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2019年12月,湖北省武汉市爆发新型冠状病毒肺炎(简称“新冠肺炎”,coronavirus disease 2019,COVID-19),由于新型冠状病毒(SARS-CoV-2)传染力强、传播范围广,我国将新冠肺炎定义为急性呼吸道传染病并按甲类传染病进行管理。有效的管控措施使得目前国内疫情得到了一定控制,但中、重症患者的治疗情势依然严峻复杂[1-2]。
金振口服液由羚羊角、平贝母、大黄、黄芩、牛黄、青礞石、生石膏、甘草八味中药构成,具有清热解毒,祛痰止咳的功效,主要用于急性支气管炎符合痰热咳嗽者,表现为发热、咳嗽、咳吐黄痰;现代药理学研究表明,金振口服液中含有芦荟大黄素、大黄酚、黄芩素等成分[3-4]。目前,金振口服液已经成为援助一线的重要物资[5]。此外,在第四期中国新冠疫情防控经验国际分享交流会上,钟南山院士指出金振口服液具有较好的体外抗病毒与抗炎活性,其TC50值为29.44 mg/ml,EC50值为5.85 mg/ml,SI值为5.03。本文旨在通过对金振口服液进行网络药理学分析,以期明确其物质基础及可能的作用机制,为抗疫贡献一份力量。
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通过TCMSP检索到平贝母、大黄、黄芩、牛黄、甘草中化合物共580种:其中46个来自平贝母,92个来自大黄,143个来自黄芩,19个来自牛黄,280个来自甘草。以OB≥30%且DL≥0.18筛选出化合物158种:其中9个来自平贝母,16个来自大黄,36个来自黄芩,5个来自牛黄,92个来自甘草。入血成分144种:7个来自平贝母,10个来自大黄,32个来自黄芩,5个来自牛黄,90个来自甘草。其中,β-谷甾醇为平贝母、黄芩、甘草的共有成分。部分化合物见表1。
表 1 金振口服液部分活性成分
化合物编号 化合物名称 口服生物利用度 类药性 MOL008839 脱氧胆酸甲酯 34.63 0.73 MOL008845 脱氧胆酸 40.72 0.68 MOL008846 ZINC01280365 46.38 0.49 MOL000953 CLR 37.87 0.68 MOL001004 天竺葵素 37.99 0.21 MOL010176 堇青碱 36.81 0.71 MOL010193 七环碱 69.46 0.43 MOL010197 去氢贝母碱 52.43 0.67 MOL004440 贝母辛碱 57.40 0.81 MOL009593 去氢浙贝母碱 60.07 0.67 MOL002235 泽兰黄醇素 50.80 0.41 MOL002259 葡萄糖苷 41.65 0.63 MOL002268 大黄酸 47.07 0.28 MOL002280 Torachrysone-8-O-beta-D-(6'-oxayl)-glucoside 43.02 0.74 MOL002281 决明内酯 46.46 0.24 MOL002288 大黄素-1-O-β-D-葡萄糖苷 44.81 0.80 MOL002297 胡萝卜甙 35.89 0.70 MOL000358 β-谷甾醇 36.91 0.75 MOL000471 芦荟大黄素 83.38 0.24 MOL000096 (-)-儿茶素 49.68 0.24 MOL001689 金合欢素 34.97 0.24 MOL000173 汉黄芩素 30.68 0.23 MOL000228 (2R)-7-羟基-5-甲氧基-2-苯基铬-4-酮 55.23 0.20 MOL002714 黄芩素 33.52 0.21 MOL002909 5,7,2,5-四羟基-8,6-二甲氧基黄酮 33.82 0.45 MOL002910 红花素 41.15 0.24 MOL002913 二氢黄芩苷 40.04 0.21 MOL002914 枇杷内酯(黄烷酮) 41.35 0.24 MOL002915 丹参素 49.07 0.33 MOL002917 5,2',6'-三羟基-7,8-二甲氧基黄酮 45.05 0.33 MOL002925 5,7,2',6'-四羟基黄酮 37.01 0.24 MOL002927 黄芩黄酮II 69.51 0.44 MOL002928 千层纸黄素A 41.37 0.23 MOL002932 二甲氧基黄酮 76.26 0.29 MOL002933 5,7,4'-三羟基-8-甲氧基黄酮 36.56 0.27 MOL002937 二氢木蝴蝶素 66.06 0.23 MOL000525 去甲汉黄芩素 39.40 0.21 MOL000552 5,2'-二羟基-6,7,8-三甲氧基黄酮 31.71 0.35 MOL000073 表儿茶素 48.96 0.24 -
采用Cytoscape3.6.1软件构建的化合物-靶点网络包含140个化合物节点、47个靶点节点和483条边,用紫色节点表示甘草中的化合物,深绿色节点表示黄芩中的化合物,橙色节点表示大黄中的化合物,红色节点表示平贝母中的化合物,黄色节点表示共有化合物,浅绿色节点表示靶点(图1)。依据网络拓扑学性质可知,有较多节点的化合物或药物靶点在整个网络中可能起到关键作用,因此,本研究筛选节点度较大的节点进行分析。表2列出了化合物-靶点网络中的关键节点及其拓扑学性质。排名前5位的化合物分别为槲皮素(quercetin)、汉黄芩素(wogonin)、山奈酚(kaempferol)、柚皮素(naringrnin)、甘草查尔酮A(licochalcone a)。分别能与38个、13个、13个、11个、9个靶点蛋白发生作用。从靶点的角度看,度值排名前5位的是前列腺素过氧化物合酶2(PTGS2)、一氧化氮合酶(NOS2)、过氧化物酶体增生激活受体γ(PPARG)、前列腺素过氧化物合酶1(PTGS1)、丝裂原活化蛋白激酶14(MAPK14),分别能与114个、84个、72个、70个和50个化合物发生相互作用,体现了中药多靶点的特性。
