文摘
背景和目标。急性肝功能衰竭(ALF)是一种罕见的临床综合征预后不良,导致多器官功能衰竭。Polygoni Cuspidati根茎等基数(PCRR)是一种常用的中药,这被认为是一个潜在的治疗对阿尔夫草。本研究旨在探讨疗效的药理机制的PCRR阿尔夫通过网络药理学和分子对接。材料和方法。PCRR的潜在生物活性的化合物,他们的目标是收集从TCMSP TCMID,和BATMAN-TCM数据库与吸收,分布,代谢,排泄协议(口服生物利用度≥30%,drug-likeness≥0.18)。使用GeneCards ALF-related目标基因识别和人类数据库。蛋白质相互作用(PPI)网络在这些目标是构建使用Cytoscape软件获取的核心目标。与阿尔夫相关的基因进行了分析通过基因本体论(去)和《京都议定书》百科全书的基因和基因组(KEGG)富集分析来识别相关的信号通路在阿尔夫PCRR的治疗效果。结果。总共10生物活性化合物的PCRR和有关他们获得了200年的目标,和2913年ALF-related目标基因被确定。PPI网络分析发现15个核心目标,即TP53 AKT1,小君,HSP90AA1, MAPK1, RELA, TNF, ESR1,白细胞介素6,MYC, MAPK14,安全系数,RB1, CDKN1A和表皮生长因子受体。去浓缩和KEGG通路分析透露,阿尔夫PCRR的治疗机制是细胞代谢、氧化应激、炎症、肝细胞凋亡。结论。本研究首次探讨PCRR阿尔夫通过网络药理学的治疗机制和分子对接。这项研究提供了一个研究平台与候选人ALF-related PRCC的目标对阿尔夫疗法的发展。
1。介绍
急性肝功能衰竭(ALF)是一种严重的呼吸困难障碍引起的各种因素,包括肝脏合成、解毒、排泄和生物转化1]。在发达国家,阿尔夫的发病率高于10例每年每百万的人(2]。肝炎病毒感染和对乙酰氨基酚的主要原因是阿尔夫在发展中3和发达国家4),分别。虽然在阿尔夫稳步改善全球存活率从大约20%到超过60%,在过去的几十年里5),还没有特定的药物治疗这种疾病。
中国传统医学(中医)使用天然来源,从而提供了独特的优势治疗肝损伤(6]。Polygoni Cuspidati根茎等基数(PCRR)是一个受欢迎的中国草药用于治疗各种肝脏疾病。PCRR据报道超过67生物活性成分,包括醌类、芪、类黄酮、木脂素类7]。Acute-on-chronic肝衰竭是指急性呼吸困难在肝损伤和预后也有类似的阿尔夫(8,9]。指导临床的诊断和治疗Acute-on-chronic肝衰竭中医建议PCRR作为一个主要组件的处方在治疗Acute-on-chronic肝功能衰竭(10]。许多临床观察的结果符合这个建议(11,12]。一项研究已经证实PCRR的保护作用对碳tetrachloride-induced小鼠肝损伤(13]。然而,只有少数研究的治疗机制PCRR阿尔夫的报道。
中医的治疗通常包括多个组件,目标,和通路,从而表征中药的治疗机制是非常具有挑战性的。网络药理学是非常有用的。在这种方法中,一个多层次的网络“疾病/ phenotype-gene /药物”是构建探索药物和疾病之间的关系从整体的角度来看,可以发现,药物靶点或可以开发新药14,15]。
本研究试图确定PCRR反对阿尔夫的生物活性化合物和涉及关键基因和通路通过网络药理学和分子对接方法。本研究的流程图如图1。
2。材料和方法
2.1。收集潜在的生物活性化合物和相关PCRR的目标
得到了相应的化合物和相关信息使用中药系统药理学(TCMSP,https://tcmspw.com/tcmsp.php)数据库(16),生物信息学分析工具对传统中药的分子机制(BATMAN-TCM,http://bionet.ncpsb.org/batman-tcm/)[17,中医综合数据库(TCMID,http://www.megabionet.org/tcmid/)[18]。TCMSP还提供了吸收、分布、代谢和排泄(ADME) -相关参数,如口服生物利用度(OB)和drug-likeness (DL),草药组件。OB的相对数量和比率表明口服药物的吸收进身体的血液循环。DL的概念是基于现有药物的理化性质和分子结构。一般来说,只有化合物OB≥30%, DL≥0.18(被认为是潜在的生物活性化合物19]。TCMSP平台的信息分析目标函数用于获取基因PCRR的anti-ALF生物活性成分的目标。中相应的组件没有目标TCMSP平台,相似性合奏方法(海,https://sea.bkslab.org/)是用来预测的目标。目标蛋白质物种被设置为智人,获得目标信息统一使用UniProt (https://www.uniprot.org)。
