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基于生物信息学技术探讨补骨脂致肝损伤的作用机制

余丹 迟骁玮

王晓丹, 马骁龙, 董文星. 乌司他丁对感染性休克患者炎症反应、血流动力学、PaO2/FiO2及预后的影响[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(6): 576-579. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202206091
引用本文: 余丹, 迟骁玮. 基于生物信息学技术探讨补骨脂致肝损伤的作用机制[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(3): 254-258. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054
WANG Xiaodan, MA Xiaolong, DONG Wenxing. Effects of Ulinastatin on inflammatory response, hemodynamics, PaO2/FiO2 and prognosis in patients with septic shock[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(6): 576-579. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202206091
Citation: YU Dan, CHI Xiaowei. Mechanism of Psoralea corylifolia Linn on liver injury based on bioinformatics[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(3): 254-258. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054

基于生物信息学技术探讨补骨脂致肝损伤的作用机制

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054
基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(20130096120012)
详细信息
    作者简介:

    余 丹,硕士,研究方向:药代动力学研究,Email: yud@njucm.edu.cn

    通讯作者: 迟骁玮,博士,研究方向:生化药学研究,Email: ccxxww86@163.com
  • 中图分类号: R285

Mechanism of Psoralea corylifolia Linn on liver injury based on bioinformatics

  • 摘要:   目的  基于生物信息学技术建立补骨脂成分-靶点-信号通路-肝损伤网络,探讨补骨脂导致肝损伤的作用机制。  方法  通过TCMIP数据库收集补骨脂成分以及肝损伤有关的靶点,依据反向药效团匹配方法预测补骨脂成分的作用靶点;采用Cytoscape 构建补骨脂成分-靶点网络,对补骨脂作用靶点构建网络模型进行GO与KEGG富集分析。  结果  补骨脂中有22个成分作用于31个肝损伤靶点蛋白,血清白蛋白(ALB)、谷胱甘肽S-转移酶P(GSTP1)、运甲状腺素蛋白(TTR)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)可能是关键节点蛋白。KEGG分析遴选出化学物致癌、AMPK、PPAR信号、P450代谢和谷胱甘肽等信号通路。  结论  补骨脂可能是作用于ALB、GSTP1、TTR与PPARG等靶点并调控五类信号通路导致肝损伤。
  • 感染性休克是由感染和脓毒症逐渐发展所致宿主反应失调以及多器官功能障碍,因此又称脓毒性休克,常见于长期慢性病或大型手术之后,基本病理生理改变为感染引起全身性炎症反应,并造成血管内皮细胞损伤和通透性改变,进而引起微循环障碍,导致各器官组织水肿和损伤,因此感染性休克在常规抗感染、补充血容量及保护脏器功能等治疗基础上还需积极改善微循环,维持血流动力学稳定[1-2]。文献报道显示乌司他丁用于感染性休克治疗在抗炎、免疫调节以及重要脏器保护方面均具有积极作用,可明显改善复苏质量和预后[3]。本文主要研究乌司他丁对感染性休克患者炎症反应、血流动力学参数、PaO2/FiO2和预后的影响,旨在进一步探讨其药理作用及相关机制,为推广其在感染性休克治疗中的应用提供参考依据。

    选取2017年1月至2019年12月我院感染性休克患者临床资料127例进行回顾性分析,根据治疗中是否应用乌司他丁分为观察组和常规组,观察组73例,男性38例、女性35例,年龄47~68岁,平均(58.13±7.94)岁,体质量指数(BMI)19.7~30.4 kg/m2,平均(25.31±2.87) kg/m2,其中重症肺炎23例、急性腹膜炎16例、急性胰腺炎15例、胆道感染9例、其他10例;常规组54例,男性29例、女性25例,年龄43~67岁,平均(56.92±8.36)岁,BMI 20.3~29.8 kg/m2,平均(25.06±2.74) kg/m2,其中重症肺炎18例、急性腹膜炎14例、急性胰腺炎9例、胆道感染7例、其他6例;两组临床基本资料差异均无统计学意义(P>0.05)。纳入标准:①符合美国胸科医师协会(ACCP)/欧洲危重病医学会(SCCM)联合制定的诊断标准 ;②年龄≤70岁;③临床相关资料保存完整;④患者及家属知晓本研究并签署同意书。排除标准:①入院时已发生脏器功能障碍或衰竭者;②伴其他致死性疾病或严重创伤;③伴精神疾病或神经系统病变;④伴免疫功能障碍或此前1月内应用激素或免疫调节治疗者;⑤未遵医嘱完成治疗或随访。

