网络药理学揭示多叶磷脂II是一种抗鼻咽癌的纳米中药单体

抽象的

鼻咽癌（NPC）是中国南部的恶性肿瘤，纳米中药（TCM）代表癌症治疗的巨大潜力。为了预测对NPC的Polyphyllin II的潜在目标和机制，并探讨了中药单体未来纳米药剂的可能性，网络药理学包括在本研究中。完全，发现了NPC和Polyphyllin II的94个常见潜在靶标。基因本体（GO）功能富集分析表明，生物过程和功能主要集中在凋亡过程中，蛋白质磷酸化，胞质溶胶，蛋白质结合和ATP结合。此外，Polyphyllin II的抗NPC效应主要涉及与癌症相关的途径，尤其是在基因和基因组（Kegg）分析的京都百科全书中表明的PI3K-AKT信号传导中。“药物 - 靶向疾病”网络图表明关键基因是SRC，MAPK1，MAPK14和AKT1。在一起，该研究揭示了通过现代网络药理学对NPC对NPC的潜在药物目标和潜在的药物目标和潜在机制，这为未来纳米中医研究提供了某种理论依据。

1.介绍

鼻咽癌(鼻咽癌)是一种发生在鼻咽腔上部和侧壁的恶性肿瘤[1］．这是中国南部的常见疾病[2］．目前鼻咽癌的首选治疗方案是放疗，尤其是在患者的早期[3.］．然而，许多患者在确诊时已经处于晚期。由于放射抵抗，可引起局部复发和远处转移[4］．这仍然是临床治疗中的一个难题。为了尽量减少传统疗法的不良影响，中草药疗法作为一种联合或替代疗法，对癌症治疗有良好的效果[5］．

巴黎重楼var。云南裂具有各种药理作用，包括镇痛，抗炎，免疫调节和抗肿瘤作用[6- - - - - -8］．polyphyllin II（pp2）是从根茎中分离的活性成分。许多研究表明，PP2诱导人肺癌细胞的凋亡，抑制肝癌细胞的侵袭和迁移，并诱导卵巢癌的凋亡[9- - - - - -11］．这些研究表明PP2在抗肿瘤方面具有广阔的应用前景。然而，PP2并未在NPC中被报道。

网络药理学从系统生物学、药理学和生物网络的角度解释疾病的发展过程[12］．该方法可以从网络的角度预测药物与疾病之间的联系，对复杂的生物系统进行可视化分析。此外，越来越多的研究者关注纳米药物的研究。有证据表明，纳米材料载药可以提高生物利用度和靶向给药[13］．

本研究旨在利用网络药理学探讨PP2对NPC的可能目标和机制。此外，我们希望获得PP2纳米药物递送系统的一些新颖证据，用于靶向治疗NPC。

2.材料和方法

2．1.PP2潜在靶标的收集

PP2的结构来源于PubChem数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)，并以SDF格式保存。将分子结构导入PharmMapper数据库(http://www.swisstargetprediction.ch/)，设置参数，选择“Human Protein Targets Only”，获取PDB ID。接下来，使用Uniprot数据库对目标蛋白和基因信息进行校正(https://www.uniprot.org/uploadlists/)以获得更可靠的目标。

２.２.NPC相关基因靶标的收集

基因咭网站(https://www.genecards.org/）可以在基因组，蛋白质组，转录，遗传和功能中提供所有已知和预测的人类基因。使用该数据库搜索与NPC相关的基因靶标，用“鼻咽癌”作为关键词，以获得与NPC相关的基因靶标。

２.３.筛选潜在目标

通过Venny 2.1.0，收集的NPC相关目标和PP2的目标（https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)作为维恩图筛选常见靶基因。这是PP2对付NPC的潜在目标。

２.４.蛋白质相互作用(PPI)网络的构建

STRING数据库(https://string-db.org/，版本11.0)可以在线搜索现有的PPI。将NPC PP2的潜在目标导入STRING数据库，设置物种(Human sapiens)，构建PPI。

2．5．生物学功能注释和通路分析

GO富集分析和KEGG分析使用DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)和R软件(3.6.2)。氧化石墨烯富集分析包括生物过程(BP)、分子功能(MF)和细胞成分(CC)。我们选择了排名前十的项目，并画了一个柱状图。筛选显著富集的途径并绘制气泡图。

2.6。生物网络模型的建立

利用Cytoscape-v3.6.1软件构建生物网络模型。进口药物、靶标和疾病，绘制“药物-靶标-疾病”网络模型，并分析各节点之间的关系。

3.结果

3．1.PP2潜在靶标的收集

PP2的二维分子结构从PubChem数据库中得到，如图所示1．首先，我们将结构导入到PharmMapper数据库中，以获取PDB ID。然后，我们使用Uniprot数据库进行校正和规范化。最终筛选出PP2靶点，前10位基因名称列于表中S1(补充表S1）.

