基于网络药理学和分子对接探讨高频调髓中药治疗股骨头坏死的作用机制.pdf
《基于网络药理学和分子对接探讨高频调髓中药治疗股骨头坏死的作用机制.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于网络药理学和分子对接探讨高频调髓中药治疗股骨头坏死的作用机制.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、74DOl:10.16720/ki.tcyj.2023.120Special Wild Economic Animal and Plant Research特产研究基于网络药理学和分子对接探讨高频调髓中药治疗股骨头坏死的作用机制汪正明1,2,3,王瑞3,金钊3,吕帅洁3,金红婷3,肖鲁伟3,詹红生1,2 1.上海中医药大学附属曙光医院石氏伤科医学中心,上海2 0 12 0 3;2.上海市中医药研究院骨伤科研究所,上海摘要:运用网络药理学和分子对接方法,探讨熟地、牛膝、茯苓、肉蓉和苑丝子等高频调髓中药治疗股骨头坏死(Osteonecrosisofthefemoral head,ONFH)的作用机
2、制。借助TCMSP平台,获取高频调髓中药的活性成分与潜在作用靶点,将上述药物作用靶点在Uniprot数据库中进行标准化处理。通过GeneCards和OMIM两大疾病数据库,获取得到ONFH疾病相关基因靶点,对所得到的已规范化的药物活性成分与疾病靶点进行整理合并,得到交集基因靶点。通过Cytoscape 软件和 String数据库,绘制药物一活性成分一靶点一疾病网络和构建蛋白互作网络,分析网络中关键活性成分和蛋白靶点。利用R软件对交集基因进行基因本体(Gene ontology,GO)功能和京都基因与基因组百科全书(Kyoto EncyclopediaofGenesandGenomes,KEGG
3、)通路富集分析,得到交集基因富集的功能与信号通路。为了验证药物活性成分与作用靶点结合的稳定性,使用AutoDockTools和AutoDockVina软件进行分子对接验证,并在PyMOL软件中进行可视化分析,共得到5味调髓中药54个活性成分,10 7 4个药物靶点,195个作用基因靶点,ONFH相关疾病靶点12 19个。调髓中药有效作用靶点与疾病交集靶点39 个。G0功能分析得到16 19 个条目,包括1517 个生物过程,10 个细胞组成及9 2个分子功能,其主要与血管生成、骨、脂质代谢和炎症反应等过程相关。KEGG通路富集分析得到119条通路,主要有AGE-RAGE信号通路、PI3K-Ak
4、t信号通路和IL-17信号通路等。分子对接结果显示,榭皮素、汉黄芩素和山奈酚等关键活性成分与IL6、P53和VEGF等核心蛋白具有良好的亲和力。本研究表明,高频调髓中药可通过调节免疫炎症反应、血管生成和骨代谢等过程,而达到治疗ONFH的作用,其具有多成分、多靶点和多途径的综合治疗作用特性。关键词:调髓;中药;股骨头坏死;网络药理学;分子对接中图分类号:R285每2 0 12 0 3;3.浙江中医药大学附属第一医院(浙江省中医院),浙江杭州310 0 0 6)文献标识码:A文章编号:10 0 1-47 2 1(2 0 2 3)0 4-0 0 7 4-0 8Mechanism of Chinese
5、 Herbs of Regulating Marrow in the Treatment ofOsteonecrosis of the Femoral Head Based on Network Pharmacology andMolecular DockingWANG Zhengmingl,2.3,WANG Rui3,JIN Zhaokai3,LV Shuaijie3,JIN Hongting3,XIAO Luwei3,ZHAN Hongshengl,2*1.Shis Center of Orthopedics and Traumatology,Shuguang Hospital Affil
6、iated to Shanghai University of Traditional Chin-ese Medicine,Shanghai 201203,China;2.Institute of Traumatology&Orthopedics,Shanghai Academy of Traditional Chin-ese Medicine,Shanghai 201203,China;3.The First Affiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University(ZhejiangProvincial Hospital of Ch
7、inese Medicine),Hangzhou 310006,Chinal收稿日期:2 0 2 2-12-2 7基金项目:上海市慢性筋骨病临床医学研究中心项目(2 0 MC1920600);上海市临床重点专科“中医骨伤科 项目(shslczdzk03901);国家自然科学基金项目项目(8 2 0 7 446 6、8 18 7 332 5);全国中医学术流派传承工作室第二轮建设项目;上海高水平地方高校创新团队(慢性筋骨病损研究与转化)项目;“海派中医流派传承延伸计划”项目 ZY(2021-2023)-0209-02;“华东片区及市级中医专科筋骨病损专科联盟建设”项目;上海市2 0 2 1年度“
8、科技创新行动计划”医学创新研究专项面上项目(21Y11921600)作者简介:汪正明(1996-),男,江西上饶人,博士研究生,从事慢性筋骨病的防治研究。通讯作者:詹红生(196 4-),男,博士,主任医师,博士研究生导师,从事慢性筋骨病的防治研究。第4期Abstract:This paper discussed the mechanism of high-frequency marrow-regulating Chinese medicines,such as Shudi,Niuxi,Fuling,Rou-congrong,and Tusizi,in treating osteonecros