    两组入院后均按感染性休克相关指南[4]常规进行抗感染和抗休克治疗,包括补液、给氧及营养管理等对症支持治疗,并应用血管活性药物改善血管功能和微循环障碍,同时密切监测和保护重要脏器功能;观察组在此基础上加用乌司他丁注射液(国药准字H19990134,10万U,广东天普生化医药股份有限公司)+0.9%生理盐水100 ml静脉滴注10万U/次,2次/d,连续用药7 d。

    ①炎症因子:采集两组患者治疗前和治疗7 d时外周静脉血3 ml,采用ELISA法(试剂盒购自上海晶美生物技术有限公司)检测白介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平;采用电化学发光法检测降钙素原(PCT)水平,所有操作均严格按照说明书要求完成。②血流动力学参数:左锁骨下静脉和股动脉置管并连接PiCCO监护仪,监测两组患者治疗期间平均动脉压(MAP)、心脏指数(CI)、血管外肺水指数(EVLWI)及外周血管阻力指数(SVRI)等指标变化情况。③组织灌注水平:分别于两组治疗前和治疗7 d时行动脉血气分析监测动脉血氧分压(PaO2)、二氧化碳分压(PaCO2)并计算氧合指数(PaO2/FiO2)。④患者恢复情况:比较两组治疗7 d时APACHE-Ⅱ评分变化,并观察两组机械通气时间、ICU住院时间以及器官功能障碍综合征(MODS)和死亡发生率。

    数据分析采用SPSS19.0软件,计数资料以率(%)表示,采用χ2检验或Fisher精确概率法,计量资料以($\bar x$±s)表示,两组间比较采用独立样本t检验,两组治疗前后比较行重复测量方差分析,有统计学意义者采用SNK-q检验进行两两比较,以P<0.05为差异有统计学意义。

    治疗7 d时,两组IL-6、TNF-α及PCT水平均明显降低(P<0.05),且观察组IL-6、TNF-α及PCT水平低于常规组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1

    表  1  两组治疗前后感染标志物变化
    组别例数(nIL-6(ng/L)TNF-α(μg/L)PCT(μg/L)
    治疗前治疗7 d治疗前治疗7 d治疗前治疗7 d
    观察组73213.76±40.92143.58±26.45*6.02±1.282.16±0.47*3.94±0.821.25±0.31*
    常规组54209.53±41.27164.05±29.145.89±1.242.73±0.514.06±0.791.68±0.42
    t0.5333.8290.5326.0440.7696.152
    P0.595<0.0010.596<0.0010.444<0.001
    *P<0.05,与同组治疗前比较。
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    治疗12 h、24 h和72 h时,两组MAP和CI明显升高(P<0.05),EVLWI和SVRI明显降低(P<0.05),且同一时间观察组MAP高于常规组,EVLWI低于常规组,差异均有统计学意义(P<0.05),见表2

    表  2  两组治疗前后血流动力学参数变化
    组别时间MAP(mmHg)CI
    [L/(min·m2)]
    EVLWI(ml/kg)SVRI
    (kPa·s/m3)
    观察组治疗前58.72±10.943.84±0.7110.63±1.292491.85±387.46
    治疗12 h70.38±9.65*▲4.32±0.56*8.15±1.07*▲2014.39±362.71*
    治疗24 h83.29±8.53*#▲4.68±0.49*#7.24±0.86*#▲1746.50±329.08*#
    治疗72 h92.16±7.82*#△▲4.93±0.54*#△6.32±0.73*#△▲1502.63±312.79*#△
    常规组治疗前59.34±10.683.75±0.6710.48±1.342513.42±385.94
    治疗12 h65.47±10.93*4.19±0.60*8.56±1.09*2030.78±364.56*
    治疗24 h76.15±9.52*#4.53±0.58*#7.82±0.91*#1754.35±326.81*#
    治疗72 h84.36±9.08*#△4.85±0.52*#△6.74±0.78*#△1523.86±314.07*#△
    统计值F组间/P组间2.791/0.0261.028/0.3723.829/<0.0010.914/0.423
    F组内/P组内106.354/85.143/<0.00176.451/<0.00182.065/<0.001
    F交互/P交互8.462/<0.0012.396/0.1074.236/<0.0012.137/0.149
    *P<0.05,与同组治疗前比较;#P<0.05,与同组治疗12 h比较;P<0.05,与同组治疗24 h比较;P<0.05,与常规组比较。
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    治疗12、24、72 h时,两组PaO2/FiO2明显升高(P<0.05),且同一时间观察组PaO2/FiO2高于常规组,差异有统计学意义(P<0.05),见表3

