专栏名称: 中草药杂志社

《中草药》杂志社网络推广与宣传

基于网络药理学和分子对接研究白花蛇舌草和半枝莲药对治疗宫颈癌的作用机制

中草药杂志社 · 公众号 · 药品 · 2021-02-26 07:41

正文

摘要：目的通过网络药理学与分子对接方法探究白花蛇舌草 Hedyotis diffusa 和半枝莲 Scutellaria barbata 药对治疗宫颈癌的潜在活性成分及作用机制。方法通过中药系统药理学数据库分析平台（ TCMSP ）和 STITCH 数据库搜集白花蛇舌草和半枝莲药对的活性成分和靶点，在 DisGeNET 网站下载宫颈癌疾病靶点；以 String 平台数据为基础，利用 Cytoscape 软件构建白花蛇舌草和半枝莲药对与宫颈癌共同靶点的蛋白质 - 蛋白质相互作用（ protein-protein interactionnetwork ， PPI ）网络；利用 CytoHubba 筛选 信号通路关键基因（ h ub 基因），构建靶点的拓扑网络图；绘制“活性成分 - 靶点 - 通路”网络图；采用 Schrodinger 软件对活性成分与靶点进行分子对接。结果 “活性成分 - 靶点 - 通路”网络显示，白花蛇舌草和半枝莲药对有 25 个主要活性成分， 38 个主要靶点，与 18 个信号通路有关。分子对接结果显示，白花蛇舌草和半枝莲药对 25 个活性成分与 38 个靶点部分或全部对接成功。结论白花蛇舌草和半枝莲药对通过多成分、多靶点、多通路参与宫颈癌细胞凋亡。

宫颈癌主要由感染人乳头瘤病毒（ human papilloma virus ， HPV ）引起 ^[1-2] 。 2019 年国家癌症中心发布的有关中国恶性肿瘤流行情况分析显示，宫颈癌占中国女性恶性肿瘤发病的 6.24% ^[3] 。中药活性成分在抗肿瘤方面具有多途径、多靶点、不良反应小等优势 ^[4] 。白花蛇舌草 Hedyotis diffusa Willd . 与半枝莲 Scutellaria barbata D. Don 药对在宫颈癌的中医治疗中体现出一定的疗效 ^[5-9] 。该药对含有黄酮类、萜类、多糖类等化学成分，具有抗肿瘤活性 ^[10-12] 。本研究通过搜集白花蛇舌草和半枝莲药对的潜在活性成分，探究其作用于宫颈癌的靶点及作用机制，为白花蛇舌草和半枝莲药对治疗宫颈癌的体内外研究提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据库与软件

DisGNET （ https://www.disgenet.org/ ），中药系统药理分析平台（ TCMSP ， http://tcmspw.com/ ）， STITCH 网站（ http://stitch.embl.de/cgi/input.pl ）， Uniprot 网站（ https://www.uniprot.org ）， String 网站（ https://string-db.org/ ）， PDB 数据库（ https://www. rcsb.org/ ）， PubChem 数据库 (http://pubchem.ncbi. nlm.nih.gov) ， DAVID 网站（ https://david.ncifcrf.gov/ home.jsp ）， Cytoscape 3.7.2 软件， Schrodinger 2018 软件， BioinfoGP （ https://bioinfogp.cnb.csic.es ）。

1.2 白花蛇舌草和半枝莲药对的活性成分和靶点筛选

以类药性（ drug-likeness ， DL ）≥ 0.18 、口服生物利用度（ oralbioavailability ， OB ）≥ 30% 为筛选条件，在 TCMSP 平台搜集白花蛇舌草和半枝莲的活性成分，记录活性成分的 PubChem ID 、靶点名称，通过挖掘文献补充由于 OB 和 DL 过小被遗漏的活性成分。以 PubChem ID 寻找 SMILE 表达式，在 STITCH 网站中寻找相关靶点， Uniprot 网站确定各靶点的 Uniprot ID 。

