目的:通过网络药理学的研究方法和分子对接技术探索射干–麻黄药对支气管炎的作用机制。方法:使用中药系统药理数据分析平台(TCMSP)检索射干和麻黄的活性成分。使用Gene Cards数据库筛选支气管炎疾病作用靶点,应用STRING数据库和Cytoscape构建射干和麻黄与支气管炎的作用靶点网络和蛋白互作网络(PPI)以寻找关键作用靶点。使用Autodock Vina对射干–麻黄的核心成分与关键作用靶点进行分子对接验证。运用DAVID (v6.8)数据库对关键作用靶点进行基因本体(GO)和基因组数据库(KEGG)通路富集分析。结果:射干–麻黄药对的主要活性成分为槲皮素,木犀草素、山奈酚,柚皮素和异鼠李素,作用于支气管炎的关键靶点是TNF、IL-6、IL-1B、MAPK1和VEGFA。分子对接验证结果显示核心成分能与关键作用靶点充分结合而发挥作用,候选靶点主要富集TNF信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体信号通路。射干–麻黄药对可降低支气管肺炎大鼠血中免疫蛋白IgA、IgM、IgG以及免疫因子IL-1、IL-6和TNF-a的含量。结论:射干–麻黄药对主要的活性成分为槲皮素,木犀草素、山奈酚,柚皮素和异鼠李素,它调控TNF信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体等信号通路降低免疫因子来发挥治疗支气管炎的作用。 Objective: To explore the molecular mechanism of Belamcandae Rhizoma and Ephedrae Herba cou-plet medicines (BREHCM) on bronchitis based on molecular docking technology and network pharmacology. Methods: The active components were searched using the traditional Chinese Medi-cine Systems Pharmacology Database Analysis Platform (TCMSP). Gene Cards database was used to screen bronchitis disease targets. The STRING database and Cytoscape were applied to construct the couplet medicines with bronchitis action target network and protein interaction network (PPI). Molecular docking validation of the core components with key targets was performed using Auto-dock Vina. David (v6.8) was used to perform target Gene Ontology (GO) and KEGG pathway analysis. Results: The main active components of BREHCM are quercetin, luteolin, kaempferol, naringin and isorhamnetin. The key targets for bronchitis are TNF, IL-6, IL-1B, mapk1 and VEGFA. The results of molecular docking verification show that the core components can fully combine with the key tar-gets and play a role. Candidate targets mainly enrich TNF signaling pathway, HIF-1 signaling path-way, FoxO signaling pathway and nod like receptor signaling pathway. BREHCM can reduce the contents of immune proteins IgA, IgM, IgG and immune factors IL-1, IL-6 and TNF-a in the blood of rats with bronchopneumonia. Conclusion: The core active ingredients of BREHCM are quercetin, lu-teolin, kaempferol, naringenin, and isorhamnetin, which may regulate TNF signaling pathway, HIF-1 signaling pathway, FoxO signaling pathway, and NOD-like receptor signaling pathway to exert therapeutic effects on bronchitis.
