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社区获得性肺炎(community-acquired pneumo-nia,CAP)是指在院外由于多种微生物引起的肺实质的急性感染,临床表现为发热、咳嗽、咯痰、气短、胸闷或胸痛等症状为主[1-2]。2019年全球疾病负担研究(GBD)的数据显示,包括肺炎和细支气管炎在内的下呼吸道感染影响了全球4.89亿人[3]。全球估计每年约有320万人死亡,超过了包括结核病、艾滋病毒感染和疟疾在内的所有其他感染,使其成为全球传染病死亡的主要原因。其中小于5岁的儿童及大于70岁的成年人是受影响最大的人群[4]。
近年来,有大量的临床研究、实验观察以及医学报道表明,中西医联合治疗CAP取得了较好的疗效。在使用抗菌药物的基础上,加用中药能够缩短病程,尽量减少细菌耐药性的发生。同时中药在治疗过程中有着多靶点、多环节的作用机制。金芪清疏颗粒(备案号:沪药制备字Z20200011001),是我院呼吸科专家在长期临床治疗肺脾气虚证呼吸道疾病基础上所得出的经验效方,总结临床及新冠疫情期间相关治疗经验,完善药剂学研究,最终转换为院内制剂金芪清疏颗粒,其在治疗肺脾气虚证呼吸道疾病上有着显著效果。它由金银花、黄芪、黄芩、柴胡、太子参、茯苓、白术、佩兰、防风、甘草十味药组成,是在经典名方玉屏风散配合四君子汤为基础加减化裁而成,具有益气清疏,健脾补肺固表,培土生金之效。新冠疫情期间,作为第四批国家中医医疗队(上海)出征武汉雷神山医院,以及上海新冠疫情期间的新冠应急药剂,针对性地开展治疗使用,有效缓解了新冠肺炎恢复期患者“正虚邪恋、肺脾气虚”的症状,因其确切的疗效而获得患者广泛好评。现代药理学研究表明[5-15],方中所用诸药具有广泛抗炎、调节氧化应激、解热、抗菌、调节免疫等多种功效。但由于中药成分治疗靶点的复杂性,目前有关金芪清疏颗粒治疗CAP的具体机制尚不明确。本研究通过网络药理学的方法初步探究其作用机制,拟为后续实验研究提供理论基础。
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根据筛选得到金银花23个,黄芪21个,黄芩36个,柴胡17个,太子参8个,茯苓15个,白术7个,佩兰11个,防风18个,甘草92个活性成分,删去重复值及没有作用靶点的成分,共得到金芪清疏颗粒活性成分209个,通过Swiss Target Predic-tion数据库预测相应作用靶点,删去重复值共得到1041个作用靶点。通过Cytoscape3.10.0软件将活性成分-靶点进行可视化,得到“活性成分-靶点”相互作用网络。该网络共有1291个节点,16408条边,见图1。通过软件分析得出Degree值,Degree值越高,作用关系越密切,重要性越大,按Degree值排序,得出top 9的成份为:Quercetin、Kaempferol、Luteolin、Isorhamnetin、Mandenol、Jaranol、Wogonin、Acacetin、Sitosterol,见表1。
表 1 金芪清疏颗粒TOP9活性成分表
化合物 分子结构 度值 中介中心性 接近中心性 OB(%) DL(%) 中药名称 ID(成分代号) Quercetin(槲皮素) 420 0.00350184 0.37422037 46.43 0.28 金银花、黄芪、
太子参、甘草B Kaempferol(山柰酚) 420 0.00343999 0.37422037 41.88 0.24 金银花、黄芪、
柴胡、甘草D Luteolin(木犀草素) 315 0.00386583 0.37377633 31.16 0.25 金银花、太子参、佩兰 A Isorhamnetin(异鼠李素) 315 0.0031137 0.37377633 49.60 0.31 黄芪、柴胡、甘草 L Mandenol(亚麻油酸乙酯) 230 0.02557745 0.37223043 42.00 0.19 金银花、防风 F Jaranol(华良姜素) 210 0.00361453 0.3735547 50.83 0.29 黄芪、甘草 J Wogonin(汉黄芩素) 210 0.00350745 0.37399822 30.68 0.23 黄芩、防风 O Acacetin(金合欢素) 210 0.00355992 0.37311223 34.97 0.24 黄芩、太子参 R Sitosterol(谷甾醇) 180 0.00218402 0.35502959 36.91 0.75 黄芩、防风、佩兰、甘草 P -
以“Community acquired pneumonia”为检索词分别从OMIM、DisGeNET、GeneCards(评分>3.6)、TTD四个数据库得到645个、73个、1566个、3个疾病靶点,删去重复值后共得到2149个CAP相关靶点。
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将1041个金芪清疏颗粒活性成分作用靶点与2149个CAP相关靶点进行映射,得到312个共同靶点,绘制VEEN图,见图2。这些靶点被认为是金芪清疏颗粒治疗CAP的潜在靶点。
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将312个作用靶点导入STRING,构建PPI网络。利用Centiscape2.2插件分析,得到该网络中介性unDir:302.778,接近中心性unDir:0.002,度值unDir:45.910,取大于这三个条件筛选出该网络关键靶点64个,利用Cytoscape3.10.0进行可视化分析(图3),结果得到TOP10靶点为:GAPDH、AKT1、MAPK3、TP53、EGFR、VEGFA、ALB、TNF、SRC、JUN,见表2。