    表  3  两组治疗期间PaO2/FiO2变化情况
    组别例数(n治疗前治疗12 h治疗24 h治疗72 h
    观察组7371.98±6.4579.53±5.26*▲87.45±5.08*#▲92.64±4.13*#△▲
    常规组5472.36±6.2976.04±5.82*83.92±5.37*#89.21±4.75*#△
    t0.3083.2763.5054.024
    P0.7590.002<0.001<0.001
    F组间/P组间=2.584/0.039;F组内/P组内=21.462/<0.001;F交互/P交互=3.029/0.005;*P<0.05,与同组治疗前比较;#P<0.05,与同组治疗12 h比较;P<0.05,与同组治疗24 h比较;P<0.05,与常规组比较。
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    治疗7 d时,两组APACHE-Ⅱ评分明显降低(P<0.05),且观察组APACHE-Ⅱ评分、机械通气时间及ICU住院时间均低于常规组,差异有统计学意义(P<0.05)。

    观察组和常规组多器官功能障碍综合征(MODS)发生率分别为4.11%和14.81%(P<0.05),病死率分别为1.37%和7.41%(P>0.05)。

    严重感染患者细菌及毒素入血导致大量炎性细胞激活和炎症介质释放,造成级联失控的免疫反应并引起各器官和系统灌注和代谢障碍,导致MODS发生甚至威胁患者生命安全[5]。感染性休克病情进展较快且诊疗难度大,预后情况目前仍不容乐观,文献报道患者病死率可达50%以上,且救治成功的患者也可能长期存在器官功能不全等问题,给患者、家庭和社会带来沉重负担,因此提升临床诊治水平势在必行,而微循环障碍是感染性休克核心环节,与患者预后情况关系密切,是现阶段国内外重点研究方向。

    既往研究认为严重感染尤其是G菌患者有较高风险发生感染性休克,因此检测炎症因子表达水平可反映病情严重程度。本研究结果显示,两组治疗前IL-6、TNF-α及PCT水平显著升高,其中IL-6可参与机体免疫反应并促进淋巴细胞增殖和分化;TNF-α是常见促炎因子,能进一步诱导炎症介质大量释放;PCT可准确反映机体炎症反应水平,在细菌或真菌等感染后明显升高。本研究中治疗第7天时两组IL-6、TNF-α及PCT水平均大幅度降低,且观察组降低效果更为显著,表明乌司他丁辅助治疗感染性休克有利于降低血清炎症因子水平,具有良好控制感染和炎症反应效果(见表4),与王东等[6]研究结果相一致。乌司他丁是分布于人体血液、尿液或脑脊液中的Kunitz型胰蛋白酶抑制剂,可同时抑制多种水解酶活性并限制炎症介质释放,在机体受到感染后可快速进入炎症反应进程,近年来作为抗炎因子广泛用于胰腺炎、关节炎及脓毒症等病变治疗,以补充人体内源性乌司他丁消耗,有助于快速缓解症状[7]