目的:通过网络药理学的研究方法和分子对接技术探索射干–麻黄药对支气管炎的作用机制。方法:使用中药系统药理数据分析平台(TCMSP)检索射干和麻黄的活性成分。使用Gene Cards数据库筛选支气管炎疾病作用靶点,应用STRING数据库和Cytoscape构建射干和麻黄与支气管炎的作用靶点网络和蛋白互作网络(PPI)以寻找关键作用靶点。使用Autodock Vina对射干–麻黄的核心成分与关键作用靶点进行分子对接验证。运用DAVID (v6.8)数据库对关键作用靶点进行基因本体(GO)和基因组数据库(KEGG)通路富集分析。结果:射干–麻黄药对的主要活性成分为槲皮素,木犀草素、山奈酚,柚皮素和异鼠李素,作用于支气管炎的关键靶点是TNF、IL-6、IL-1B、MAPK1和VEGFA。分子对接验证结果显示核心成分能与关键作用靶点充分结合而发挥作用,候选靶点主要富集TNF信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体信号通路。射干–麻黄药对可降低支气管肺炎大鼠血中免疫蛋白IgA、IgM、IgG以及免疫因子IL-1、IL-6和TNF-a的含量。结论:射干–麻黄药对主要的活性成分为槲皮素,木犀草素、山奈酚,柚皮素和异鼠李素,它调控TNF信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体等信号通路降低免疫因子来发挥治疗支气管炎的作用。
射干,麻黄,支气管炎,网络药理学,分子对接
Ruiyang Chen1, Yifan Di1, Yu Pan1, Xiaorui Guo1, Jing Zhang2, Mingyuan Xu2,3*, Zhonghua Tang1
1Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang
2Heilongjiang Academy of Forestry, Harbin Heilongjiang
3Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin Heilongjiang
Received: Dec. 9th, 2021; accepted: Jan. 17th, 2022; published: Feb. 28th, 2022
Objective: To explore the molecular mechanism of Belamcandae Rhizoma and Ephedrae Herba couplet medicines (BREHCM) on bronchitis based on molecular docking technology and network pharmacology. Methods: The active components were searched using the traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database Analysis Platform (TCMSP). Gene Cards database was used to screen bronchitis disease targets. The STRING database and Cytoscape were applied to construct the couplet medicines with bronchitis action target network and protein interaction network (PPI). Molecular docking validation of the core components with key targets was performed using Autodock Vina. David (v6.8) was used to perform target Gene Ontology (GO) and KEGG pathway analysis. Results: The main active components of BREHCM are quercetin, luteolin, kaempferol, naringin and isorhamnetin. The key targets for bronchitis are TNF, IL-6, IL-1B, mapk1 and VEGFA. The results of molecular docking verification show that the core components can fully combine with the key targets and play a role. Candidate targets mainly enrich TNF signaling pathway, HIF-1 signaling pathway, FoxO signaling pathway and nod like receptor signaling pathway. BREHCM can reduce the contents of immune proteins IgA, IgM, IgG and immune factors IL-1, IL-6 and TNF-a in the blood of rats with bronchopneumonia. Conclusion: The core active ingredients of BREHCM are quercetin, luteolin, kaempferol, naringenin, and isorhamnetin, which may regulate TNF signaling pathway, HIF-1 signaling pathway, FoxO signaling pathway, and NOD-like receptor signaling pathway to exert therapeutic effects on bronchitis.
Keywords:Belamcandae Rhizoma, Ephedrae Herba, Bronchitis, Network Pharmacology, Molecular Docking
