基于网络药理学技术探讨桑椹治疗便秘的作用机制

2023-11-03 05:42郭君鑫林天宝吕志强
蚕桑通报 2023年1期
关键词:桑椹网络图靶点

郭君鑫,林天宝,吕志强*

(1. 画水君鑫家庭农场,浙江 东阳 322102; 2. 浙江省农业科学研究院 蚕桑与茶叶研究所,浙江 杭州 310021)

便秘是现代人群中比较常见的一种肠道疾病,特别是在老年人群多发,同时给患者带来一些并发症[1]。近年来,伴随着现代饮食结构的改变和生活节奏加快,便秘的发病率显著升高,严重影响着国民的身体健康[2]。中医药已被证实在临床上具有良好的便秘预防与治疗疗效。

桑椹(Fructus Mori),又名桑果、桑枣、文武实等,为桑属桑科桑树的成熟果实,是一种美味、营养价值高的浆果类水果;同时,桑椹还是我国一味传统中药材,入药始载于唐代《新修本草》;味甘、性寒;归心、肝、肾经[3]。桑椹,具有滋阴补血、生津润肠、填精补脑等功效;具有良好的抗氧化、抗微生物、抗高血糖、抗高脂血症、抗炎、抗癌作用,常用于眩晕耳鸣,心悸失眠,须发早白,津伤口渴,内热消渴,血虚便秘[4]。

桑椹已经被临床上证实具有治疗便秘的作用,但其主要活性成分、作用靶点与调控机制等尚不明确。因此,本研究以桑椹为研究对象,运用网络药理学方法筛选桑椹治疗便秘的有效成分及潜在靶点,并进行生物信息学分析,得到桑椹分子作用机制,为进一步理论研究及临床应用提供科学依据。

1 数据来源

1.1 桑椹化学成分筛选及靶点获取

从TCMSP(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)数据库中输入“桑椹”,检索药物化学组分及该组分靶基因,以口服生物利用度(OB)>30%,并且化合物类药性(DL)>0.1为筛选条件,检索桑椹的主要化学成分并收集化合物的相应靶点。

1.2 便秘相关靶点的获得

从Gene Cards、OMIM共2个疾病相关靶点的数据库中检索便秘相关靶点,筛选关键词设置为“constipation”,设定物种为“Homosapiens”,取2数据库共性靶点为便秘相关靶点。

1.3 药物靶点和疾病靶点交集

利用R语言,对“1.1”与“1.2”所得到的桑椹预测作用靶点和疾病靶点集合的靶点名称,取交集,得到桑椹治疗便秘的靶点。

1.4 构建药材-化合物-靶点-疾病网络图

将上述分析得到的桑椹作用便秘主要化合物以及对应靶点,导入Cytoscapev3.9.1中进行可视化,得到药材-化合物-靶点-疾病网络图,并对网络图进行分析。

1.5 靶蛋白相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络构建

将筛选到的靶点蛋白于STRING 数据库(https://string-db.org/)进行PPI网络模型构建,选择“Homo Sapiens”为分析的生物体,置信度得分设置为最高置信度(0.900)之后进行整合和评估。

1.6 GO与KEGG分析

在DAVID网站(https://david.ncifcrf.gov/)进行靶点的基因本体(GO)功能分析和KEGG(京都基因与基因组百科全书,Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集分析。

2 结果

2.1 主要成分信息

从TCMSP(https://old.tcmsp- e.com/tcmsp.php)数据库中输入“桑椹”,设置口服生物利用度(OB)>30%”、“DL>0.1”,得到桑椹中12种活性成分,见表1,共获得370个预测靶点。从Gene Cards、OMIM共2个疾病相关靶点的数据库中检索便秘相关靶点452个。通过取交集,共找到桑椹化合物治疗便秘靶点211个。