9、is of the femoral head(ONFH)by using network pharmacology and molecular docking me-thods.With the TCMSP,the active ingredients and potential targets of high-frequency Chinese herbs of controlling marrow were discovered,and the UniProt database was used to standardize the drug targets.The GeneCards d
10、atabase and the OMIM database were used to find thegenes that were targeted for the ONFH.The standardized drug targets and disease targets were intersected to get the intersecting targets.Using Cytoscape software and the STRING database,the drug-component-target-disease network and protein-protein i
11、nteraction networkwere built,and the key active ingredients and targets were examined.In order to investigate the function and signal pathway of the enrich-ment of overlapping genes,the gene ontology(GO)and the Kyoto Encyclopediaof Genesand Genomes(KEGG)were analyzed by R soft-ware.Finally,in order
12、to establish the stability of the combination of drug active components and action targets,molecular docking verific-ation using the AutoDockTools and AutoDock Vina tools and visual analysis using the PyMOL program were both completed.A total of 54active components,1 074 drug targets and 195 gene ta
13、rgets were obtained.There were 1 219 ONFH related targets.There were found to be39 pharmacological and illness interaction targets.The GO enrichment analysis produced 1 619 items,including 10 cellular components,1 517 biological processes,and 92 molecular activities,which is mainly related to angiog
14、enesis,bone and lipid metabolism and inflammatoryreaction.119 pathways were identified by the KEGG enrichment analysis,including the AGE-RAGE signaling route,the PI3K-Akt signalingpathway,and the IL-17 signaling pathway.Molecular docking results showed that quercetin,wogonin,and kaempferol active co
15、mponentshad good affinity with IL6,p53 and VEGF core proteins.The high-frequency Chinese herbs of regulating marrow can treat ONFH by regu-lating immune inflammation,angiogenesis and bone metabolism.It has the characteristics of multi-component,multi-target and multi-pathcomprehensive treatment.Key
16、words:Regulating marrow;Chinese herbs;osteonecrosis of the femoral head;network pharmacology;molecular docking股骨头坏死(Osteonecrosis of the femoral head,ONFH)是一种主要由创伤性与非创伤性等多种不同致病因素,导致的男性年龄明显小于女性而发病率明显高于同龄女性的一种骨科慢性病和常见性疾病 1。国内首次大规模非创伤性骨坏死流行病学调查结果显示,我国估计有8 12 万人患有非创伤性骨坏死,且中青年和处于疾病早、中期的患者为主要患病人群 2 。目前,未予
17、治疗的终末期 ONFH会逐渐发展为髋骨性关节炎,引发剧烈疼痛、关节功能丧失,患者日常生活工作质量受到严重影响。全关节置换术(Total hiparthropla-sty,THA)是一种有效的治疗措施,但 THA的关节假体具有一定的可使用寿命,对于国际骨微循环研究协会分期I-II及IIIa期或症状轻、年龄小的患者,过早行关节置换后期可面临多次翻修等问题,因此,对此类患者应运用各种手段延缓疾病进展,积极进行保髋治疗 3。“髓系骨病 理论概念是浙派中医骨伤学家在传统中医经典理论“肾主骨”的基础上,结合一系列理论、基础及相关临床实践研究,逐步总结发展提出的,其主要包括由人体干细胞及其微组织环境调节功能