2.2。收购ALF-Related目标
关键词如“急性肝衰竭”、“急性肝衰竭”,“阿尔夫”被用来搜索从GeneCards ALF-related目标(https://www.genecards.org)[20.)和人类(https://omim.org/)[21)数据库。PCRR-related目标和ALF-related目标输入在线维恩工具(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)获得交叉基因,被认为是候选人PCRR反对阿尔夫的目标
2.3。药物/ Target-Pathway /疾病网络的分析
之间的关系的潜在生物活性的化合物PRCC和交叉基因构建使用Cytoscape软件(版本3.8.0)作为drug-components-target-disease网络。的平均值计算网络节点的度值(平均值),组件和网络节点的度值≥平均值被视为核心组件。
2.4。基因本体论(去)和《京都议定书》百科全书的基因和基因组(KEGG)分析
PCRR反对阿尔夫的候选目标被用来探索获得的潜在机制PCRR阿尔夫通过和KEGG分析。去KEGG通路富集分析使用数据库的注释、可视化、发现和集成工具(大卫,https://david.ncifcrf.gov/home.jsp)。生物过程(BPs)、细胞组件(CCs)、分子功能(MFs)和关键信号通路得到探索PCRR-related生物通路。的功能注释 - - - - - -值< 0.05进行了进一步的分析。
2.5。(PPI)蛋白质相互作用网络的建设
检索的搜索工具相互作用基因(字符串,https://string-db.org/质子泵抑制剂)是用来识别可能通过上传的候选目标文氏图。物种是有限的智人信心得分> 0.9。分析插件Cytoscape 3.8.0用于可视化PPI网络的高价值的目标起着举足轻重的作用。HUBBA插件被用来计算中心节点,选择枢纽节点度与度高于平均度为核心目标。
2.6。分子对接模拟
选择目标基因的前15名。相对应的蛋白质晶体结构的核心目标基因从蛋白质数据库(PDB,访问https://www.rcsb.org)数据库和生物活性的结构组件从TCMSP数据库下载。的AutoDock 4.2.6软件来执行分子受体和配体之间的对接。最后,使用PyMOL结果可视化软件。
3所示。结果
3.1。生物活性化合物和PCRR的潜在目标
在搜索、过滤和重复删除TCMSP, TCMID,和BATMAN-TCM数据库,10生物活性成分的PCRR OB≥30%, DL≥0.18收集,包括木樨草素、槲皮素、β谷甾醇,(+)儿茶素,physcion二糖苷,大黄酸,torachrysone-8-O -β- - - - - - - (6 - - - - - -8-dihydroxy-7-methoxyxanthone oxayl)葡萄糖苷,6日,physovenine和picralinal(表1)。此外,200年目标基因与这10个生物活性组件交互识别(补充文件,表S1)。
3.2。潜在ALF-Related PCRR目标
总共有2913 ALF-related目标搜索GeneCards获得的基因和人类(补充文件,表数据库S2)。维恩图解工具被用来识别基因发现ALF-related目标和PCRR目标。因此,153年ALF-related PCRR目标候选人被确定(图2和补充文件,表S3)。
3.3。药物/ Target-Pathway /疾病网络的分析
PCRR的10生物活性成分和153个候选目标对阿尔夫被导入到Cytoscape PCRR 3.8.0软件说明两组(图之间的交互3)。我们确定了核心组件在153 ALF-related PCRR目标候选人通过计算网络节点的度值。从高到低的顺序度,核心组件是槲皮素( ),毛地黄黄酮( ),β谷甾醇( ),和physovenine ( )(表2)。根据网络分析,PCRR的多种生物活性成分作用于至少一个核心目标基因。结果表明,治疗效果的PCRR在阿尔夫多组分和多目标特征。
3.4。功能和KEGG通路富集分析