表 2 化合物-靶点网络的关键节点及其拓扑学性质
名称 类别 度值 PTGS2 gene 114 NOS2 gene 76 PPARG gene 71 PTGS1 gene 57 MAPK14 gene 50 quercetin mol 38 wogonin mol 13 kaempferol mol 13 naringenin mol 11 BCL2 gene 10 CASP3 gene 10 licochalcone a mol 9 -
应用STRING软件构建PPI网络(图2),在此网络图中包含49个节点,1 186条边,同时得到网络中关键靶点的频次(图3)。根据“度值>均值”筛选出关键节点26个,包括:MAPK3、MAPK8、IL6、CASP3、IL10、MAPK1、CXCL8、CCL2、IL1B、PTGS2、IFNG、IL4、FOS、ICAM1、IL2、MAPK14、EGFR、RELA、CASP8、CAT、STAT1、BCL2L1、HMOX1、NOS2、PPARG、CXCL10。度值最高的是MAPK3和MAPK8,度值为40;其次为IL-6,度值为39;CASP3度值为38。度值大的靶点提示在网络调控中起着关键作用,度值大的靶点很可能是金振口服液治疗NCP的关键靶点。
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GO生物过程条目(图4)主要包括:对脂多糖的反应(response to lipopolysaccharide)、细胞内脂多糖反应(cellular response to lipopolysaccharide)、氧化应激反应(response to oxidative stress)、对机械刺激的反应(response to mechanical stimulus)以及外源性凋亡信号通路(extrinsic apoptotic signaling pathway)等;分子功能包括:细胞因子受体结合(cytokine receptor binding)、细胞因子活性(cytokine activity)、受体-配体活性(receptor ligand activity)、趋化因子受体结合(chemokine receptor binding)以及趋化因子活性(chemokine activity);并且参与了膜筏(membrane raft)、膜微区(membrane microdomain)、膜区(membrane region)结构的组成。KEGG富集信号通路(图5,图6)主要包括:AGE-RAGE信号通路(AGE-RAGE signaling pathway in diabetic)、IL-17信号通路(IL-17 signaling pathway)、甲型流感信号通路(Influenza A)、TNF信号通路(TNF signaling pathway)、南美锥虫病信号通路(Chagas disease)等。
Mechanism of Jinzhen oral liquid in treatment of coronavirus disease 2019 based on network pharmacology
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摘要:
目的 探讨金振口服液治疗新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的分子靶点及可能机制。 方法 利用中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)筛选金振口服液潜在的入血活性成分与靶点。通过GeneCard数据库检索COVID-19相关的靶点。利用String构建公共靶点的蛋白互作网络。利用Bioconductor数据库进行GO与KEGG富集分析。 结果 根据口服生物利用度和药物相似性筛选出141种有效成分。从GeneCard数据库中获得350个与COVID-19直接相关的靶基因,从组分靶点与疾病靶点PPI网络的交叉点获得47个基因。这些基因主要参与细胞内脂多糖反应、氧化应激反应等生物学过程。分子功能主要与细胞因子受体结合、细胞因子活性、受体配体活性等有关。活性物质主要作用于IL-17信号通路、TNF信号通路、甲型流感等信号通路。 结论 金振口服液中的化合物可能通过抗病毒、抗炎对新冠病毒导致的感染、炎症以及肺损伤疾病具有潜在的治疗作用。 Abstract:Objective To explore the molecular targets and related potential pathways of Jinzhen oral liquid in the treatment of coronavirus disease 2019 (COVID-19). Methods The potential blood-entry active ingredients and targets of Jinzhen oral liquid were retrieved by Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP). COVID-19 related gene targets were retrieved through GeneCard. Protein-protein interaction network of common targets was constructed by String. Gene Ontology, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analysis of the intersection network were conducted by Bioconductor Database. Results 141 active ingredients were screened according to oral bioavailability and drug similarity. 