3.2。PP2和NPC的常见目标

GeneCards数据库共显示与NPC相关的基因靶标1786个。通过Venny 2.1.0 mapping筛选1786个npc相关基因和283个药物靶基因，筛选出94个常见靶标。数字2显示PP2治疗鼻咽癌的潜在靶基因。

３．３．PP2和NPC的PPI网络

PPI网络可以从系统的角度研究复杂疾病的分子机制和药物靶点。数字3.表示PP2和npc相关目标的PPI网络。圆圈代表蛋白质，线条代表相互作用。数字4表明SRC、MAPK1和AKT1在64个循环中有更多的相互作用。

3．4．GO功能富集分析

氧化石墨烯富集分析表明PP2在生物过程中具有抗肿瘤作用。横坐标为生成(%)，纵坐标为富集结果。结果显示在气泡图中。结果显示，BP对凋亡过程和蛋白磷酸化具有更强的负调控作用(图)5）.CC中的富集靶点主要是胞质(图)6）.MF的富集靶点主要是蛋白质结合和ATP结合(图)7）.

3.5。Kegg函数分析

Kegg分析显示，主要目标主要富集在15个信号途径中，如图所示8包括癌症通路、PI3K-Akt信号通路、催乳素信号通路、孕激素介导的卵母细胞成熟、前列腺癌、癌症中的蛋白多糖、雌激素信号通路、恰加斯病(美国锥虫病)、破骨细胞分化、Ras信号通路、TNF信号通路、结肠癌、乙肝、上皮细胞信号传导幽门螺杆菌感染。其中，cancer通路、PI3K-Akt信号通路、FoxO信号通路富集最多。癌症的通路有29个靶基因;PI3K-Akt信号通路有21个靶基因;FoxO信号通路有14个靶基因。提示PP2可能通过上述途径在鼻咽癌的治疗中发挥作用。

3.6。生物网络模型

“药物 - 靶向疾病”视觉网络模型的构建如图所示9．图中黄色节点为治疗目标，红色节点为NPC，蓝色节点为PP2。结果表明，PP2具有多靶点抗鼻咽癌作用。涉及的关键基因主要有SRC、MAPK1、AKT1、MAPK14、GRB2和HSP90AA1。

4。讨论

晚期鼻咽癌患者或有转移的患者通常采用放疗和化疗相结合的治疗方法[14］．然而，这种治疗具有相对较大的副作用，耐药性和疗效差。因此，寻求新的和有效的治疗是越来越重要的。近年来，由于其良好的疗效和低毒性，中草药引起了越来越多的关注。药物价值巴黎重楼var。云南裂是非常高的。PP2对多种癌症显示出显著的抗癌活性[15，16］．

网络药理学为现代药物研发提供了一种新的方法，大大节省了时间和成本[17］．在本研究中，我们利用网络药理学筛选出94个PP2治疗鼻咽癌的潜在靶点。氧化石墨烯富集分析表明，生物过程和功能主要富集在凋亡过程的负调控、蛋白磷酸化、胞质、蛋白结合、ATP结合等方面。细胞凋亡是正常发育所必需的过程[18］．癌细胞将避免细胞凋亡以保持连续增殖并形成肿瘤[19］．抗凋亡蛋白Bcl-2是内源性凋亡通路的关键调控因子，通过阻断线粒体膜调控细胞凋亡[20.］．对Bcl-2家族成员抑制剂的研究正在不断发展[21，22］．除了研究较多的BH3化合物外，最近的研究表明，靶向小分子的BDA-366已被发现是一种有效的BH4域Bcl-2拮抗剂，可有效抑制肺癌细胞的生长[23］．蛋白质磷酸化可以协调各种细胞功能，例如细胞生长，分化和细胞凋亡。研究表明，抑制ERK和P38的磷酸化诱导顺铂抗性鼻咽癌细胞的细胞凋亡[24］．蛋白质磷酸化可能发生在蛋白质的多个位点[25］．