表 2 PPI 网络TOP10 靶点表
名称 度值 中介中心性 接近中心性 GAPDH 61 0.0185 0.9692 AKT1 61 0.0195 0.9692 MAPK3 59 0.0167 0.9402 TP53 58 0.0146 0.9265 EGFR 58 0.0149 0.9265 VEGFA 58 0.0145 0.9265 ALB 57 0.0168 0.9130 TNF 57 0.0133 0.9130 SRC 57 0.0127 0.9130 JUN 56 0.0101 0.9000 -
通过David数据库对64个核心靶点进行GO富集分析及KEGG分析。用Bioinformatics[21]制作富集气泡图。结果显示,共有571个生物过程、68个细胞组分、199个分子功能显示富集。据P<0.01进行筛选后排序,选择前20的结果。GO富集分析主要涉及在正向调节RNA聚合酶II启动子转录,凋亡过程的负调控,信号转导,蛋白磷酸化等生物过程,见图4A;细胞质,细胞核,大分子复合物等细胞组分,见图4B;蛋白质结合,酶结合,蛋白质丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸激酶活性,转录因子结合等分子功能,见图4C。
KEGG共富集到165条信号通路,选择与CAP密切相关的前20条,见图5。主要是PI3K/Akt信号通路、MAPK信号通路、趋化因子信号通路、TNF信号通路及细胞凋亡信号通路等。
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将“2.4”项中筛选得到部分核心靶点(GAPDH、AKT1、MAPK3、EGFR、TNF、SRC、JUN)与“2.1”项中筛选得到的部分核心成分(Quercetin、Kaempferol、Luteolin)进行分子对接。一般认为结合能<0表明配体分子可以与受体分子自发结合,结合能<−5 kcal/mol则表示具有较好的结合能力,分子对接显示所有核心活性成分与关键靶点对接的结合能均<−5 kcal/mol,见表3。可视化分析结果见图6。
表 3 部分核心成分与核心靶点分子对接结果
受体蛋白 PDB入口 配位基 亲和力(kcal/mol) GAPDH 8P5F 槲皮素 −7.36 山柰酚 −6.97 木犀草素 −7.39 AKT1 7NH5 槲皮素 −7.57 山柰酚 −7.76 木犀草素 −7.52 MAPK3 4QTB 槲皮素 −7.02 山柰酚 −6.54 木犀草素 −7.0 EGFR 8A2A 槲皮素 −8.26 山柰酚 −8.7 木犀草素 −7.66 TNF 5UUI 槲皮素 −6.44 山柰酚 −6.31 木犀草素 −6.53 SRC 7NG7 槲皮素 −6.8 山柰酚 −7.18 木犀草素 −6.85 JUN 5T01 槲皮素 −6.31 山柰酚 −6.28 木犀草素 −6.35
Study on the potential mechanism of JQQSG for the treatment of CAP based on network pharmacology and molecular docking
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摘要:
目的 采用网络药理学方法及分子对接技术探究金芪清疏颗粒(JQQSG)治疗社区获得性肺炎(CAP)的可能作用机制。 方法 利用TCMSP数据库和SwissTargetPrediction数据库获取和筛选JQQSG的活性成分及作用靶点,通过GeneCards、OMIM、TTD、DisGeNET数据库检索CAP预测靶点,两者靶点映射后,导入STRING数据库构建PPI网络筛选关键靶点,利用DAVID数据库进行GO和KEGG通路富集分析,并通过AutoDock Tools软件进行分子对接。 结果 筛选后得到金芪清疏颗粒209个活性成分,1041个作用靶点;与CAP共同作用靶点312个,经PPI网络筛选后,得到64个核心靶点。GO富集分析共571个生物过程、68个细胞组分、199个分子功能,KEGG通路富集分析共165条通路。主要涉及蛋白作用,细胞凋亡,MAPK信号通路等。分子对接提示核心靶点与核心成分均具有较好结合能力。 结论 金芪清疏颗粒治疗CAP的作用机制可能与其调控Akt、MAPK信号通路、改善氧化应激等作用途径,发挥抗炎、抗氧化作用有关,为后续进一步深入研究其具体作用机制奠定基础。 Abstract:Objective To investigate the possible mechanism of action of Jinqi Qingshu granules(JQQSG)in the treatment of community-acquired pneumonia(CAP)using network pharmacology and molecular docking technology. Methods The TCMSP database and SwissTargetPrediction database were used to obtain and screen the active ingredients and targets of JQQSG, and GeneCards, OMIM, TTD, and DisGeNET databases were used to search for the predicted targets of CAP, and the two targets were mapped and then imported into STRING database to construct a PPI network to screen the key targets, and then analyzed the GO and KEGG pathway enrichment by using the DAVID database, and carried out molecular docking by using the AutoDock Tools software. Results 209 active ingredients and 1041 targets of JQQSG were obtained after screening; 312 targets were co-activated with CAP, and 64 core targets were obtained after PPI network screening. 