病中对 和 具有一定调控作用因此，可以探索中药成分治疗 中的 网络构建本研究旨在利用生物学信息的方法挖掘黄芩治疗 的活性成分靶点网络，并构建 三元转录网络，以期阐明黄芩多途径、多组分、多靶点协同作用的分子机制，并为后续基础和临床实验研究提供依据 资料与方法 黄芩活性成分筛选和靶点预测通过中药系统药理学数据库与分析平台（，：）获取黄芩的有效成分根据药物的药代动力学特征，以口服生物利用度（）和类药性（）为条件进行活性成分及潜在靶点筛选，运用 数据库（：）获取目标基因官方名称 主动脉夹层疾病相关差异表达基因挖掘 基因表达谱原始数据（，基因芯片平台：）来源于基因表达综合数据库（：）该数据的人体组织样本包含斯坦福急性 型主动脉夹层患者（）和正常对照组（）通过 分析（：），以（）的绝对值 和 为筛选条件进行基因数据挖掘，得出差异表达基因 活性成分靶点网络及 转录网络构建取 疾病相关差异表达基因与黄芩预测靶点的交集，得到黄芩治疗 可能涉及的活性成分及关键 通过（：）和（：）数据库筛选与 结合的，将获取的 通过 数据库（：）进行映射，最终得到 调控的 运用 软件构建活性成分靶点网络及 三元第 期刘冰清，等：黄芩治疗主动脉夹层作用机制的预测及相关 网络构建转录网络将上述关键 输入 数据库（：），并将物种设定为“”，最低互作得分设置为，得到蛋白相互作用网络 靶点功能富集分析 的基因名称通过 语言“”转换为基因，基因本体（）、京都基因和基因组百科全书（）的差异表达基因（）分析由 语言“”进行，以了解其生物过程（，）、细 胞 组 分（，）和分子功能（，）分子对接技术与可视化从 获得黄芩主要活性成分的三维结构作为配体，用 软件（：）将黄芩主要活性化合物的 结构保存为 文件，并使其能量最小化将从 数据库（：）获得关键靶点的三维结构作为受体，利用 软件将化合物及靶蛋白格式转换为 格式，最后进行分子对接，对接结果运用 软件进行可视化处理 结 果 黄芩活性成分及靶点通过 数据库获得黄芩活性成分得到 有效成分有 个，共检索到 个靶点使用 数据库将作用靶点转为基因名称，删除无效与重复靶基因，共得到 有效成分作用靶点 个见表 表 黄芩主要活性成分 编号名称（黄芩黄酮），（，三羟基甲基二氢黄酮），（甲氧基柚皮素），（苏荠苎黄酮）（二氢木蝴蝶素）（黄芩新素），（羟基汉黄芩素）（黄芩黄酮）（千层纸素）（黄芩新素），（黏毛黄芩素）（三裂鼠尾草素）（）（黄烷酮）（红花素），（表小檗碱）（黄芩素）（金合欢素）（），（黄连碱），（去甲汉黄芩素）（豆甾醇）（豆甾醇）（谷甾醇）（）（汉黄芩素）（）表儿茶素）北华大学学报（自然科学版）第 卷 主动脉夹层疾病靶点基于 的测序数据共筛选差异表达基因 个（见图 ），且 组和对照组基因分布有明显差异（见图 ）将数据集 筛选出的差异基因与黄芩的靶基因取交集得到 个靶基因：、和（见图 ）活性成分靶点网络构建黄芩治疗 的活性成分靶点网络（见图），其中活性成分汉黄芩素（，）、谷 甾 醇（，）、黄 芩 素（，）和 豆 甾 醇（，）的节点度较高（见表）图 患者 基因芯片的差异表达基因 图 黄芩活性成分靶点网络 第 期刘冰清，等：黄芩治疗主动脉夹层作用机制的预测及相关 网络构建表 黄芩 前 候选活性成分及节点度 编号名称节点度（汉黄芩素）（谷甾醇）（黄芩素）（豆甾醇）（千层纸素）（金合欢素）（苏荠苎黄酮）（黄芩新素）（黄芩黄酮）（）转录网络将取交集获得的 个差异表达基因分别输入 和 数据库，为保证其可靠性，取 个数据库的同时对 调控关系进行探索，结果得到 个差异 可靶向到，即得到 的 个差异 和 个差异，共 个 调控关系通过 数据库将得到的 靶向，得到 个，共 个 调控关系，最终形成 三元转录网络（图 ），其中同时具备三者转录关系的 包括 个、个 和 个网络中节点 度 排 名 较 高 的 、，、和 可能在网络中起关键作用借助 数据库绘制核心靶点 网络包括 个节点和 条边，共 个基因在 网络中互作密切（图）在潜在靶基因中，、和 节点度相对较高，可能是核心作用基因（图 ）红色；绿色；紫色黄芩治疗 的 转录网络；、黄芩治疗 的 网络及核心作用基因图 黄芩治疗 的 转录网络、网络及核心作用基因 ，北华大学学报（自然科学版）第 卷 关键靶点 和 富集分析将 个 作用于 的潜在靶点进行 和 富 集 分 析 及 可 视 化，其 中 生 物 过 程（，）主要涉及细胞增殖调控过程和生物过程相关的正向调控等；细胞组 分（，）主要涉及在细胞膜的封闭腔、细胞器外膜和内质网等；分子功能（，）主要涉及抗氧化活性、转录调节活性和信号传感器活性调节等 富集分析结果显示 个靶点主要在 条信号通路上富集，主要涉及 信号通路、信号通路、信号通路、信号通路和核苷酸结合寡聚域受体（）样受体信号通路（见图、表）图 潜在靶点的 和 富集分析 表 富集主要通路及其靶点 路径等级基因 、分子对接将黄芩治疗 节点度值排名较高的汉黄芩素、谷甾醇、黄芩素和豆甾醇 个活性成分（见表）、信 号 通 路 中 占 比 最 高 的 标 志 蛋 白（：）（见图）和 核心网络中排名最高的标志蛋白（：）进行分第 期刘冰清，等：黄芩治疗主动脉夹层作用机制的预测及相关 网络构建子对接（见图）当结合能 时，受体与配体可以达到较好的结合结果显示，各活性成分均能与 和 很好结合，其中豆甾醇虽与 个靶点的亲和力最高，但其可结合氢键较少（见表）而 黄 芩 素（，）与、的可结合氢键较多，且通过查阅相关文献可知，黄芩素（三羟基黄酮）已在腹主动脉瘤中被证实可起到预防和治疗的作用，因此，选择黄芩素与 个靶点基因进行分子对接可视化（见图）图 通路中的基因靶点 表 黄芩中主要活性成分分子对接结合能 编号名称活性成分分子式结合能（）汉黄芩谷甾醇黄芩素豆甾醇 千层纸素图 黄芩素与核心靶点分子对接模式 讨 论 是一种自发性的心血管疾病，类似于“雪崩”的发生，的诱因常常呈隐匿性，血管壁病变常累积到一定阈值后突然引发疾病，且具有较高的发病率和死亡率单一药物成分无法有效控制疾病的变化，中药具有多靶点、多成分的特点，能够在疾病进展的不同阶段进行干预治疗，这可能为治疗 提供新思路近年来，大量研究表明，黄芩的主要成分可能在治疗和预防心血管疾病中起着至关重要的作用本研究中从 个候选活性成分中筛选出黄芩治疗 排名较靠前的主要活性成分，包含汉黄芩和黄芩素等成分，其中汉黄芩具有一定的抗氧化特性，可通过靶向 途径调控其下游抗氧化基因 和 的表达，从而减轻氧化应激引起的心脏肥大黄芩素通过 和 信号通路减轻疾病诱导的氧化应激和炎症反应，从而缓解 等在体内体外研究中发现，黄芩素具有抑制平滑肌血管钙化的潜在作用以上研究均支持本次网络预测的结果，然而还有很多活性成分尚未得到进一步的实验证实，尤其在 中的作用机制还有待于进一步探索本研究基于 数据库中 数据集进行基因数据挖掘，筛选出黄芩治疗 的 个靶基因并进行 和 富集分析其中，是 核心网络中节度值最高的靶基因，而 在信号通路基因富集结果中占比最高 可在 氨基丙腈（）诱导的 大鼠模型中表达上调，并通过增强 的表达，加速血管壁细胞外基质降解，从而促进 的形成 为一种丝裂原活化蛋白激酶主要编码，是 中 家族的主要亚型，是诱导腹主动脉瘤（）形成的上游调节因子，（）的缺失可以抑制 诱导的 的形成 分析结果得出，靶基因主要涉及细胞增北华大学学报（自然科学版）第 卷殖调控过程、转录调节和抗氧化活性调节等富集结果中，、和 样受体信号通路与 作用于 关系最为密切白细胞介素（）是一种促炎细胞因子，等的实验表明，通路与人主动脉瘤具有直接相关性，是 介导血管炎症主要效应轴肿瘤坏死因子（）是免疫反应中的中枢调节因子之一，主要参与疾病的促炎反应，信号通路与 信号通路都为血管壁破坏后主要的炎症反应通路 是一种肿瘤抑制因子，在细胞增殖、凋亡、细胞周期调控和 损伤修复中具有重要的调控作用 等研究表明，可参与调节 连环蛋白和 途径的活性，通过靶向 抑制 的发展 转录因子家族包括、和，可以与靶基因的启动子结合调控维持细胞稳态的主要过程，如氧化应激调节、细胞增殖等 等研究表明，蛋白是酪氨酸激酶（）信号传导的反馈调节剂，其中 和 蛋白可以通过 心肌素信号轴参与调节人 分化表型与该通路相关研究还提出，菠萝蛋白酶（）为一种从菠萝茎中提取的蛋白水解酶，其主要可通过 途径降低心肌梗死的严重程度并对缺血再灌注损伤的心脏起到保护作用核苷酸结合寡聚化结构域 样受体（）是哺乳