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作者通过网络药理学和体外实验,对青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松(GIOP)的潜在作用靶点及相关信号通路进行预测和初步验证。研究结果表明, 青蒿治疗肾阴虚型GIOP具有多靶点-多通路的特点,可以通过多条途径促进成骨细胞的增殖、分化,其中PI3K/AKT信号通路是一条重要的通路,青蒿治疗肾阴虚型骨质疏松可能与其能够促进PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化有关。
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通过Genecards数据库共检索到GIOP相关靶点基因1741个,通过OMIM数据库共检索到GIOP相关靶点基因311个,通过Drugbank数据库共检索到GIOP相关靶点基因30个,将3个数据库检索结果合并后去除重复基因后,最终获得2039个。通过Genecards数据库检索获得阴虚靶点基因876个,肾虚靶点基因4603个,交叉分析后获得肾阴虚靶点基因836个。将肾阴虚靶点基因和GIOP靶点基因交叉分析后获得522个肾阴虚型GIOP靶点基因(图1)。
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通过TCMSP平台共检索到青蒿中OB≥30%,DL≥0.18的活性成分22个,见表1。
表 1 青蒿主要活性成分
分子名称 生物利用度(%) 药物相似度(DL) 新西兰牡荆苷_qt 59.85 0.21 醋酸酯 58.02 0.52 脱氧青蒿素 54.47 0.26 青蒿烯 54.36 0.31 万寿菊素 53.11 0.34 牡荆黄素_qt 52.18 0.21 泽兰黄醇素 50.8 0.41 双氢青蒿素 50.75 0.3 青蒿素 49.88 0.31 异鼠李素 49.6 0.31 青蒿亭 49.55 0.48 茵陈黄酮 48.96 0.41 槲皮素 46. 43 0.28 维采宁-2_qt 45.84 0.21 豆甾醇 43.83 0.76 线蓟素 43. 46 0.34 六氟磷酸钠 42.6 0.37 山奈酚 41.88 0.24 谷甾醇 36.91 0.75 木犀草素 36.16 0.25 怪柳黄素 32.86 0.31 玄参黄酮 30.35 0.3 -
通过TCMSP和UniProt数据库获得214个青蒿活性成分靶点基因。将其与肾阴虚型GIOP疾病靶点基因交叉分析(图1),“青蒿-肾阴虚型GIOP”交集靶点基因共有98个。
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运用String在线软件构建出“青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点PPI网络(图2),共有98个节点,1935条相互关系,见图2。利用CytoNCA插件计算网络节点的DC,BC上四分位数为59、101.49248,故以DC≥59、BC≥101.49248为筛选条件,筛选青蒿治疗肾阴虚型GIOP的核心靶点,共得到17个核心靶点,如表2。
表 2 “青蒿-肾阴虚型GIOP”核心靶点信息
靶点信息 简称 度中心度
(DC)介度中心度
(BC)RAC-α丝氨酸/苏氨酸
蛋白激酶AKT1 84 495.8247 肿瘤坏死因子 TNF 83 336.63745 白细胞介素-6 IL6 81 281.4354 细胞肿瘤抗原p53 TP53 79 273.47903 血管内皮生长因子A VEGFA 78 200.2001 白细胞介素-1β IL1B 76 199.86818 基质金属蛋白酶-9 MMP9 73 146.52397 转录因子AP-1 JUN 71 167.16982 前列腺素G/H合成酶-2 PTGS2 71 140.30101 半胱氨酸蛋白酶-3 CASP3 71 120.33017 表皮生长因子受体 EGFR 68 294.5016 表皮生长因子 EGF 67 107.6285 白细胞介素-8 CXCL8 67 127.67476 雌激素受体 ESR1 65 251.7144 C-C基序趋化因子配体 CCL2 65 101.49248 过氧化物酶体增殖物
激活受体γPPARG 63 118.61439 血红素氧合酶-1 HMOX1 59 156.89531 -
GO富集分析获得5612个细胞生物学过程,其中BP分析获得4649个条目,MF分析获得585个条目,CC分析获得378个条目,根据富集的基因数进行降序排列,分别选取前10个条目建立BP、MF、CC三合一柱状图(图3)。生物学过程(BP)主要涉及激素应答、性腺发育、细胞死亡的正向调节等,细胞成分(CC)包括细胞外基质、转录调节复合物、膜筏等,分子功能(MF)包括信号受体调节活性、蛋白结构域特异性结合、激酶结合等。
KEGG富集分析获得225个信号过程,根据富集的基因数进行降序排列,选取前20个条目建立气泡图(图4),KEGG富集分析主要涉及的信号通路有PI3K/AKT信号通路,IL-17信号通路,AGE/RAGE信号通路,MAPK信号通路等,说明青蒿治疗肾阴虚型GIOP可能是从多条信号通路联合发挥作用的,其中PI3K/AKT信号通路上富集的共同靶点最多。
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DEX损伤成骨细胞后,其增殖能力及ALP活性显著降低。药物治疗后,青蒿提取物可显著促进DEX损伤的成骨细胞的增殖,提高ALP活性,促进DEX损伤的成骨细胞的增殖(图5)。
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药物处理DEX损伤的成骨细胞48 h后,Western blot结果显示,与空白组比较,模型组p-AKT/AKT比值、PI3K蛋白表达水平明显下降,给予青蒿提取物治疗后,p-AKT/AKT比值、PI3K蛋白表达水平明显提高(图6)。
Mechanism of Artemisia annua L. in GIOP with kidney-yin deficiency based on network pharmacology
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摘要:
目的 通过网络药理学和体外实验,对青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松(GIOP)的潜在作用靶点及相关信号通路进行预测和初步验证。 方法 通过TCMSP数据库和Uniprot数据库获取青蒿药物靶点并确定目标靶点基因名;通过GeneCards数据库、OMIM数据库和Drugbank数据库获取肾阴虚型GIOP的靶点基因,与药物靶点基因交叉分析获得共同作用靶点基因;利用String数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并利用Cytoscape软件进行可视化分析和核心靶点筛选;通过Metascape数据库对所有共同靶点进行基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析,最后通过体外实验对预测结果进行验证。 结果 筛选出98个青蒿治疗肾阴虚型GIOP的作用靶点,其中核心基因17个。GO和KEGG功能富集分析结果表明,青蒿治疗肾阴虚型GIOP与激素应答、细胞死亡的正向调节和细胞外刺激应答等生物过程,以及PI3K/AKT、AGE/RAGE、MAPK和IL-17等信号通路有关,其中PI3K/AKT信号通路上富集的基因数最多。体外实验结果显示,青蒿可以促进地塞米松(DEX)损伤的成骨细胞的增殖,提高碱性磷酸酶(ALP)活性,激活PI3K/AKT通路,促进AKT的磷酸化。 结论 青蒿治疗肾阴虚型GIOP具有多靶点‐多通路的特点,可以通过多条途径促进成骨细胞的增殖、分化,其中PI3K/AKT信号通路是一条重要的通路,青蒿治疗肾阴虚型GIOP可能与其能够促进PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化有关。 -