    表  4  两组治疗后恢复情况
    分组例数(nAPACHE-Ⅱ评分(分)机械通气
    时间(d)
    ICU住院
    时间(d)
    治疗前治疗7 d
    观察组7323.09±4.7610.65±1.94*5.06±1.425.47±1.28
    常规组5421.87±5.0212.58±2.43*5.81±1.546.25±1.45
    T1.2944.6112.6332.975
    P0.199<0.0010.0100.004
    *P<0.05,与同组治疗前比较。
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    2016年ACCP/SCCM感染性休克最新定义强调了微循环和细胞代谢障碍的重要性,要求在治疗过程中积极改善微循环功能。感染性休克血流动力学发生改变的基础为外周血管收缩功能异常,继而引起血管扩张和通透性改变,造成顽固性低血容量状态,且由于炎症反应和心肌细胞损伤,心输出量进一步下降,导致组织灌注不足和血流量重新分配,严重时可引起MODS发生。因此,感染性休克治疗期间常采用PiCCO严密监测心功能和外周循环状态,为评估病情和指导治疗提供参考依据[8]。明自强等[9]研究认为,乌司他丁对胆道感染性休克患者血流动力学参数具有明显改善效果,有利于患者病情好转,但乌司他丁对循环系统的作用机制目前尚未清楚,文献报道可能与抑制炎症因子释放和脂质过氧化[10]、清除氧自由基以及减轻内皮细胞损伤等作用有关。本研究结果显示,两组患者经过积极干预后MAP、CI和PaO2/FiO2均明显升高且EVLWI和SVRI明显降低,表明患者微循环状态和组织灌注水平获得改善,其中观察组各项指标改善效果存在较大优势,提示采用乌司他丁辅助治疗感染性休克可促进微循环改善,有助于恢复各器官系统血流量,为改善预后创造有利条件。本研究中观察组治疗7 d时APACHE-Ⅱ评分、机械通气时间、ICU住院时间及MODS发生率均明显低于常规组,表明乌司他丁治疗感染性休克可提升患者康复速度,这与其抑制炎症反应和改善微循环的功能均有密切联系,同时本研究显示观察组患者死亡率较低,但与常规组比较未见明显差异,不同于方向明等[11]报道结果,其原因可能与不同研究样本类型和医疗条件等均存在一定差异有关,也可能是本研究样本容量偏小所致,具体情况还需更多研究进行证实。

    综上所述,乌司他丁治疗感染性休克有利于减轻炎症反应,改善血流动力学指标和微循环灌注,对促进患者康复和改善预后具有积极作用。

  • 图  1  补骨脂成分-靶点-肝损伤网络

    图  2  补骨脂肝损伤靶点的GO富集图

    图  3  补骨脂肝损伤靶点的KEGG富集图

    表  1  补骨脂成分及相关信息

    化合物相对分子
    质量
    AlogP氢键供
    体数
    氢键受
    体数
    Pub
    ChemID
    双羟异补骨脂定368.302.0375316096
    补骨脂酚338.402.8255320772
    补骨脂定336.304.7255281806
    异新补骨脂查尔酮298.293.0255318608
    异补骨脂二氢黄酮324.404.124193679
    补骨脂异黄酮醛282.252.52544257227
    槐属香豆雌烷 A334.304.01514630492
    补骨脂呋喃查尔酮340.403.5356476086
    新补骨脂查尔酮298.293.0255320052
    补骨脂二氢黄酮甲醚338.404.41410337211
    补骨脂香豆雌烷B352.303.1265321820
    补骨脂乙素324.405.1345281255
    新补骨脂异黄酮322.404.4245320053
    补骨脂查尔酮324.405.1346450879
    补骨脂色烯素322.404.5245321800
    异补骨脂定336.304.11512304285
    甲氧补骨脂素216.191.9044114
    补骨脂呋喃香豆精186.162.3033083848
    异补骨脂素186.162.00310658
    补骨脂素186.162.3036199
    补骨脂香豆雌烷A353.303.1265321811
    补骨脂定-2',3'-环氧化物352.303.32644257529
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    表  2  补骨脂成分潜在肝损伤作用靶点