Copyright © 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc.
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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
支气管炎是指气管,支气管由于病毒或细菌感染,物理或化学性刺激或过敏的因素的引发的支气管黏膜及其周围组织的慢性或急性非特异性炎症,常见于寒冷季节或气候变化时,也可由急性上呼吸道感染蔓延开来。临床表现为咽喉咳嗽、咳痰不适等症状 [
射干(Belamcandae Rhizoma)和麻黄(Ephedrae Herba) (以下英文缩写为BR-EH)是射干麻黄汤的君药,该方出自《金匮要略》卷上,具有宣肺祛痰、降气止咳的功效。主治寒痰郁肺结喉证。症见咳嗽,气喘,喉间痰鸣似水鸡声,或胸中似水鸣音,或吐痰涎,苔白腻,脉弦紧或沉紧 [
因此,为探讨中药配伍的现代理论依据,本研究利用网络药理学的研究思路和方法,对射干–麻黄药对的活性成分,治疗支气管炎的潜在靶点,分子功能及调节的代谢途径进行系统的研究,并使用分子对接技术对其活性成分及治疗支气管炎的潜在靶点进行对接验证。寻找射干–麻黄药对治疗支气管炎的活性成分,探索该药对治疗支气管炎的分子机制,为进一步的动物实验研究提供理论依据。
射干–麻黄药对中的化合物是从中药系统药理学 [
通过STITCH (http://stitch.embl.de/)和Swiss Target Prediction [
从括GeneCards v4.14 (https://www.genecards.org/)数据库中收集支气管炎的疾病靶点 [
将“2.1.2”中得到的射干–麻黄药对作用靶点(图1)与“2.1.3”中得到的支气管炎疾病靶点(图2)在Venny 2.1 (http://www.liuxiaoyuyuan.cn/)中合并,找到二者交集即为射干–麻黄药对治疗支气管炎的作用靶点。
将“2.1.4”中获得的作用靶点输入到STRING数据库,物种限于“智人”得到作用靶点的PPI网络数据。将从STRING数据库导出的数据文件导入Cytoscape软件进行建立射干–麻黄药对作用于支气管炎的可视化PPI网络。使用Cytoscape软件中的“CytoNCA”的插件筛选射干–麻黄药对作用于支气管炎的核心靶点。
在RCSB PDB数据库(http://www.rcsb.org/)中导出“1.5”中筛选的前5位核心靶点的 PBD格式分子结构文件,物种选择“Homo sapiens”;在TCMSP数据库中(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)导出“1.2”中筛选的射干–麻黄药对前五位核心成分的mol2格式分子结构文件。采用Autodock Tool对上述核心靶点与核心活性成分进行预处理后使用Autodock Vina [
使用DAVID v6.8 [
1) 动物及SPF级SD大鼠雄性,体质量180~22 g,50只,购自黑龙江中医药大学实验动物中心,合格证编号:SCXK (黑) 2015-005,动物的饲养和使用均符合中国《实验动物管理条例》。
2) 药物射干和麻黄按所用试验用量购自黑龙江中医药大学附属第一医院中药饮片药房,给药前经相同方法使用蒸馏水煎煮并浓缩为浸膏,射干、麻黄药对溶液的制备方法参考文献 [
3) 实验动物模型制备采用烟熏联合气管内注射LPS的方法复制支气管炎(CB)大鼠模型 [
4) 动物分组及给药将模型组造模成功大鼠随机分为模型对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组,共计4组,每组10只。大鼠给药剂量按人与大鼠之间体表面积折算,低剂量组按4.55g/kg,中剂量组9.10 g/kg,高剂量组按18.20 g/kg给予泻白散,正常组和模型对照组灌胃生理盐水,1次/d,连续给药21 d。
5) 免疫球蛋白及细胞因子末次给药后24 h,腹主动脉取血,静置离心,分离血清,−20℃保存备用。严格按照试剂盒说明书采用ELISA法测定试验大鼠血清中免疫球蛋白IgA、IgG、IgM 和细胞因子IL-1、IL-6、TNF-α的含量。
6) 数据统计及处理试验数据采用平均值 ± 标准差(mean ± SD)表示。采用SPSS25.0统计分析软件进行差异显著性分析,P < 0.05为差异显著,P < 0.01差异极显著。
从TCMSP数据库中共收集了419个化合物:其中,射干56个,麻黄363个。经过OB ≥ 30%,DL ≥ 0.18和HL ≥ 4的ADME筛选后,从射干中筛选出15个潜在活性成分,从麻黄中筛选出17个潜在活性成分,去除了2种重复化合物后,共筛选出30个射干–麻黄药对的潜在活性成分(表1)。
通过STITCH和Swiss Target Prediction数据库预测出射干的334个潜在靶点和射干的154个潜在靶点。去重后共得到射干–麻黄药对25个活性成分作用的343个潜在靶点。利用Cytoscape软件建立了具有368个节点和822个边缘的射干–麻黄药对活性成分–靶点可视网络(图1)。通过中心度的筛选,槲皮素(quercetin),木犀草素(luteolin),山奈酚(kaempferol),异鼠李素(isorhamnetin)和柚皮素(naringenin)是中心度前5位的核心成分(表2)。
编号 | Mol ID | Molecule Name | MW | OB (%) | DL | HL | 靶点数 | 药材归属 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | MOL002823 | Herbacetin | 302.25 | 36.07 | 0.27 | 14.8 | 12 | 麻黄 |