350 target genes directly related to COVID-19 were obtained from the GeneCard. 47 genes were obtained from the intersection of component-target and disease-target. These genes were mainly involved in response to lipopolysaccharide, oxidative stress and other biological processes. Molecular functions were mainly related to cytokine receptor binding, cytokine activity, receptor ligand activity, etc. The active ingredients were related to IL-17 signaling pathway, TNF and Influenza A signaling pathway, etc. Conclusion The possible active compounds of Jinzhen oral liquid could be anti-viral and anti-inflammatory that could have potential therapeutic effect against virus infection, lung injury and inflammation caused by SARS-CoV-2. -
Key words:
- Jinzhen oral liquid /
- COVID-19 /
- network pharmacology
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表 1 金振口服液部分活性成分
化合物编号 化合物名称 口服生物利用度 类药性 MOL008839 脱氧胆酸甲酯 34.63 0.73 MOL008845 脱氧胆酸 40.72 0.68 MOL008846 ZINC01280365 46.38 0.49 MOL000953 CLR 37.87 0.68 MOL001004 天竺葵素 37.99 0.21 MOL010176 堇青碱 36.81 0.71 MOL010193 七环碱 69.46 0.43 MOL010197 去氢贝母碱 52.43 0.67 MOL004440 贝母辛碱 57.40 0.81 MOL009593 去氢浙贝母碱 60.07 0.67 MOL002235 泽兰黄醇素 50.80 0.41 MOL002259 葡萄糖苷 41.65 0.63 MOL002268 大黄酸 47.07 0.28 MOL002280 Torachrysone-8-O-beta-D-(6'-oxayl)-glucoside 43.02 0.74 MOL002281 决明内酯 46.46 0.24 MOL002288 大黄素-1-O-β-D-葡萄糖苷 44.81 0.80 MOL002297 胡萝卜甙 35.89 0.70 MOL000358 β-谷甾醇 36.91 0.75 MOL000471 芦荟大黄素 83.38 0.24 MOL000096 (-)-儿茶素 49.68 0.24 MOL001689 金合欢素 34.97 0.24 MOL000173 汉黄芩素 30.68 0.23 MOL000228 (2R)-7-羟基-5-甲氧基-2-苯基铬-4-酮 55.23 0.20 MOL002714 黄芩素 33.52 0.21 MOL002909 5,7,2,5-四羟基-8,6-二甲氧基黄酮 33.82 0.45 MOL002910 红花素 41.15 0.24 MOL002913 二氢黄芩苷 40.04 0.21 MOL002914 枇杷内酯(黄烷酮) 41.35 0.24 MOL002915 丹参素 49.07 0.33 MOL002917 5,2',6'-三羟基-7,8-二甲氧基黄酮 45.05 0.33 MOL002925 5,7,2',6'-四羟基黄酮 37.01 0.24 MOL002927 黄芩黄酮II 69.51 0.44 MOL002928 千层纸黄素A 41.37 0.23 MOL002932 二甲氧基黄酮 76.26 0.29 MOL002933 5,7,4'-三羟基-8-甲氧基黄酮 36.56 0.27 MOL002937 二氢木蝴蝶素 66.06 0.23 MOL000525 去甲汉黄芩素 39.40 0.21 MOL000552 5,2'-二羟基-6,7,8-三甲氧基黄酮 31.71 0.35 MOL000073 表儿茶素 48.96 0.24 表 2 化合物-靶点网络的关键节点及其拓扑学性质
名称 类别 度值 PTGS2 gene 114 NOS2 gene 76 PPARG gene 71 PTGS1 gene 57 MAPK14 gene 50 quercetin mol 38 wogonin mol 13 kaempferol mol 13 naringenin mol 11 BCL2 gene 10 CASP3 gene 10 licochalcone a mol 9 -
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