    序号Uniprot ID基因靶点蛋白靶点
    1P28161GSTM2glutathione S-transferase Mu 2
    2O75469NR1I2nuclear receptor subfamily 1
    group I member 2
    3P02768ALBserum albumin
    4P11712CYP2C9cytochrome P450 2C9
    5P09211GSTP1glutathione S-transferase P
    6P04179SOD2superoxide dismutase [Mn], mitochondrial
    7Q96RI1NR1H4bile acid receptor
    8P05089ARG1arginase-1
    9P00374DHFRdihydrofolate reductase
    10P02774GCvitamin D-binding protein
    11P00390GSRglutathione reductase, mitochondrial
    12P09601HMOX1heme oxygenase 1
    13P05019IGF1insulin-like growth factor I
    14P80188LCN2neutrophil gelatinase-associated lipocalin
    15P17931LGALS3galectin-3
    16P08253MMP272 000 type IV collagenase
    17P00491PNPpurine nucleoside phosphorylase
    18Q08257CRYZquinone oxidoreductase
    19Q07869PPARAperoxisome proliferator-activated receptor alpha
    20Q00796SORDsorbitol dehydrogenase
    21P49888SULT1E1sulfotransferase 1E1
    22O00204SULT2B1sulfotransferase 2B1
    23P36897TGFBR1TGF-beta receptor type-1
    24P02766TTRtransthyretin
    25Q14994NR1I3nuclear receptor subfamily 1
    group I member 3
    26Q13133NR1H3oxysterols receptor LXR-alpha
    27P37231PPARGperoxisome proliferator-activated receptor gamma
    28O60760HPGDShematopoietic prostaglandin D synthase
    29P04035HMGCR3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase
    30P06702S100A9protein S100-A9
    31P09488GSTM1glutathione S-transferase Mu 1
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-22
  • 修回日期:  2021-06-04
  • 网络出版日期:  2023-11-06
  • 刊出日期:  2022-05-25

基于生物信息学技术探讨补骨脂致肝损伤的作用机制

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054
    基金项目:  高等学校博士学科点专项科研基金(20130096120012)
    作者简介:

    余 丹,硕士,研究方向:药代动力学研究,Email: yud@njucm.edu.cn

    通讯作者: 迟骁玮,博士,研究方向:生化药学研究,Email: ccxxww86@163.com
  • 中图分类号: R285

摘要:   目的  基于生物信息学技术建立补骨脂成分-靶点-信号通路-肝损伤网络,探讨补骨脂导致肝损伤的作用机制。  方法  通过TCMIP数据库收集补骨脂成分以及肝损伤有关的靶点,依据反向药效团匹配方法预测补骨脂成分的作用靶点;采用Cytoscape 构建补骨脂成分-靶点网络,对补骨脂作用靶点构建网络模型进行GO与KEGG富集分析。  结果  补骨脂中有22个成分作用于31个肝损伤靶点蛋白,血清白蛋白(ALB)、谷胱甘肽S-转移酶P(GSTP1)、运甲状腺素蛋白(TTR)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)可能是关键节点蛋白。KEGG分析遴选出化学物致癌、AMPK、PPAR信号、P450代谢和谷胱甘肽等信号通路。  结论  补骨脂可能是作用于ALB、GSTP1、TTR与PPARG等靶点并调控五类信号通路导致肝损伤。

English Abstract

王晓丹, 马骁龙, 董文星. 乌司他丁对感染性休克患者炎症反应、血流动力学、PaO2/FiO2及预后的影响[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(6): 576-579. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202206091
引用本文: 余丹, 迟骁玮. 基于生物信息学技术探讨补骨脂致肝损伤的作用机制[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(3): 254-258. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054
WANG Xiaodan, MA Xiaolong, DONG Wenxing. Effects of Ulinastatin on inflammatory response, hemodynamics, PaO2/FiO2 and prognosis in patients with septic shock[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(6): 576-579. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202206091
Citation: YU Dan, CHI Xiaowei. Mechanism of Psoralea corylifolia Linn on liver injury based on bioinformatics[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(3): 254-258. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103054
  • 补骨脂(Psoralea corylifolia Linn)为豆科植物,以干燥成熟果实入药,性温,味辛、苦,归肾、脾经。有温肾助阳,纳气平喘,温脾止泻等功效,主治骨质疏松症、骨软化症、关节痛、哮喘、白癜风、银屑病、遗尿尿频、肾虚作喘等疾病,在中医临床治疗中被广泛应用于脾肾阳虚的治疗,但长期或者超量使用补骨脂及其制剂可导致肝损伤,临床表现主要为皮肤巩膜黄染、尿黄、乏力和食欲不振,同时伴有丙氨酸转移酶(ALT)、总胆红素(T-Bil)和直接胆红素(D-Bil)等生化指标不同程度升高,肝脏肿大或肝脏弥漫性病变。实验研究也表明,长期或大剂量服用补骨脂可引起大鼠不同程度的肝损伤。然而,补骨脂肝损伤成分和潜在机制至今尚未得到阐明。在本研究中,我们通过生物信息学工具评价补骨脂诱导肝损伤的潜在作用机制,为补骨脂肝损伤的临床和基础研究提供参考依据。