2 | MOL000422 | kaempferol | 286.25 | 41.88 | 0.24 | 14.74 | 91 | 麻黄 |
3 | MOL000098 | quercetin | 302.25 | 46.43 | 0.28 | 14.4 | 216 | 麻黄 |
4 | MOL000006 | luteolin | 286.25 | 36.16 | 0.25 | 15.94 | 93 | 麻黄,射干 |
5 | MOL000358 | beta-sitosterol | 414.79 | 36.91 | 0.75 | 5.36 | 48 | 麻黄 |
6 | MOL000449 | Stigmasterol | 412.77 | 43.83 | 0.76 | 5.57 | 41 | 麻黄,射干 |
7 | MOL001494 | Mandenol | 308.56 | 42 | 0.19 | 5.39 | 5 | 麻黄 |
8 | MOL001755 | 24-Ethylcholest-4-en-3-one | 412.77 | 36.08 | 0.76 | 5.49 | 3 | 麻黄 |
9 | MOL001771 | poriferast-5-en-3beta-ol | 414.79 | 36.91 | 0.75 | 5.07 | 6 | 麻黄 |
10 | MOL002881 | Diosmetin | 300.28 | 31.14 | 0.27 | 16.34 | 14 | 麻黄 |
11 | MOL004328 | naringenin | 272.27 | 59.29 | 0.21 | 16.98 | 49 | 麻黄 |
12 | MOL004576 | taxifolin | 304.27 | 57.84 | 0.27 | 14.41 | 14 | 麻黄 |
13 | MOL005043 | campest-5-en-3beta-ol | 400.76 | 37.58 | 0.71 | 4.43 | 9 | 麻黄 |
14 | MOL005190 | eriodictyol | 288.27 | 71.79 | 0.24 | 15.81 | 17 | 麻黄 |
15 | MOL005573 | Genkwanin | 284.28 | 37.13 | 0.24 | 16.1 | 18 | 麻黄 |
16 | MOL005842 | Pectolinarigenin | 314.31 | 41.17 | 0.3 | 16.56 | 14 | 麻黄 |
17 | MOL011319 | Truflex OBP | 334.5 | 43.74 | 0.24 | 4.9 | 7 | 麻黄 |
18 | MOL002322 | isovitexin | 432.41 | 31.29 | 0.72 | 16.45 | 7 | 射干 |
19 | MOL001735 | Dinatin | 300.28 | 30.97 | 0.27 | 16.44 | 21 | 射干 |
20 | MOL000351 | Rhamnazin | 330.31 | 47.14 | 0.34 | 13.54 | 24 | 射干 |
21 | MOL000354 | isorhamnetin | 316.28 | 49.6 | 0.31 | 14.34 | 49 | 射干 |
22 | MOL003741 | anhydrobelachinal | 468.74 | 43.57 | 0.78 | 4.83 | 0 | 射干 |
23 | MOL003743 | belachinal | 486.76 | 31.24 | 0.64 | 5.3 | 0 | 射干 |
24 | MOL003744 | belamcandal | 528.8 | 30.07 | 0.67 | 4.84 | 0 | 射干 |
25 | MOL003753 | dihydrokaempferide | 302.3 | 50.56 | 0.27 | 14.74 | 8 | 射干 |
26 | MOL003754 | epianhydrobelachinal | 468.74 | 43.57 | 0.78 | 5 | 0 | 射干 |
27 | MOL003758 | Iristectorigenin (9CI) | 330.31 | 71.55 | 0.34 | 16.32 | 21 | 射干 |
28 | MOL003759 | Iristectorigenin A | 330.31 | 63.36 | 0.34 | 16.82 | 22 | 射干 |
29 | MOL003769 | Irolone | 298.26 | 46.87 | 0.36 | 19.59 | 13 | 射干 |
30 | MOL003773 | Mangiferolic acid | 442.75 | 36.16 | 0.84 | 5.71 | 0 | 射干 |
表1. 射干–麻黄药对活性成分信息
图1. 射干–麻黄药对的成分–靶点作用网络。黄色为麻黄活性成分,浅绿色为射干活性成分,红色为两药共有成分;深绿色为作用靶点
化合物 | Degree | Average ShortestPathLength | Betweenness Centrality | Closeness Centrality | Radiality |
---|---|---|---|---|---|
quercetin | 216 | 1.7738 | 0.6274 | 0.5637 | 0.9964 |
luteolin | 93 | 2.4550 | 0.1573 | 0.4073 | 0.9933 |
