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清开灵是由《温病条辨》安宫牛黄丸加减化裁而来,由珍珠母、栀子、水牛角、板蓝根、金银花五味中药以及胆酸、猪去氧胆酸、黄芩苷3种活性成分组成。具有清热解毒、镇静安神的功效,临床上常用于病毒性感冒、上呼吸道感染、急性扁桃体炎等疾病。现代研究表明,清开灵具有良好的抗病毒作用,对流感病毒H1N1、H5N1和H7N9以及2型登革热病毒等均有一定的抑制作用[1-2]。冠状病毒感染引起的肺炎是由病毒感染引起,与流感的起因及症状极其相似[3],因此,清开灵也有一定的干预冠状病毒的作用。网络药理学是近年来整合系统生物学和药理学的一门新兴学科,通过大量的生物学信息,对已有的分子生物学数据进行系统全面的分析,从蛋白、分子、基因层面揭示机体与疾病的相互作用机制,可以为多靶点药物的开发和机制研究提供依据;分子对接是通过受体的特征以及受体和药物分子之间的相互作用方式来进行药物设计的方法,通过结合能的大小判定受体与药物分子结合的能力。本文旨在通过网络药理学与分子对接技术探讨清开灵干预病毒性感冒的物质基础与作用机制,以期为今后清开灵用于临床预防和治疗病毒性感冒提供理论依据。
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通过TCMSP数据库检索到板蓝根活性成分169个,金银花活性成分236个,栀子活性成分98个,通过TCMID数据库检索到珍珠母活性成分9个,水牛角活性成分6个。根据OB≥30%与DL≥0.18筛选出板蓝根活性成分39个,金银花活性成分23个,栀子活性成分15个,其中MOL000098(槲皮素)、MOL000422(山奈酚)、MOL001194(亚油酸乙酯)和MOL003095(甘露醇)为栀子与金银花的共有成分,MOL000358(β-谷甾醇)和MOL000449(豆甾醇)为栀子、金银花和板蓝根的共有成分(图1中绿色节点表示活性成分,红色节点表示药物,橙色圈内节点为药物共有成分)。通过TCMSP数据库获取上述中药活性成分以及黄芩苷、黄芩素、胆酸、去氧胆酸的靶点,通过PubChem BioActivity AnalysisService 获取猪去氧胆酸以及猪胆酸的靶点,除去重复靶点,共获得靶点225个。
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从GeneCard 数据库中获得病毒性感冒靶点2 506个。
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将“2.1”中的225个清开灵活性成分靶点与“2.2”中的2 506个病毒性感冒靶点输入Venny2.1软件,绘制韦恩图,两者进行交集后获得疾病-药物成分共同靶点100个,见图2。采用Cytoscape软件构建的活性成分-靶点网络,该网络共包含147个节点(47个化合物节点,100个靶点节点)和315条边,其中,红色节点表示化合物,绿色节点表示药物靶点,连接化合物与靶点的边表示它们之间有作用关系,见图3。表1列出了化合物-靶点网络中的关键节点、类别及其度值。活性成分度值排名前5位的是槲皮素、木犀草素、山奈酚、β-胡萝卜素和黄芩素,这5种化合物的节点数分别是71、31、23、18和15。靶点度值排名前5位的是前列腺素过氧化物合酶2(PTGS2)、前列腺素过氧化物合酶1(PTGS1)、丝氨酸蛋白酶1(PRSS1)、一氧化氮合酶(NOS2)和雌激素受体1(ESR1),分别能与44、31、15、14和13个化合物发生相互作用,体现了中药多成分、多靶点的特性。
表 1 化合物-靶点网络的关键节点及其度值
名称 类别 度值 槲皮素 活性成分 71 PTGS2 靶点 44 木犀草素 活性成分 31 PTGS1 靶点 31 山奈酚 活性成分 23 β-胡萝卜素 活性成分 18 黄芩素 活性成分 15 PRSS1 靶点 15 NOS2 靶点 14 栀子素 活性成分 14 β-谷甾醇 活性成分 13 ESR1 靶点 13 金合欢素 活性成分 12 ADRB2 靶点 10 MAPK14 靶点 8 CHRM1 靶点 8 -
应用 STRING 软件构建PPI网络(图4),在此网络图中包含88个节点,718条边,同时得到网络中关键靶点的频次 (图5)。根据“度值>均值”筛选出关键节点34个,包括:JUN、RELA、MAPK1、IL6、AKT1、MAPK14、CXCL8、APP、IL1B、MAPK8、VEGFA、FOS、EGFR、IL-4、ESR1、IL2、PRKCA、PRKCB、CASP8、CCL2、MYC、NFKBIA、CASP3、CTNNB1、IFNG、IL-10、CXCL2、RB1、ARG1、CHUK、CXCL10、MMP9、NOS2、STAT1。度值最高的是JUN,度值为29;其次为RELA,度值为27;MAPK14度值为25,IL-6度值为23。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清开灵治疗 病毒性感冒的关键靶点。
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GO富集条目(图6)生物过程主要包括:脂多糖反应、 氧化应激反应、金属离子反应、细胞脂多糖反应,分子功能包括:细胞因子受体结合、细胞因子活性、血红素结合、 磷酸酶结合,其在膜筏、膜微区、膜区、囊腔等处富集。KEGG富集信号通路(图7)主要包括:卡波济肉瘤相关疱疹病毒感染、乙型肝炎、人巨细胞病毒感染、流体剪切应力与动脉粥样硬化、糖尿病并发症的AGE-RAGE信号通路等。其中,卡波济肉瘤相关疱疹病毒感染的靶点主要包括IL-6、STAT1、p38、CASP8、Bax、CASP3、CASP9、CyrC、IKK、RB、E2F、ICAM1、Raf、ERK、AKT、IKBa、NFKB、JNK、AP-1、IL-8、COX2、VEGF和Myc;乙型肝炎的靶点主要包括:STAT1、JNK、p38、AP-1、ERK、IKK、IKB、NF-KB、PKC、Raf、STAT、IL-8、PCNA、MMP-9、Bax、Bcl2、CASP9、CASP3、Akt、SAPK、pRb和E2F(图8、图9)。
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一般认为配体与受体结合的稳态构象能量越低,产生的效应越强。笔者对清开灵中的胆酸、猪去氧胆酸合黄芩苷进行分子对接,对接模式见图10,其中,蓝紫色部分代表蛋白质,红黄色部分代表活性成分。胆酸、猪去氧胆酸合黄芩苷与RELA和JUN对接的结合能见表2。其中,HQG表示黄芩苷,ZQYDS表示猪去氧胆酸,DS表示胆酸。