    • TCMIP (http://lsp.nwu.edu.cn/, Version 2.3);Pharm Mapper (http://59.78.96.61/pharmmapper/);Uniprot数据库中UniprotKB检索功能(http://www.uniprot.org/);String数据库(https://string-db.org/, Version 4.5.0);Disgenet(https://www.disgenet.org/);DAVIA基因富集分析网站 (http://david.ncifcrf.gov/summary.jsp);Cytoscape软件(Version 2.7.1);Chembiodraw Ultra软件 (Version14.0)

    • 通过TCMIP数据库获取补骨脂所有化学成分,再结合文献挖掘与整理,筛选出补骨脂的主要成分,并对成分进行预测。

      登陆Pharm Mapper服务器,上传上述补骨脂成分,获得虚拟筛选结果。利用UniProt数据库中UniProtKB搜索功能,输入蛋白名称,限定物种为人,预测补骨脂成分的作用靶点。

      在Disgenet数据库中搜索药物性肝损伤相关的基因,去除重复基因和假阳性基因,与上述Pharm Mapper 服务器中返回的靶点相匹配,得到补骨脂成分诱导肝损伤的潜在作用靶点。

    • 将补骨脂诱导肝损伤的作用靶点导入String数据库,利用Multiple proteins工具,选择“Homo Sapiens”为生物体,获取蛋白相互作用。将补骨脂成分和作用靶点信息以源节点和节点直接导入Cytoscape3.7.1,构建药材-成分-靶标-疾病网络。借助Network Analyzer工具对网络进行拓扑参数分析,并筛选出补骨脂诱导肝损伤的关键靶蛋白。

    • 用DAVID 6.7 (http://david.ncifcrf.gov/summary.jsp) 对补骨脂药物性肝损伤PPI网络中的节点蛋白进行GO注释和KEGG通路分析,并采用R软件对结果进行图形化表示。

    • 从TCMIP数据库中共筛选出的32个相关化合物,其中补骨脂素、补骨脂酚、补骨脂查尔酮、异补骨脂素和甲氧补骨脂素等22个符合Lipinski5规则,而补骨脂素、异补骨脂素和补骨脂酚为补骨脂主要成分。因此,上述22个化合物全部纳入进一步研究,化合物名称及详细信息见表1

      表 1  补骨脂成分及相关信息

      化合物相对分子
      质量
      AlogP氢键供
      体数
      氢键受
      体数
      Pub
      ChemID
      双羟异补骨脂定368.302.0375316096
      补骨脂酚338.402.8255320772
      补骨脂定336.304.7255281806
      异新补骨脂查尔酮298.293.0255318608
      异补骨脂二氢黄酮324.404.124193679
      补骨脂异黄酮醛282.252.52544257227
      槐属香豆雌烷 A334.304.01514630492
      补骨脂呋喃查尔酮340.403.5356476086
      新补骨脂查尔酮298.293.0255320052
      补骨脂二氢黄酮甲醚338.404.41410337211
      补骨脂香豆雌烷B352.303.1265321820
      补骨脂乙素324.405.1345281255
      新补骨脂异黄酮322.404.4245320053
      补骨脂查尔酮324.405.1346450879
      补骨脂色烯素322.404.5245321800
      异补骨脂定336.304.11512304285
      甲氧补骨脂素216.191.9044114
      补骨脂呋喃香豆精186.162.3033083848
      异补骨脂素186.162.00310658
      补骨脂素186.162.3036199
      补骨脂香豆雌烷A353.303.1265321811
      补骨脂定-2',3'-环氧化物352.303.32644257529
    • 将补骨脂22个成分输入Pharm Mapper中,得到所有潜在蛋白质靶点,经UniProt转化为基因ID,并与Disgenet数据库中8类药物性肝损伤挖掘的疾病基因ID根据匹配度由高到低进行排序,去除重复后,匹配共得到31个补骨脂潜在的肝损伤作用靶点,见表2