阐明了生物过程参与ALF-related PCRR候选目标,富集分析。总共有320显著富集条件被确定( - - - - - -值< 0.05,补充文件,表S4)。十大显著富集条件,包括个基点,MFs和CCs呈现在图4(一)。从低到高的顺序调整 - - - - - -值,三大GO-MC条款主要是富含蛋白质领域特定的绑定(:0019904),类固醇激素受体活动(去:0003707)和支架蛋白绑定(去:0097110);三大GO-CC条款主要富集在细胞质(去:0005737),肥大细胞颗粒(去:0042629)和浓缩的染色体(去:0000793);和三大GO-BP条款主要富集在积极调节血管内皮细胞迁移(去:0043536),积极调节有丝分裂细胞周期(去:0045931),和积极的调控转录的RNA聚合酶II启动子(去:0045944)。
(一)
(b)
KEGG富集分析阐明疗效的途径参与PCRR治疗阿尔夫。因此,160年浓缩KEGG通路被确定( - - - - - -值< 0.05,补充文件,表S5)。前30名重要信号通路图所示4 (b)。十大ALF-related信号通路被确定为途径在癌症(路径:hsa05200), AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症(路径:hsa04933),乙型肝炎(路径:hsa05161),前列腺癌(路径:hsa05215),膀胱癌(路径:hsa05219),流体剪切应力和动脉粥样硬化(路径:hsa05418) interlukin (IL) -17信号通路(路径:hsa04657),卡波济肉瘤相关疱疹病毒感染(路径:hsa05167)胰腺癌(路径:hsa05212)和肿瘤坏死因子(TNF)信号通路(路径:hsa04668)。这些途径表明PCRR疗效的阿尔夫与细胞代谢,氧化应激,炎症和肝细胞凋亡。
3.5。PPI网络分析
评估PCRR的生物活性成分之间的合作,153年候选目标基因导入到数据库的字符串来构造一个初始PPI网络交互所需的最低分数> 0.9(图5(一个))。的Cytoscape 3.8.0软件被用来重建弦图,和HUBBA插件用于选择的前15名的目标策划(图5 (b))。的核心目标,anti-ALF可能扮演重要角色,TP53, AKT1,小君,HSP90AA1, MAPK1, RELA, TNF, ESR1,白细胞介素6,MYC, MAPK14,安全系数,RB1, CDKN1A和表皮生长因子受体(表3)。
(一)
(b)
3.6。验证通过分子对接
分子对接是用来验证配体和受体之间的相互作用。这里,我们应用这种策略4 PCRR生物活性化合物和15的核心目标基因通过AutoDock维纳(表4)。最低绑定< 0之间的分子势能及其目标表明,两个分子可以自发地绑定到对方(22]。自由能量最低的βHSP90AA1 AKT1谷甾醇,槲皮素,毛地黄黄酮AKT1,毛地黄黄酮HSP90AA1,和槲皮素AKT1估计为-10.9,-10.2,-9.8,-9.8,和-9.7千卡/摩尔分别(见图6)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
4所示。讨论
阿尔夫是一种罕见但严重的临床综合征涉及肝细胞损伤和进展迅速,导致多器官功能障碍的可能性(23]。阿尔夫,患者没有特效治疗方法。随着肝移植,阿尔夫的存活率大大提高(24]。然而,捐助者的缺乏和高处理成本限制了这种方法的应用。PCRR强调效果的是经典的中医治疗各种肝脏疾病的预防和治疗。中医包括多组分和多目标疗法,从力学上看很难描述。网络药理学是一个简单可行的方法,解决了这个困难。在这项研究中,生物活性成分和潜在的目标PCRR治疗阿尔夫预测通过网络药理学和分子对接。
根据ADME协议(OB≥30%, DL≥0.18)和目标对应的原则,四个生物活性成分筛选出来。的类黄酮木樨草素在各种类型的植物,包括水果,蔬菜,和香草,全球25]。先前的研究已经表明,毛地黄黄酮的保护作用acetaminophen-induced小鼠的肝衰竭可能与脂质过氧化的抑制作用,氧化应激,雌性激素受体压力(26,27]。槲皮素是一种生物活性的类黄酮多酚(28),它可以预防和治疗肝脏损伤,防止氧化应激,抑制炎性因子的释放,促进合成的抗氧化酶(29日,30.]。