571 biological processes, 68 cellular components, and 199 molecular functions were analyzed by GO enrichment, and 165 KEGG pathways were analyzed by KEGG pathway enrichment. Mainly involved in protein action, apoptosis and MAPK signaling pathway. Molecular docking suggests that the core target and the core components all have good binding ability. Conclusion The mechanism of action of JQQSG in the treatment of CAP may be related to its regulation of Akt、MAPK signaling pathway, improvement of oxidative stress, and other pathways to exert anti-inflammatory and antioxidant effects, which lays the foundation for further in-depth study of its specific mechanism of action. -
Key words:
- JQQSG /
- community-acquired pneumonia /
- network pharmacology /
- inflammatory reaction /
- oxidative stress
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表 1 金芪清疏颗粒TOP9活性成分表
化合物 分子结构 度值 中介中心性 接近中心性 OB(%) DL(%) 中药名称 ID(成分代号) Quercetin(槲皮素) 420 0.00350184 0.37422037 46.43 0.28 金银花、黄芪、
太子参、甘草B Kaempferol(山柰酚) 420 0.00343999 0.37422037 41.88 0.24 金银花、黄芪、
柴胡、甘草D Luteolin(木犀草素) 315 0.00386583 0.37377633 31.16 0.25 金银花、太子参、佩兰 A Isorhamnetin(异鼠李素) 315 0.0031137 0.37377633 49.60 0.31 黄芪、柴胡、甘草 L Mandenol(亚麻油酸乙酯) 230 0.02557745 0.37223043 42.00 0.19 金银花、防风 F Jaranol(华良姜素) 210 0.00361453 0.3735547 50.83 0.29 黄芪、甘草 J Wogonin(汉黄芩素) 210 0.00350745 0.37399822 30.68 0.23 黄芩、防风 O Acacetin(金合欢素) 210 0.00355992 0.37311223 34.97 0.24 黄芩、太子参 R Sitosterol(谷甾醇) 180 0.00218402 0.35502959 36.91 0.75 黄芩、防风、佩兰、甘草 P 表 2 PPI 网络TOP10 靶点表
名称 度值 中介中心性 接近中心性 GAPDH 61 0.0185 0.9692 AKT1 61 0.0195 0.9692 MAPK3 59 0.0167 0.9402 TP53 58 0.0146 0.9265 EGFR 58 0.0149 0.9265 VEGFA 58 0.0145 0.9265 ALB 57 0.0168 0.9130 TNF 57 0.0133 0.9130 SRC 57 0.0127 0.9130 JUN 56 0.0101 0.9000 表 3 部分核心成分与核心靶点分子对接结果
受体蛋白 PDB入口 配位基 亲和力(kcal/mol) GAPDH 8P5F 槲皮素 −7.36 山柰酚 −6.97 木犀草素 −7.39 AKT1 7NH5 槲皮素 −7.57 山柰酚 −7.76 木犀草素 −7.52 MAPK3 4QTB 槲皮素 −7.02 山柰酚 −6.54 木犀草素 −7.0 EGFR 8A2A 槲皮素 −8.26 山柰酚 −8.7 木犀草素 −7.66 TNF 5UUI 槲皮素 −6.44 山柰酚 −6.31 木犀草素 −6.53 SRC 7NG7 槲皮素 −6.8 山柰酚 −7.18 木犀草素 −6.85 JUN 5T01 槲皮素 −6.31 山柰酚 −6.28 木犀草素 −6.35 -
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