基于网络药理学的黄芩黄连抗动脉粥样硬化作用机制研究

基于网络药理学的黄芩黄连抗动脉粥样硬化作用机制研究

动脉粥样硬化（AS）是一种主要累及大、中动脉的全身性疾病，且患者日趋年轻化，对人类健康和生命安全构成极大威胁。黄连是治疗AS的中药复方中常用的核心药物组合，此外，在许多治疗AS的方剂中也可以发现QLYD。因此，本文通过网络药理学、生物信息学、分子对接等手段，在分子水平上系统分析QLYD在AS中的作用机制。

数据来源

研究思路

作者首先基于TCMSP数据库筛选了QLYD（黄芩和黄连）的有效成分和靶点，利用Cytoscape构建了QLYD活性组分及其靶点的调控网络，基于OMIM、DrugBank、DisGeNET、Gene Cards和CTD数据库中挖掘AS的潜在治疗靶点；接着，基于GEO数据库中获取正常或动脉粥样硬化的差异基因，对上述基因取交集，最终保留了68个潜在的AS治疗靶点。利用String构建了一个包含68个节点和1060条边的PPI网络并基于MCC算法确定排名前5的枢纽基因（IL6、VEGFA、AKT1、TNF和IL1B），并利用MCODE插件对上述靶点进行蛋白聚类分析。随后，作者对上述68个相交靶点进行功能富集分析，以核心成分与核心靶点进行分子对接分析。最终建立了小鼠AS模型探究QLYD的抗AS作用。

主要结果

1. QLYD活性成分及其靶点确定

本研究基于TCMSP数据库筛选了QLYD（黄芩和黄连）的有效成分，分别鉴定了14种和37种活性成分，对其进行归一化和靶点分析，最终保留了49个有效成分及其225个靶点。随后利用Cytoscape构建了QLYD活性组分及其靶点的调控网络（图1），其中相关度最高的是槲皮素、汉黄芩素、植物甾醇、黄芩素和延胡索，此外，据文献报道，小檗碱被广泛用于治疗AS，将其纳入接下来的分析。

图1 QLYD有效成分与靶点的关系网络

2. QLYD抗AS关键靶点鉴定

作者基于OMIM数据库、DrugBank数据库、DisGeNET数据库、Gene Cards数据库和CTD数据库中挖掘AS的潜在治疗靶点，分别鉴定了145、53、239、1221和64个抗AS靶点；基于GEO数据库中获取正常或动脉粥样硬化的基因表达谱，其中差异上调基因355个和差异下调基因126个（图2A-B）；对上述基因取交集，最终保留了68个相交靶点（图2C-D）。

图2 QLYD抗AS关键靶点鉴定

3. 关键靶点PPI网络分析及蛋白聚类分析

利用String构建了一个包含68个节点和1060条边的PPI网络（图3A），图中节点面积越大，颜色越深，展示了排名前20位的靶点（图3B）；作者基于CYTOHUBBA中的MCC算法确定排名前5的枢纽基因（IL6、VEGFA、AKT1、TNF和IL1B）（图3C），并利用MCODE插件对上述靶点进行蛋白聚类分析（图3D），最终得到3个不同的蛋白簇，其中以MMP9蛋白为基础的Cluster1参与了细胞迁移、凋亡信号通路的调控、炎症反应的调控和血管内皮生长因子生成等调控过程；以MAPK14蛋白为基础的Cluster 2参与了血液凝固的正向调节、上皮细胞凋亡过程的调节、活性氧代谢过程的调节和炎症反应等生物进程；以CYP3A4蛋白为基础的Cluster 3参与了外源分解代谢过程、脂肪酸生物合成和代谢过程（图3E）

图3 QLYD干扰AS交叉目标的PPI网络分析结果

4. 功能和通路富集分析

GO富集分析结果表明，上述68靶点主要富集了对炎症反应的调节、活性氧代谢过程、细胞因子活性和受体配体活性等生物进程（图4A）；KEGG富集结果表明QLYD主要参与了AGE-RAGE信号通路、TNF信号通路、HIF-1信号通路和MAPK等信号通路（图4B）。此外，作者还对排名前50的KEGG通路进行了分类（图4C-D）：细胞过程（细胞生长和死亡）、机体系统（免疫系统、内分泌系统、发育和再生）、人类疾病（传染病、心血管疾病、内分泌代谢疾病和免疫疾病）、信号转导（TNF信号通路、HIF-1信号通路、MAPK信号通路和PI3K-Akt等信号通路）。在AS相关通路网络分析中（图4E-F），MAPK1、AKT1、MAPK14、IL1B和FOS排名靠前，QLYD可以通过协调多个通路来治疗AS。

图4 QLYD干预AS交叉靶的GO和KEGG富集分析

5. 分子对接分析

根据以上分析，作者以五大核心成分（槲皮素、汉黄芩素、植物甾醇、黄芩素和延胡索）及小檗碱与IL6、VEGFA、AKT1、TNF、IL1B、MAPK1、FOS等核心靶点进行分子对接分析（图5A）。其中汉黄芩素与FOS结合活性为−9.4；小檗碱与FOS结合活性为−9.0；槲皮素与FOS结合活性为−8.2；小檗碱与AKT1结合活性为−8.2；小檗碱与TNF结合活性为−8.0（图5B-F）。

图5 核心靶点与核心成分的分子对接结果

6. 小鼠AS模型验证QLYD作用

为了验证QLYD的抗AS作用，建立ApoE-/小鼠AS模型。图6A显示，QLYD显著减少AS小鼠动脉粥样化面积，降低斑块内脂质含量，但对其胶原纤维含量影响不大；与模型组比较，QLYD组小鼠血清总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平显著降低（图6B）；此外，QLYD显著降低AS小鼠血清中TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-18的水平；免疫蛋白印迹结果表明QLYD显著降低TLR4的表达，对NF-κB p65表达无显著影响。上述结果表明QLYD可通过TLR4/NF-κB信号通路在一定程度上降低AS小鼠炎症水平，发挥其抗AS作用。

图6 QLYD干预AS小鼠体内实验研究

文章小结

这篇文章采用了实验+生信分析+实验的模式，从整体到效果到分子机制层层递进，干湿结合，是研究中药效果的不错的思路。中医药方向的小伙伴要赶紧抓住机会，利用生信助攻中医药实验研究，缩短研究周期，尽早发文，中药经方发表SCI so easy！同时“老药新用”的研究思路可以拓展成为国自然课题，一举两得想复刻的小伙伴可以扫码联系生信湾风里雨里，生信湾一直在这等你哦