基于PPI网络分析,我们预测,ALF-related PCRR生物活性化合物是最常见的有针对性的基因TP53 AKT1,小君,HSP90AA1, MAPK1, RELA, TNF, ESR1,白细胞介素6,MYC, MAPK14,安全系数,RB1, CDKN1A和表皮生长因子受体。肿瘤抑制基因P53 TP53编码(31日,32],其瞬时激活有助于防止acetaminophen-induced肝损伤进展,并持续激活P53可能影响肝脏的再生和恢复(33,34]。AKT1报道调节纤维发生和肝细胞和肝星状细胞增殖35,36]。此外,先前的研究已经证明可以促进促炎细胞因子和它抑制可以减弱饮酒导致的肝损伤37,38]。MAPK1(细胞外signal-regulated激酶2,ERK2)是参与调节细胞生理和病理39]。改变ERK信号通路通过ERK2缺乏可减少肝纤维化和炎症(40]。ESR1-mediated信号抑制chemical-induced肝损伤后肝再生通过抑制Wnt信号通路,导致较低的细胞周期蛋白D1激活(41]。在急性肝衰竭的发展,TNF-mediated over-immune级联反应可能导致大量肝细胞凋亡和受损肝细胞增殖(42,43]。
在阿尔夫探索PCRR的治疗机制,去KEGG通路富集分析。根据调整后的 - - - - - -值,三大GO-MC条款主要是富含蛋白质领域特定的绑定,类固醇激素受体的活动,和支架蛋白结合;三大GO-CC条款主要是在细胞质丰富,肥大细胞颗粒,和浓缩的染色体;和三大GO-BP条款主要富集在血管内皮细胞迁移的积极监管,积极调节有丝分裂细胞周期,和积极的监管RNA聚合酶II启动子的转录。10关键通路可能受PCRR KEGG治疗阿尔夫的通路富集分析包括癌症的途径、AGE-RAGE通路在糖尿病并发症,乙型肝炎、前列腺癌、膀胱癌、流体剪切应力和动脉粥样硬化,IL-17通路,卡波济肉瘤相关疱疹病毒感染,胰腺癌和肿瘤坏死因子。通路富集结果表明anti-ALF PCRR疗效主要结果调节免疫和炎症反应和细胞代谢。已知癌症机制与阿尔夫因为肿瘤浸润相关的课程之一阿尔夫进展(44- - - - - -46]。慢性乙型肝炎病毒感染是急性肝衰竭的重要原因之一,在发展中国家,包括中国(47]。AGE-RAGE互动有助于肝脏中脂肪堆积,增加氧化应激和慢性炎症,可能参与肝损伤(48- - - - - -50]。IL-17扮演着一个重要的角色在免疫介导的肝损伤的发病机制;IL-17显著调节肝脏和血清的BALB / cJ小鼠感染鼠肝炎病毒株3 (51]。PI3K-Akt信号影响细胞迁移,动员、分化和细胞凋亡52,53),也被发现影响早期肝再生和改善生存acetaminophen-induced急性肝损伤的小鼠模型(52,54]。过多的活性氧(ROS)可以直接导致氧化应激,这在肝损伤中起着重要的作用55]。激活的PI3K / Akt信号可以减轻肝损伤减少ROS水平,抑制细胞凋亡,促进hyoxia-inducible因子- 1α(56]。
5。结论
这是第一个研究预测PCRR在阿尔夫的治疗机制通过网络药理学和分子对接。结果表明在阿尔夫PCRR涉及多个组件的治疗效果,目标和途径。毛地黄黄酮、槲皮素、β谷甾醇,physovenine可能的主要生物活性化合物PCRR反对阿尔夫。因此,这项研究提供了一个研究平台与候选人ALF-related PRCC的目标对阿尔夫疗法的发展。然而,它也有一些局限性。首先,潜在的生物活性成分筛选主要由数据库使用ADME协议[58],和一些组件可能会被忽视。其次,研究缺乏实验验证,应该在解决生物相关平台在未来。
缩写
| 阿尔夫: | 急性肝衰竭 |
| PCRR: | Polygoni Cuspidati根茎等基数 |
| 中医: | 中国传统医学 |
| TCMSP: | 中药药理学的系统 |
| OB: | 口服生物利用度 |
| DL: | Drug-likeness |
| PPI: | 蛋白质相互作用 |
| 走: | 基因本体论 |
| KEGG: | 京都基因和基因组的百科全书。 |
数据可用性
期间获得的所有数据或分析这项工作包括在本文中。
的利益冲突
作者没有利益冲突的相关研究。
作者的贡献
经香港、杰丁和韩寒香港贡献同样这项工作。
确认
这项研究是由主要的中医临床研究项目上海市卫生和计划生育委员会(没有。ZY [2018 - 2020] ccx - 4003)和“攀登计划”234年纪律长海医院,海军医科大学(No.2019YXK029)。
补充材料
200年的目标基因与10生物活性成分的PCRR交互,以及2913年ALF-related目标基因提供了补充表S1和S2,分别。153年ALF-related PCRR目标候选人提供了补充表S3。去和KEGG通路富集分析的结果提供了补充表S4和S5,分别。(补充材料)