kaempferol | 91 | 2.4387 | 0.1417 | 0.4101 | 0.9933 |
isorhamnetin | 49 | 2.6894 | 0.0602 | 0.3718 | 0.9922 |
naringenin | 49 | 2.7003 | 0.1204 | 0.3703 | 0.9921 |
beta-sitosterol | 48 | 2.6730 | 0.1090 | 0.3741 | 0.9923 |
Stigmasterol | 41 | 2.7112 | 0.0820 | 0.3688 | 0.9921 |
表2. 射干–麻黄药对的核心活性成分
在GeneCards搜索得到支气管炎的1127个潜在作用靶点,选择靶点评分大于中位数的427靶点作为支气管炎的主要作用靶点。将靶点上传到STRING数据库获取了靶点的PPI网络,并用Cytoscape软件建立了具有353个节点和4969条边的支气管炎作用靶点可视化网络(图2)。
图2. 支气管炎疾病靶点网络
将在“3.2”中得到的麻黄–射干的343个作用靶点与“3.3”中得到的427个作用靶点输入到Venny 2.1共得到70交集靶点为射干–麻黄治疗支气管炎的潜在作用靶点(图3,表3)。在STRING数据库获得了70个共同靶点的PPI网络数据,将上述数据导入到Cytoscape软件中建立了由67个节点和522个边缘组成的PPI网络(图4(a))。选择5个中心度最高的靶点作为射干–麻黄作用于支气管炎的核心靶点,包括肿瘤坏死因子(TNF)、白介素6 (IL-6)、白介素1B (IL-1B)、促分裂原激活蛋白激酶1 (MAPK1)和血管内皮生长因子A (VEGFA) (图4(b))。
图3. 射干–麻黄药对治疗支气管肺炎的作用靶点的筛选
基因 | 蛋白名称 | Uniprot ID |
---|---|---|
ALOX5 | Polyunsaturated fatty acid 5-lipoxygenase | P09917 |
CD40LG | CD40 ligand | P29965 |
EGFR | Epidermal growth factor receptor | P00533 |
GSTP1 | Glutathione S-transferase P | P09211 |
ICAM1 | Intercellular adhesion molecule 1 | P05362 |
IFNG | Interferon gamma | P01579 |
IL10 | Interleukin-10 | P22301 |
IL2 | Interleukin-2 | P60568 |
IL4 | Interleukin-4 | P05112 |
IL6 | Interleukin-6 | P05231 |
MAPK1 | Mitogen-activated protein kinase 1 | P28482 |
MDM2 | E3 ubiquitin-protein ligase Mdm2 | Q00987 |
MMP1 | Interstitial collagenase | P03956 |
MMP12 | Macrophage metalloelastase | P39900 |
MMP9 | Matrix metalloproteinase-9 | P14780 |
PARP1 | Poly [ADP-ribose] polymerase 1 | P09874 |
TP53 | Cellular tumor antigen p53 | P04637 |
ADRB2 | Beta-2 adrenergic receptor | P07550 |
ALOX15 | Polyunsaturated fatty acid lipoxygenase ALOX15 | P16050 |
CCL2 | C-C motif chemokine 2 | P13500 |
CDKN2A | Cyclin-dependent kinase inhibitor 2A | P42771 |
CHEK2 | Serine/threonine-protein kinase Chk2 | O96017 |
CRP | C-reactive protein [Cleaved into: C-reactive protein | P02741 |
CXCL10 | C-X-C motif chemokine 10 | P02778 |
CXCL8 | Interleukin-8 | P10145 |
CXCR1 | C-X-C chemokine receptor type 1 | P25024 |
E2F1 | Transcription factor E2F1 | Q01094 |
EGF | Pro-epidermal growth factor | P01133 |
F2 | Prothrombin | P00734 |
GSTM1 | Glutathione S-transferase Mu 1 | P09488 |
HIF1A | Hypoxia-inducible factor 1-alpha | Q16665 |
IGF1R | Insulin-like growth factor 1 receptor | P08069 |
IL1A | Interleukin-1 alpha | P01583 |
IL1B | Interleukin-1 beta | P01584 |
MMP13 | Collagenase 3 | P45452 |
MMP3 | Stromelysin-1 | P08254 |
MPO | Myeloperoxidase | P05164 |
MYC | Myc proto-oncogene protein | P01106 |