表 2 清开灵核心成分与RELA和JUN的结合能
化合物名称 化学式 相对分子质量 CAS号 结合能(kcal/mol) RELA JUN 胆酸 C24H40O5 408.57 81-25-4 –2.92 –4.12 猪去氧胆酸 C24H40O4 392.58 83-49-8 –2.69 –4.17 黄芩苷 C21H18O11 446.37 21967-41-9 –1.18 –2.62
Mechanism of Qingkailing on influenza based on network pharmacology and molecular docking
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摘要:
目的 探索清开灵干预病毒性感冒的潜在作用机制,为其临床用药提供理论指导。 方法 通过TCMSP、TCMID和Pubchem数据库获得清开灵的活性成分及作用靶点;通过GeneCards数据库获取病毒性感冒的相关靶点,并采用交集法筛选出与清开灵活性成分作用的共同靶点,运用Cytoscape构建“活性成分-靶点”网络,并通过String数据库构建PPI网络;通过Bioconductor数据库进行KEGG通路和GO功能富集分析,运用R软件将结果进行可视化;采用Auto Dock Tools进行分子对接研究。 结果 从清开灵中共筛选出潜在活性成分90个,对应靶点225个;PPI网络分析获得清开灵干预病毒性感冒的关键作用靶点34个;GO及KEGG富集分析得出:清开灵干预病毒性感冒的作用机制主要与抗炎、抗病毒有关;分子对接结果显示:清开灵中胆酸、猪去氧胆酸、黄芩苷与RELA和JUN具有一定的亲合力。 结论 清开灵含有的活性成分可作用于JUN、RELA、MAPK1、IL-6、AKT1等靶点,调节多条信号通路,从而发挥对病毒性感冒的干预作用。 Abstract:Objective To explore the potential mechanism of Qingkailing (QKL) on influenza, and to provide a theoretical basis for the clinical application of QKL. Methods TCMSP, TCMID, and PubChem databases were used to search for the active ingredients and action targets of QKL. GeneCards database was used to search for the targets of influenza. The intersection method was used to obtain the targets related to the therapeutic effects of QKL. Cytoscape software was applied for the construction of active compounds-targets network map. Protein-protein interaction network was constructed by STRING database. Gene ontology functional enrichment analysis and KEGG pathway enrichment analysis were conducted by Bioconductor database and R software. Auto Dock Tools were used for molecular docking. Results Total 90 potential active components were identified from QKL with the corresponding 225 targets. PPI network analysis showed that there were 34 key targets intervening influenza by QKL. GO and KEGG showed that the mechanism of QKL intervention on influenza was related to anti-inflammatory and antiviral. The results of molecular docking showed that cholic acid, hyodeoxycholic acid and baicalin had affinity with RELA and JUN. Conclusion The active ingredients of QKL target on JUN, RELA, MAPK1, IL6 and AKT1 to regulate multiple signal pathways, and play an intervention role in influenza. -
Key words:
- Qingkailing /
- network pharmacology /
- molecular docking /
- antivirus
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表 1 化合物-靶点网络的关键节点及其度值
名称 类别 度值 槲皮素 活性成分 71 PTGS2 靶点 44 木犀草素 活性成分 31 PTGS1 靶点 31 山奈酚 活性成分 23 β-胡萝卜素 活性成分 18 黄芩素 活性成分 15 PRSS1 靶点 15 NOS2 靶点 14 栀子素 活性成分 14 β-谷甾醇 活性成分 13 ESR1 靶点 13 金合欢素 活性成分 12 ADRB2 靶点 10 MAPK14 靶点 8 CHRM1 靶点 8 表 2 清开灵核心成分与RELA和JUN的结合能
化合物名称 化学式 相对分子质量 CAS号 结合能(kcal/mol) RELA JUN 胆酸 C24H40O5 408.57 81-25-4 –2.92 –4.12 猪去氧胆酸 C24H40O4 392.58 83-49-8 –2.69 –4.17 黄芩苷 C21H18O11 446.37 21967-41-9 –1.18 –2.62 -
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