关键词:
- 青蒿 /
- 肾阴虚 /
- 糖皮质激素性骨质疏松 /
- 地塞米松 /
- 成骨细胞
Abstract:Objective To predict and preliminarily verify the potential targets and related signaling pathways of Artemisia annua L. in treating glucocorticoid-induced osteoporosis (GIOP) with kidney-yin deficiency by network pharmacology and in vitro experiments. Methods The pharmacological targets of Artemisia annua L. were obtained from TCMSP database and were converted to gene names through Uniprot database. The target genes of GIOP with kidney-yin deficiency were obtained from GeneCards database, OMIM database and Drugbank database, and the common target genes were obtained by cross analysis with drug target gene. Protein-protein interaction (PPI) network was constructed by String database, and visualization analysis and core targets screening were performed by Cytoscape 3.9.0. All common targets were analyzed by Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) functional enrichment analysis through Metascape database. Finally, the prediction results were verified by in vitro experiments. Results Ninety-eight targets of Artemisia annua L. to GIOP with kidney-yin deficiency were screened, including 17 core genes. The results of GO and KEGG functional enrichment analysis indicated that Artemisia annua L. treating GIOP with kidney-yin deficiency was related to biological processes such as hormonal response, positive regulation of cell death and extracellular stimulation response, et al, as well as signaling pathways such as PI3K/AKT, AGE/RAGE, MAPK and IL-17 et al. The number of genes enriched in PI3K/AKT signaling pathway was the largest. In vitro experiment results showed that Artemisia annua L. promoted the proliferation of osteoblasts damaged by dexamethasone (DEX), increased alkaline phosphatase activity, activated PI3K/AKT pathway, and promoted the phosphorylation of AKT. Conclusion Artemisia annua L. treating GIOP with kidney-yin deficiency has the characteristics of multi-targets and multi-pathway, which could promote the proliferation and differentiation of osteoblasts through multiple pathways. The PI3K/AKT signaling pathway is an important pathway. Artemisia annua L. treating GIOP with kidney-yin deficiency might be related to its ability to promote the PI3K/AKT signaling pathway and promote the phosphorylation of AKT. -
表 1 青蒿主要活性成分
分子名称 生物利用度(%) 药物相似度(DL) 新西兰牡荆苷_qt 59.85 0.21 醋酸酯 58.02 0.52 脱氧青蒿素 54.47 0.26 青蒿烯 54.36 0.31 万寿菊素 53.11 0.34 牡荆黄素_qt 52.18 0.21 泽兰黄醇素 50.8 0.41 双氢青蒿素 50.75 0.3 青蒿素 49.88 0.31 异鼠李素 49.6 0.31 青蒿亭 49.55 0.48 茵陈黄酮 48.96 0.41 槲皮素 46. 43 0.28 维采宁-2_qt 45.84 0.21 豆甾醇 43.83 0.76 线蓟素 43. 46 0.34 六氟磷酸钠 42.6 0.37 山奈酚 41.88 0.24 谷甾醇 36.91 0.75 木犀草素 36.16 0.25 怪柳黄素 32.86 0.31 玄参黄酮 30.35 0.3 表 2 “青蒿-肾阴虚型GIOP”核心靶点信息
靶点信息 简称 度中心度
(DC)介度中心度
(BC)RAC-α丝氨酸/苏氨酸
蛋白激酶AKT1 84 495.8247 肿瘤坏死因子 TNF 83 336.63745 白细胞介素-6 IL6 81 281.4354 细胞肿瘤抗原p53 TP53 79 273.47903 血管内皮生长因子A VEGFA 78 200.2001 白细胞介素-1β IL1B 76 199.86818 基质金属蛋白酶-9 MMP9 73 146.52397 转录因子AP-1 JUN 71 167.16982 前列腺素G/H合成酶-2 PTGS2 71 140.30101 半胱氨酸蛋白酶-3 CASP3 71 120.33017 表皮生长因子受体 EGFR 68 294.5016 表皮生长因子 EGF 67 107.6285 白细胞介素-8 CXCL8 67 127.67476 雌激素受体 ESR1 65 251.7144 C-C基序趋化因子配体 CCL2 65 101.49248 过氧化物酶体增殖物
激活受体γPPARG 63 118.61439 血红素氧合酶-1 HMOX1 59 156.89531 -
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