ODC1 | Ornithine decarboxylase | P11926 |
PIK3R1 | Phosphatidylinositol 3-kinase regulatory subunit alpha | P27986 |
PTEN | Phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate 3-phosphatase and dual-specificity protein phosphatase | P60484 |
SELE | E-selectin | P16581 |
SOD1 | Superoxide dismutase [Cu-Zn] | P00441 |
SRC | Proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src | P12931 |
STAT1 | Signal transducer and activator of transcription 1-alpha/beta | P42224 |
TGFB1 | Transforming growth factor beta-1 proprotein | P01137 |
THBD | Thrombomodulin | P07204 |
CHEK1 | Serine/threonine-protein kinase Chk1 | O14757 |
HSP90AA1 | Heat shock protein HSP 90-alpha | P07900 |
MAPK14 | Mitogen-activated protein kinase 14 | Q16539 |
NOS2 | Nitric oxide synthase, inducible | P35228 |
PTGS1 | Prostaglandin G/H synthase 1 | P23219 |
PTGS2 | Prostaglandin G/H synthase 2 | P35354 |
XDH | Xanthine dehydrogenase/oxidase | P47989 |
CYP1A1 | Cytochrome P450 1A1 | P04798 |
HMOX1 | Heme oxygenase 1 | P09601 |
MAPK8 | Mitogen-activated protein kinase 8 | P45983 |
NOS3 | Nitric oxide synthase, endothelial | P29474 |
PRKCD | Protein kinase C delta type | Q05655 |
CHRM3 | Muscarinic acetylcholine receptor M3 | P20309 |
SLC6A4 | Sodium-dependent serotonin transporter | P31645 |
SLPI | Antileukoproteinase | P03973 |
LTA4H | Leukotriene A-4 hydrolase | P09960 |
VEGFA | Vascular endothelial growth factor A | P15692 |
TNF | Tumor necrosis factor | P01375 |
CAT | Catalase | P04040 |
GSR | Glutathione reductase, mitochondrial | P00390 |
HMGCR | 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase | P04035 |
MAPK3 | Mitogen-activated protein kinase 3 | P27361 |
DUSP1 | Dual specificity protein phosphatase 1 | P28562 |
表3. 射干–麻黄药对治疗支气管炎的潜在作用靶点
图4. 作用靶点的PPI网络分析。(a) 作用靶点的PPI网络图;(b) 连接度前10位的核心作用靶点。通过拓扑分析,节点的大小和颜色深浅与中心度成正比
为了验证射干–麻黄药对的核心成分是否可以作用于支气管炎核心靶点,将“3.2”中得到的射干–麻黄药对的核心活性成分前五名的quercetin、luteolin、kaempferol、isorhamnetin和naringenin与“3.5”中得到的核心靶点前5名的TNF (PDB ID:5UUI)、IL-6 (PDB ID:ALU1)、IL-1B (PDB ID:2NVH)、MAPK1 (PDB ID:2Y9Q)和VEGFA (PDB ID:4KZN)进行分子对接结合的验证,以结合能(affinity)的数值对分子对接的结果进行打分,结合能的数值能够显示分子间的结合能力与相互作用的大小。一般认为,结合能小于0 kcal /mol。表明受体蛋白与配体成分间可以进行自发的结合,结合能 < −1.2 kcal /mol表明有较好的结合能力。分子对接结果显示,5个配体成分与5个受体蛋白靶点均能较好结合,最低结合能见表4。最高结合的活性成分与靶点的结合方式见图5。
关键活性化合物分子 | 与对应靶蛋白的分子对接结合能/kcal*moL | ||||
---|---|---|---|---|---|
TNF | IL-6 | IL-1B | MAPK1 | VEGFA | |
quercetin | −5.8 | −7.0 | −6.1 | −9.1 | −5.5 |
luteolin | −5.8 | −6.6 | −6.4 | −8.9 | −5.6 |
kaempferol | −5.8 | −6.9 | −5.9 | −9.1 | −5.2 |