将桑椹与交集靶点导入Cytoscape中,得到药材-化合物-靶点-疾病通路网络,结果见图1。图中节点数量有214个,349条边,平均相邻节点数量为3.24。在化合物中节点最大为quercetin 和oleic acid,提示桑椹主要通过quercetin和oleic acid调控靶点发挥治疗便秘的功效。此网络中度值排名前5 的靶点为PTGS1、RXRA、NCOA2、HSP90AA1和PPARG。

图1 化合物-靶点-疾病网络图Fig. 1 Network of ingredients,targets,and disease

2.2 构建蛋白互作网络(PPI)及hub蛋白的提取

将211 个靶点导入String 数据库,以互作分数(Interaction score)≥0.9为参照,获取PPI网络,共获取39个节点,100条边,平均度值为1.59,见图2。通过Degree分析识别筛选其中的hub蛋白,hub蛋白包括:AR、AKT1、BCL2、CREBBP、FABP1、HMGCR、RXRA、PPARD、PPARG、MMP1、MMP2、TIMP1、TIMP2。

图2 桑椹-便秘靶点PPI网络Fig. 2 Ppi network of targets of mulberry fruits for constipation therapy

2.3 靶点GO与KEGG富集分析

在线对于桑椹治疗便秘的作用靶点进行GO与KEGG 富集分析。通过GO 富集分析,211 靶点显著富集于127 个GO 分类(P<0.05),其中,分子功能(MF)29个、细胞组分(CC)12个、生物学过程(BP)86个,3 个分类排名前10 位分类如图3 所示。分子功能分类,靶点主要富集于锌离子结合(zinc ion binding)、氧化还原酶活性(oxidoreductase activity)与酶结合(enzyme binding);细胞组分主要富集于液泡(cytosol)、细胞质膜(plasma membrane)和膜的整体成分(integral component of membrane);生物学过程主要富集于药物反应(response to drug)、炎症应答(inflammatory response)和凋亡过程的负调控(negative regulation of apoptotic process)。

图3 桑椹防治便秘作用靶点GO富集分析柱状图Fig. 3 Histogram of GO enrichment analysis of targets of mulberry fruits for constipation therapy

KEGG功能注释富集分析结果显示,211个作用靶点显著富集到28条信号通路(P<0.05),前20条信号通路如图4 所示。可以看出,PPAR 信号通路(PPAR signaling pathway)、酒精性肝病(alcoholic liver disease)、糖尿病并发症AGR 受体信号通路(AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications)、脂质与动脉粥样硬化(lipid and atherosclerosis)、流体剪切应力与动脉粥样硬化(fluid shear stress and atherosclerosis)、酪氨酸代谢(tyrosine metabolism)、脂肪细胞内脂类分解调控(regulation of lipolysis in adipocytes)及药物代谢-细胞色素P450(drug metabolism-cytochrome P450)等。

图4 桑椹防治便秘作用靶点KEGG富集分析气泡图Fig. 4 Bubble diagram of KEGG functional enrichment analysis of targets of mulberry fruits for constipation therapy

3 讨论

桑椹性味甘寒,人肝肾经,具有滋阴补血、生津润燥功效,能治心肾不交或习惯性便秘(闽南民间草药)[5]。

本研究结果从数据库中筛选出桑椹候选活性化合物12 个,预测潜在参与便秘治疗的相应靶点211 个。通过构建活性成分和靶点网络模型并分析结果,发现度值较高的候选活性分子分别是quercetin 和oleic acid,度值较高的靶点为PTGS1、RXRA、NCOA2、HSP90AA1 和PPARG,提示桑椹主要通过quercetin 和oleic acid 调控这些靶点发挥治疗便秘的功效。通过富集分析和通路分析得出,桑椹中活性成分的靶点主要参与的生物过程包括锌离子结合、氧化还原酶活性、液泡、药物反应与炎症应答等,主要在PPAR 信号通路、酒精性肝病、糖尿病并发症AGR 受体信号通路等发挥其药理作用。

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