      表 2  补骨脂成分潜在肝损伤作用靶点

      序号Uniprot ID基因靶点蛋白靶点
      1P28161GSTM2glutathione S-transferase Mu 2
      2O75469NR1I2nuclear receptor subfamily 1
      group I member 2
      3P02768ALBserum albumin
      4P11712CYP2C9cytochrome P450 2C9
      5P09211GSTP1glutathione S-transferase P
      6P04179SOD2superoxide dismutase [Mn], mitochondrial
      7Q96RI1NR1H4bile acid receptor
      8P05089ARG1arginase-1
      9P00374DHFRdihydrofolate reductase
      10P02774GCvitamin D-binding protein
      11P00390GSRglutathione reductase, mitochondrial
      12P09601HMOX1heme oxygenase 1
      13P05019IGF1insulin-like growth factor I
      14P80188LCN2neutrophil gelatinase-associated lipocalin
      15P17931LGALS3galectin-3
      16P08253MMP272 000 type IV collagenase
      17P00491PNPpurine nucleoside phosphorylase
      18Q08257CRYZquinone oxidoreductase
      19Q07869PPARAperoxisome proliferator-activated receptor alpha
      20Q00796SORDsorbitol dehydrogenase
      21P49888SULT1E1sulfotransferase 1E1
      22O00204SULT2B1sulfotransferase 2B1
      23P36897TGFBR1TGF-beta receptor type-1
      24P02766TTRtransthyretin
      25Q14994NR1I3nuclear receptor subfamily 1
      group I member 3
      26Q13133NR1H3oxysterols receptor LXR-alpha
      27P37231PPARGperoxisome proliferator-activated receptor gamma
      28O60760HPGDShematopoietic prostaglandin D synthase
      29P04035HMGCR3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase
      30P06702S100A9protein S100-A9
      31P09488GSTM1glutathione S-transferase Mu 1
    • 采用Cytoscape软件的Merge功能构建补骨脂成分-靶点-信号通路-肝损伤网络模型,如图1所示(绿色椭圆代表靶点,黄色椭圆代表成分,粉红色菱形代表疾病,紫色椭圆表示补骨脂),节点代表活性或靶点,边代表成分、作用靶点和疾病间的相互关联,其中共有60个节点,327个边。节点的大小与度的大小呈正比关系,节点越大表示该节点的度越大。依据拓扑分析,13个成分的度值大于10,分别为补骨脂素、补骨脂定、补骨脂酚、异新补骨脂查尔酮、异补骨脂黄酮、补骨脂异黄酮醛、异补骨脂定、双羟异补骨脂定、新补骨脂查尔酮、补骨脂二氢黄酮甲醚、补骨脂乙素、补骨脂查尔酮、新补骨脂异黄酮;具有较高度值的靶点蛋白有血清白蛋白(ALB)、谷胱甘肽S-转移酶P(GSTP1)、运甲状腺素蛋白(TTR)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)。

      图  1  补骨脂成分-靶点-肝损伤网络

      采用DAVID在线富集平台进行生物学功能分析,获得103个GO注释(黄色表示生物学过程、绿色表示细胞组成、蓝色表示分子功能)。GO分析表明,靶蛋白大多富集于RNA聚合酶Ⅱ启动子启动转录、类固醇激素介导的信号通路、信号转录、DNA模板转录正调控、RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控、氧化还原反应、固有免疫应答、细胞对脂多糖(LPS)的反应、细胞氧化解毒等生物学过程,见图2。此外,KEGG富集分析表明,5条通路(P<0.05)受补骨脂的影响,包括化学物致癌、AMPK信号通路、PPAR信号通路、肝药酶P450(CYP)有害物代谢和谷胱甘肽代谢通路等,结果见图3

      图  2  补骨脂肝损伤靶点的GO富集图

      图  3  补骨脂肝损伤靶点的KEGG富集图

    • 在临床上,补骨脂被广泛应用于治疗骨质疏松、银屑病等多种疾病,其所导致的药物性肝损伤已引起人们关注,但对于其肝损伤成分及分子机制的研究尚不深入。为了探究补骨脂所致肝损伤的作用机制,本研究从补骨脂的成分出发,借助生物信息学技术构建了补骨脂药材-成分-靶点-信号通路-肝损伤网络,分析补骨脂中成分与靶点的作用关系,为其导致肝损伤作用机制研究提供了参考。