isorhamnetin | −5.9 | −6.9 | −6.1 | −9.2 | −5.4 |
naringenin | −5.3 | −5.9 | −5.7 | −8.0 | −5.3 |
表4. 主要活性成分与相关关键蛋白分子对接验证结果
图5. 主要活性成分与关键蛋白分子对接模式展示。(a) TNF和isorhamnetin;(b) IL-6和quercetin;(c) IL-1B和luteolin;(d) MAPK1和isorhamnetin
GO功能富集分析富集到201个生物过程(BP),17个细胞组成(CC)和30个分子功能(MF) (P < 0.01)。其中,关键的BP包括细胞凋亡过程的负调控、细胞对脂多糖的反应、药物反应、基因表达的正调控、RNA聚合酶II启动子转录的正调控、炎症反应、脂多糖介导的信号通路、ERK1和ERK2级联阳性调节、超氧阴离子产生的正调控和细胞对缺氧的反应等。影响的CC包括细胞外隙、胞外区、小窝、细胞质和质膜的外侧。影响的MF主要有酶结合、细胞因子活性、血红素结合、蛋白质同源二聚化活性、蛋白结合、生长因子活性、相同的靶蛋白结合、NADP结合、MAP激酶活性和蛋白磷酸酶结合等(图6)。基于富集基因的数量以及P < 0.01共富集到KEGG代表性途径89条(图5(b)),去除与肿瘤相关的通路后富集到的主要通路有TNF信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路、NOD样受体信号通路等信号通路;美洲锥虫病(美洲锥虫病)利什曼病、疟疾、乙型肝炎、类风湿性关节炎、甲型流感、百日咳、弓形虫病、炎症性肠病等疾病通路(图7)。
图6. GO功能分析。粉色:关键靶点调控的生物过程;绿色:关键靶点调控的细胞组成;蓝色:关键靶点调控的分子功能
结果见图8。与正常对照组相比,模型对照组大鼠血清中IgA、IgG、IgM、IL-1、IL-6及TNF-a水平均显著升高(P < 0.01)。与模型对照组相比,低剂量组IgG、IgM和IL-1显著下降,中剂量和高剂量用药组大鼠所有检测指标均显著降低(P < 0.01),其中,高剂量组所有监测指标与正常对照组无显著性差异(P > 0.05)。
射干麻黄汤出自东汉时期张仲景所著《伤寒杂病论》,是治疗支气管炎的经典方剂,本文抽取其中作为君药的射干–麻黄为研究对象,初步探究其治疗该病的作用机制。射干与麻黄的共有成分木犀草素可通过影响PPARγ、IL-4表达水平和IFN-γ的表达水平和p38MAPK、一氧化氮合酶/一氧化氮等信号通路而发挥抑制气道炎症的作用 [
图7. KEGG代谢通路富集分析结果。图形颜色由绿变红显示代谢途径的显著性“−log10Pvalue”由小至大;图形大小表示所富集到的基因数量
图8. 射干–麻黄药对支气管炎大鼠模型免疫球蛋白和细胞因子水平的影响。注:与正常对照组相比,#P < 0.05,##P < 0.01;与模型对照组相比,*P < 0.05,**P < 0.01
登革热病毒及脑炎病毒有抑制作用,这与它能刺激NF-kappa B信号通路,增加白细胞介素1-β、肿瘤坏死因子的表达下调白介素6有关 [
据KEGG通路富集结果显示,射干–麻黄通过调节肿瘤坏死因子(TNF)信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体等信号通路来治疗支气管炎。TNF信号通路中TNF-a与TNFR2结合可激活NF-kB信号通路,产生炎症介质,增加炎症因子对呼吸道的侵袭,造成气道过敏反应。因此,调节该通路可有效治疗由过敏介质引起的支气管炎 [
本研究结果显示肿瘤坏死因子(TNF)、白介素6 (IL-6)、白介素1B (IL-1B)、促分裂原激活蛋白激酶1 (MAPK1)和血管内皮生长因子A (VEGFA)是射干–麻黄治疗支气管炎的核心靶点,分子对接结果也显示射干–麻黄得核心成分与上述靶点结合度较高。本研究通过建立支气管炎大鼠模型验证了射干麻黄药对对免疫因子IgA、IgG和IgM以及细胞因子IL-1、IL-6和TNF-a的影响,研究结果表明射干–麻黄药对对上述免疫及细胞因子有显著的下调作用,这进一步验证了网络药理学的研究结果。肿瘤坏死因子-α (TNF-α)是一种涉及到系统性炎症的细胞因子,主要由巨噬细胞分泌,主要作用是调节免疫细胞的功能,拥有强大的抗病毒效果 [
综上所述,射干–麻黄药对的潜在核心活性成分是槲皮素,木犀草素、山奈酚,柚皮素和异鼠李素,这些活性成分通过调节细胞因子的表达,作用于肿瘤坏死因子(TNF)信号通路、HIF-1信号通路、FoxO信号通路和NOD样受体等信号通路,可起到抗感染、抗过敏和调节免疫的作用,使射干–麻黄汤具有治疗支气管炎的作用,动物实验的研究结果验证了上述结论。本研究该药对治疗支气管炎的分子机制研究提供基础,为该射干麻黄汤的进一步开发和利用提供理论依据。
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2572020DY04);国家科技基础资源调查计划(2019FY100500);黑龙江省博士后基金项目(LBH-Z20091);东北林业大学大学生创新训练项目(S202010225011)。
陈锐扬,邸逸凡,潘 宇,郭晓瑞,张 晶,徐明远,唐中华. 基于网络药理学和实验验证研究射干–麻黄对支气管炎的免疫调节作用Study on Immunomodulatory Effect of Belamcandae Rhizoma and Ephedrae Herba on Bronchitis Based on Network Pharmacology and Experimental Verification[J]. 药物化学, 2022, 10(01): 53-69. https://doi.org/10.12677/HJMCe.2022.101007