Kegg分析表明，PP2的抗NPC效应可以通过癌症和PI3K-AKT信号通路的途径。Wnt / beta-catenin途径是癌症相关的信号通路。WNT信号抑制了劣化β-连环蛋白激活后，从而调节多种基因的转录。Wnt通路在结直肠癌中上调[26］．激活的增强表达β-catenin蛋白导致乳腺癌干细胞中Wnt信号通路的增加[27］．因此，抑制Wnt的表达可以消除肿瘤耐药干细胞，从而克服对传统治疗的耐药性。抑癌基因p53调控细胞的应激反应，被称为“基因组的守护者”[28］．研究表明，通过抑制PBK的负调节并激活P53信号通路来增强MicroRNA-372的过表达增强了鼻咽癌的放射敏感性[29］．正在开发许多潜在的化合物，其可以恢复或激活P53依赖性肿瘤细胞凋亡[30.］．PI3K-AKT信号通路是癌症中最常激活的途径[31］．PI3K产生PIP3和PIP2，与Akt相互作用，并被PDK1和PDK2磷酸化激活。PI3K信号通路是恶性肿瘤中最常改变的通路之一，控制着癌细胞的增殖、存活和代谢[32］．

“药物 - 目标疾病”网络图表明，关键基因主要是SRC，MAPK1，AKT1和MAPK14。SRC非受体蛋白酪氨酸激酶系列在细胞信号转导途径中起着至关重要的作用，并且在许多肿瘤中表达。研究报道，SRC的激活促进了肿瘤细胞中YAP / TAZ的表达，并在肿瘤生长和转移中发挥重要作用[33］．值得一提的是，在人类肿瘤中很少发生src突变[34］．因此，活动增加可能是由于调节异常所致。MAPK信号通路与肿瘤生物学密切相关，调控正常细胞的增殖、分化和凋亡[35］．研究表明MAPK1是胃癌过程中促进细胞增殖、迁移和侵袭的重要基因[36］．基因敲除后，抑制胃癌细胞增殖、侵袭、迁移，诱导细胞凋亡[37］．MAPK14又称P38α.，其在多种抗癌药物作用机制中的意义已被广泛研究[38］．AKT / MTOR途径是经典信号通路之一，其维持能量稳态，这有利于肿瘤生长和转移[39］．

我们都知道，癌症治疗将逐渐变得更加精准和个性化。纳米给药系统研究的快速发展使得药物可以直接到达治疗部位，减少副作用。特别是对于中药来说，使用这种技术可以提高治疗效果，减少对健康组织和细胞的损伤[40］．目前，脂质体、纳米微球和二氧化硅纳米粒子是癌症研究中最常用的纳米给药系统。姜黄素纳米脂质载体系统(CRM-NLCs)被发现具有抗肿瘤特性[41］．研究表明，CRM-NLCs有利于癌症的治疗。综述了氧化锌纳米材料在生物医学中的应用。氧化锌纳米颗粒对癌细胞也可能具有高度毒性[42］．此外，还有另一种综述，其中还提到ZnO纳米粒子对肺癌，卵巢癌，宫颈癌，胃癌和其他癌症具有良好的抗肿瘤作用[43］．纳米给药系统是中医靶向治疗的理想选择。

5.结论

本研究成功实现了网络药理学视角下PP2与NPC药效学关系的构建，以及靶点网络的可视化，预测了PP2对抗NPC的关键靶点。为后续的实验验证和纳米药物设计提供了良好的理论基础。

数据可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可根据通讯作者的要求获得。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

作者的贡献

所有作者都对报告的工作作出了重大贡献，无论是在概念，研究设计，执行，数据，分析或解释的研究中。孟哲杨，北北张，建春黄，宁徐同等贡献了这项工作。

致谢

本研究由广西壮族自治区科学技术厅项目(批准号:20071010901)资助。广西自然科学基金(批准号:AB19110052);国家自然科学基金资助项目(批准号:2015GXNSFAA139215);81260405)。

补充材料

补充表S1：PP2目标的前10个基因名称。（补充材料）

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