18、紊乱所引起的骨与关节疾病,其病机可总结概括为“诸骨病萎,皆属于髓”。“调髓”是此类疾病的治疗原则,可分为内源性调髓、外源性充髓两种途径。内源性调髓指通过使用各种调髓中药来调动体内干细胞向病变局部迁移,从而恢复并维持骨稳态,延缓疾病进展 4,5。ONFH在汪正明,等:基于网络药理学和分子对接探讨高频调髓中药治疗股骨头坏死的作用机制但其具体药理作用尚不清楚明确。中药网络药理学是基于系统生物学理论,融合系统生物学、生物信息学和网络科学等学科的新兴学科,可对药物进行多靶点分子作用机制研究。分子对接技术可通过计算机对药物配体和蛋白质受体间的对接模式及其结合紧密度进行模拟分析 8 。本文借助网络药理学的思
19、路与方法,结合分子水平对应用频次前5味的调髓中药 9(熟地一牛膝一茯苓一肉蓉一丝子)的多成分和多靶点与ONFH的复杂网状关系进行研究,旨在探明高频调髓中药干预ONFH潜在作用分子机制,为我国医药治疗中医骨病提供现代科学依据,为新药开发提供理论参考。1材料与方法1.1调髓中药成分与靶点收集在中药系统药理学数据库与分析平台中分别检索熟地、牛膝、茯苓、肉蓉和丝子等5味调髓药物的活性成分和对应靶点 10 ,为了得到药物有效活性成分,将口服生物利用度及类药性两个属性值作为筛选条件,分别设定其数值不低于30%与0.18。此外,为了后续研究,将检索所得的活性成分靶点参照Uniprot数据库进行规范化处理 1
20、1。75我国医学中被归为“骨蚀”“骨痿”和“骨痹”等范畴,是髓系骨病的代表性疾病之一,病位在骨,病因为髓萎骨枯。前期研究表明,调髓中药可对本病起到积极作用 6,7 ,761.2ONFH相关靶点收集收集 ONFH疾病相关基因靶点,进入GeneCards数据库与OMIM数据库,将“Osteonecrosisof theFemoralHead作为检索词进行检索,筛选、整合所得疾病靶点。1.3玄药物一治疗成分靶点一疾病网络的绘制利用上述得到的规范后的药物作用靶点和ONFH疾病靶点,得到交集基因靶点。借助Cytoscape3.8.0软件绘制药物一治疗成分一靶点一疾病网络图。随后,计算网络中活性成分度值大
21、小,筛选得出主要活性化合物。1.4PPI网络的构建及其拓扑分析通过String数据库对交集靶点进行PPI网络构建,得到靶点间的作用关系。将所得网络数据导入Cy-toscape软件,设置以下4个参数为连接度中心性(De-gree centrality,DC),紧密度中心性(Closeness centra-lity,CC),中介中心性(Betweeness centrality,BC)及特征向量中心度(Eigenvectorcentrality,EC)均大于其中位值,最后据DC来评估节点地位。根据上述参数进行网络核心节点的筛选,得出度值较高的核心蛋白。1.5GO功能和KEGG通路富集分析利用R软
22、件对上述交集基因进行GO功能和KEGG通路富集分析,得到交集基因的功能与信号通路。1.6活性成分与关键靶点的分子对接验证为了预测活性成分与蛋白靶点结合模式及紧密度,将上述所得度值最高的前3个活性成分与蛋白靶点分别作为配体与受体,进行分子对接。分别在Pub-Chem与PDB数据库中获得活性成分的三维结构及靶点的蛋白结构,导入AutoDockVina进行分子对接,利用PyMOL软件对结果进行输出优化。2丝结果与分析2.155味高频调髓中药主要成分和相关蛋白及基因靶点整合平台内5味调髓药物累计有54个活性成分,熟地、牛膝、茯苓、肉蓉和菀丝子各有2、2 0、15、6 和11个;共有10 7 4个主要药
23、物作用靶点,删除重复项后,进一步利用Uniprot数据库对作用靶点进行基因名称的分析转化。得出各调髓中药间有11个共同的基本作用靶点,去除相同基因,5味高频调髓中药共获得195个潜在基因靶点。2.2ONFH疾病靶点整合在OMIM数据库、GeneCards数据库中进行ONFH特产研究基因的检索,分别得到1110 个和12 9个基因,删除重复基因,得到12 19个疾病相关基因。运用Venny平台将调髓中药药物有效成分调控的靶点与ONFH 的治疗靶点取交集,得到交集靶点39个,见图1。药物作用靶点15639图1调髓中药-股骨头坏死交集靶点Venn图Fig.1 Venn diagram of Chin
24、ese herbs of regulating mar-row-osteonecrosis of the femoral head intersection targets2.3药物-治疗成分一靶点一疾病网络绘制与分析使用Cytoscape对交集靶点进行药物一治疗成分一靶点一疾病网络图的绘制(椭圆形表示疾病,三角形表示调髓药物,六边形表示有效成分,菱形表示作用靶点),见图2。NetworkAnalyzer计算分析得到6 0 个节点,335条边,其中疾病1个节点,调髓中药5个节点,药物成分节点15个,基因靶点39个,平均Degree值为11.2。调髓中药据度值由大到小排列为牛膝、菀丝子、肉蓉、茯
25、苓和熟地,活性成分度值较高的有MOL000098,MOL000173,MOL000422,MOL002714和MOL000354等,作用靶点度值前5位分别为AR,ESR 1,PPA R G,MMP1 和 AHSA1。2.4PPI网络的构建与分析调整相关筛选参数,运用String数据库分析5味高频调髓中药治疗ONFH相关的39 个靶点,得到蛋白互作关系及相关网络数据,筛选关键核心靶点蛋白。结果显示,共得到37 个节点,338 条边(节点间的相互作用关系),平均度值为18.2 7,见图3。筛选出DC、CC、BC和EC均大于其中位值的基因靶点共15个,然后据度值大小,得出IL6、T P53、VEG
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 网络 药理学 分子 对接 探讨 高频 中药 治疗 股骨头 坏死 作用 机制
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。