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神经损伤是世界范围内致残和导致死亡的主要原因,神经损伤疾病患病率的大幅增加导致了全社会的健康负担加重[1]。神经损伤主要包括颅脑损伤(TBI)和缺血性脑卒中(CI)等,其中TBI是最常见的神经损伤类型[2],分为急性和慢性两个阶段,炎症是这两个阶段的共同特征,目前还没有有效治疗TBI的药物和方法,迫切需要寻找具有更广泛作用的药物,以缓解TBI后炎症反应[3]。脑缺血是神经损伤患者死亡的最常见病因之一[4],大脑因供血中断而致脑缺血,进而导致中风等神经损伤性疾病[5]。CI诱导了多种细胞死亡形式,如兴奋性毒性、酸毒性和离子失衡、氧化/氧化应激、炎症[6]、凋亡和梗死周围去极化等。目前CI最有效的治疗手段是静脉溶栓和血管内取栓以达到快速再灌注,这两者都能降低患者致残率,但都需要在发病4小时内尽快完成[4],目前尚无有效的药物治疗CI患者。
中药具有多途径、多靶点的特点,已有2000多年的发展历史和临床用药经验[7],如唐·孙思邈所著《备急千金方》中“小续命汤治卒中风欲死”和“大秦艽汤(金·刘完素)治中风”等。因此,阐明在临床上广泛使用的中药的作用机制是本文关注的重点。益母草来自唇形科植物益母草(Leonurus japonicus Houtt)的新鲜或干燥地上部分,临床上主要用于子宫收缩和镇静[8]。现代药理学研究发现其具有子宫收缩、抗炎、镇痛和抗氧化作用等[9]。值得引起关注的是,益母草对神经损伤也有保护作用[10]。然而,关于益母草治疗神经损伤的物质基础和作用机制的研究还未见报道。因此有必要阐明益母草治疗神经损伤的物质基础和作用机制。
本研究旨在利用网络药理学预测益母草的活性成分、靶点及相关通路来探讨其治疗神经损伤的潜在分子机制,为益母草的药理机制深入研究和临床应用提供参考。
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通过TCMSP数据库检索到益母草已报道的化学成分,以ADME参数OB≥30%、DL≥0.18进行筛选,得到益母草活性成分8个;BATMAN-TCM数据库检索到10个益母草活性成分;加上文献检索的1个化合物共19个(表1)。再将这19个活性成分输入TCMSP以及STP数据库,搜索的结果经过筛选去除重复项后共得到654个益母草潜在靶点。
序号 化合物 来源数据库 1 没食子酸 BATMAN-TCM 2 水苏糖 BATMAN-TCM 3 芦丁 BATMAN-TCM 4 月桂酸 BATMAN-TCM 5 水苏碱 BATMAN-TCM 6 益母草素 BATMAN-TCM 7 西班牙夏罗草酮 BATMAN-TCM 8 鸟嘌呤 BATMAN-TCM 9 益母草碱 BATMAN-TCM 10 4-胍基丁醇 BATMAN-TCM 11 鼬瓣花二萜 TCMSP 12 ZINC04073977 TCMSP 13 前益母草二萜 TCMSP 14 异前益母草二萜 TCMSP 15 槲皮苷 TCMSP 16 花生四烯酸 TCMSP 17 异鼠李素 TCMSP 18 山奈酚 TCMSP 19 葫芦巴碱 文献 -
通过GeneCards、DisGenet和OMIM数据库以疾病名称为“cerebral ischemia”和“traumatic brain injury”分别进行检索,在DisGenet数据库中没有检测到TBI靶点,删除重复值后,得到神经损伤的靶点3605个,将疾病相关的靶点与益母草靶点进行Venn交集分析,筛选得到益母草治疗神经损伤的潜在靶点426个,并获得药物-疾病共同靶点基因韦恩图(图1)。
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将益母草治疗神经损伤的426个潜在靶点,导入STRING数据库,将相互作用靶点的结果导入Cytoscape 3.6.0进行可视化分析,得到由331个节点、6955条边共同组成的网络(图2),同时得到网络中关键靶点的度值(表2)。如图2所示,与神经损伤相关度较高的靶点(度值≥139)为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1(AKT1)、白细胞介素6(IL-6)受体、血管内皮生长因子A(VEGFA)、半胱氨酸蛋白酶3(CASP3)、肿瘤蛋白P53(TP53)、基质金属蛋白酶-9 (MMP9)。度值大的靶点提示在网络调控中起关键作用,这些度值大的靶点很可能是益母草治疗神经损伤的关键靶点。
基因 度值 靶点名称 数据库中代码 AKT1 225 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 P31749 IL6 217 白介素6 P05231 VEGFA 196 血管内皮生长因子A P15692 TNF 187 肿瘤生长因子 P01375 TP53 186 细胞肿瘤抗原P53 P04637 SRC 165 原癌基因酪氨酸受体激酶 P12931 CASP3 163 胱天蛋白酶-3 P42574 MAPK1 160 丝裂原活化蛋白激酶1 P28482 CXCL8 157 白介素8 P10145 EGFR 153 表皮生长因子受体 P00533 EGF 150 前表皮生长因子 P01133 PTGS2 146 牛前列腺素G/H合成酶2 P35354 MAPK8 146 丝裂原活化蛋白激酶8 P45983 MYC 146 原癌基因蛋白Myc P01106 JUN 145 转录因子AP-1 P05412 STAT3 143 信号传导及转录激活子3 P40763 FOS 143 原癌基因c-Fos P01100 MMP9 139 基质金属蛋白酶9 P14780 IL-1β 133 白介素1β P01584 -
将“2.2” 项下获取的426个潜在的治疗神经损伤的靶点通过STRING进行生物过程(BP)、细胞组分(CC)和分子功能(MF)分析,以 P<0.01为条件,筛选靠前的GO富集分析,如图3所示。图中纵坐标表示富集条目,横坐标表示基因计数,颜色深浅代表-log10(p)值大小。其中 GO-BP 主要为应激反应、生物调节和细胞通讯等;GO-CC主要为细胞膜等;GO-MF主要为蛋白质结合、离子结合和催化还原活性等。
利用STRING数据库对益母草治疗神经损伤的潜在的426个靶点进行富集分析,筛选出显著的前16条信号通路(P<0.01),主要涉及的信号通路为MAPK、Toll样受体、PI3K-Akt、肿瘤坏死因子、IL-17和凋亡等信号通路(图4)。
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通过Cytoscape3.6.0软件得到药物“活性成分-靶点”的网络(图5)。网络中化合物19个,靶点426个。在图5中,箭头节点代表益母草中化合物,椭圆形节点代表靶点,结果可以明显看出益母草中度值相对较高的化合物有槲皮素、益母草碱、山奈酚、异鼠李素、水苏碱、葫芦巴碱等,这些化合物可能是益母草治疗神经损伤的关键化合物。
Potential molecular mechanism of motherwort in the treatment of nerve injury based on network pharmacology
doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202105106
- Received Date: 2021-05-22
- Rev Recd Date: 2021-10-26
- Available Online: 2022-05-25
- Publish Date: 2022-03-25
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Key words:
- motherwort /
- network pharmacology /
- nerve injury
Abstract:
Citation: | ZHANG Qian, GUO Yuchen, DENG Shanshan, ZHANG Yuefan, LI Tiejun. Potential molecular mechanism of motherwort in the treatment of nerve injury based on network pharmacology[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(2): 113-119. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202105106 |