      通过数据库检索,我们发现补骨脂主要含有补骨脂素、异补骨脂素、补骨脂酚、补骨脂定、新补骨脂异黄酮和补骨脂二氢黄酮甲醚等22个成分[1-5] ,其中补骨脂素、异补骨脂素和补骨脂酚等为主要成分[5-6]。补骨脂中个别成分已被发现具有导致肝损伤的作用,如研究发现补骨脂素与补骨脂酚可通过降低BSEP蛋白的表达,升高NTCP和CYP7A1蛋白的表达,使得进入肝细胞的胆汁酸增多,进而肝细胞中胆汁酸的含量异常升高,最终导致胆汁淤积性肝损伤[7-9];此外,补骨脂素通过上调细胞周期蛋白E1和p27蛋白水平并下调细胞周期蛋白D1的水平,使肝细胞周期阻滞进而导致肝再生和代偿能力下降而诱发小鼠轻度肝损伤和L02肝细胞损伤;而异补骨脂素通过抑制MRP2和MRP3导致HepG2的细胞肝损伤[10-11]。补骨脂酚在体外的生物利用度远低于补骨脂素和异补骨脂素,但在体内补骨脂酚的CYP450代谢作用较强[12],补骨脂酚在体内复杂环境中的吸收和代谢可能是导致其在体内外肝损伤差异的主要原因。

      通过GO分析整合预测,得到补骨脂导致肝损伤生物功能包括氧化还原反应、固有免疫应答、细胞对LPS的反应、细胞氧化解毒等。目前已知,氧化还原反应与免疫应答在药物性肝损伤发病机制中起关键作用。有研究发现,可溶性T细胞免疫球蛋白结构域和含黏蛋白结构域分子-3(sTIM-3)通过促进自噬和调节单核/巨噬细胞功能,减轻炎症反应和肝损伤[13]。氧化应激介导的脂质过氧化可导致胶原合成增加,氧化还原稳态失衡会干扰线粒体功能障碍进而导致药物引起的肝损伤。ROS可影响过氧化物酶体增殖物激活的受体调节脂肪酸氧化以及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和相关的应激敏感激酶活力而调节肝细胞凋亡[14]。LPS参与了肝损伤中炎症或免疫破坏,可通过激活TLR-2和TLR-4途径促进炎症活动,并且LPS诱导的短暂缺血破坏了呼吸链复合物的活性,增强了ROS,从而进一步增强肠道高通透性,并能显著诱导肝损伤[15-16]

      KEGG富集分析结果表明,补骨脂所致肝损伤可能涉及AMPK、PPAR、CYP等多条信号通路。AMPK是NF-κB的上游蛋白,被认为是维持ADP/AMP/ATP水平的关键细胞代谢传感器,AMPK信号通路的激活可抑制非典型NF-κB途径,从而保护肝脏免受损伤[17-18]。PPAR信号通路在肝损伤和肝纤维化中起着关键作用,在活化的HSCs中,PPAR-γ活性降低,从而导致HSCs从维甲酸储存状态向产生ECM的肌成纤维细胞转化,可促进CCl4诱导的肝损伤和纤维化,然而,抑制PPARG可阻止Fsp27α mRNAs的表达,进而减少乙醇诱导小鼠线粒体活性氧生成所导致的肝损伤[19-20]。肝脏CYP酶在药物代谢和清除中发挥关键作用,例如CYP2E1可增加活性氧的数量,进而导致氧化应激肝损伤[21-22]。基于上述结果和理论基础,有必要开展补骨脂AMPK、PPAR等信号通路的作用研究,从而为其肝损伤机制提供理论依据。

      综上所述,本研究通过生物信息学技术构建补骨脂药材-成分-靶点-信号通路-肝损伤网络对补骨脂成分所致肝损伤作用机制进行分析预测,研究结果充分表明了补骨脂多成分-多靶点-多通路的肝损伤作用特点,为进一步开展补骨脂致肝损伤作用机制的研究提供了新思路。

参考文献 (22)

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