1.3 宫颈癌疾病靶点筛选

DisGeNET 网站中以“宫颈癌”为疾病名称，检索得到宫颈癌疾病靶点，去除不具有 Uniprot ID 的靶点，去除具有相同 Uniprot ID 的不同靶点，保留唯一 Uniprot ID 的靶点。利用 BioinfoGP 中 VENNY2.1 工具，将白花蛇舌草和半枝莲药对主要活性成分的预测靶点与宫颈癌相关靶点进行交集分析并绘制韦恩图，提取白花蛇舌草与宫颈癌、半枝莲与宫颈癌的交集靶点。

1.4 宫颈癌与白花蛇舌草和半枝莲药对共同靶点的蛋白质 - 蛋白质相互作用 （ protein-protein interactionnetwork ， PPI ）关系

将白花蛇舌草与宫颈癌、半枝莲与宫颈癌的交集靶点导入 STRING 平台，绘制 PPI 网络图。将筛选得到的互作靶点输入 DAVID 网站，进行基因本体（ g ene ontology ， GO ）功能富集分析和京都基因与基因组百科全书（ Kyoto encyclopedia of genes andgenomes ， KEGG ）通路富集。

1.5 互作靶点拓扑关系图与信号通路关键基因 （ Hub 基因）分析

利用 Cytoscape 软件进行拓扑分析并绘制网络图，利用 CytoHubba 插件计算度值≥ 25 的 Hub 基因。

1.6 “ 活性成分 - 靶点 - 通路 ” 网络的构建

利用 Cytoscape 软件绘制“活性成分 - 靶点 - 通路”网络图。

1.7 活性成分与靶点的分子对接验证

选择“活性成分 - 靶点 - 通路”网络图中的主要活性成分与靶点进行分子对接。在 PDB 数据库寻找靶点的 PDB 文件，在 PubChem 数据库寻找活性成分的 SDF 文件，利用 Schrodinger 2018 软件进行分子对接。

2 结果

2.1 白花蛇舌草和半枝莲药对的活性成分和靶点筛选

如表 1 所示，白花蛇舌草包含 37 个活性成分，经过筛选得到 8 个主要活性成分和 88 个相关靶点；如表 2 所示，半枝莲包含 94 个活性成分，经过筛选得到 29 个主要活性成分和 170 个相关靶点。

2.2 宫颈癌相关靶点的筛选

共得到宫颈癌相关靶点 859 个，将白花蛇舌草和半枝莲药对主要活性成分的靶点与宫颈癌相关靶点进行交集并绘制韦恩图如图 1 所示，宫颈癌与白花蛇舌草共有靶点 25 个，宫颈癌与半枝莲共有靶点 46 个，白花蛇舌草、半枝莲、宫颈癌潜在靶点总数为 53 个。

2.3 宫颈癌与白花蛇舌草和半枝莲药对共有靶点的 PPI 分析

将 53 个互作靶点导入 STRING 网络平台，如图 2 所示， PPI 互作有 53 个节点， 633 条边，平均节点度值为 23.9 ，平均局部聚类系数为 0.775 ， P ＜ 1.0 × 10 ⁻ ¹⁶ ，表明该组互作靶点与随机相似靶点组合对比具有显著差异。

2.4 互作靶点通路与功能分析

将 53 个靶点输入 DAVID 网站，进行 GO 功能富集分析，互作靶点与 258 个生物过程相关，与 25 个细胞组分相关，与 53 个分子功能相关。以基因数≥ 10 的 GO 条目进行条形图绘制，如图 3 所示，生物过程主要富集在对药物的反应、缺氧反应、凋亡过程的正负调控、炎症反应、基因表达的正调控、细胞增殖正负调控、凋亡过程、信号转导、 RNA 聚合酶 Ⅱ 启动子转录的正负调控等；细胞组分主要富集在线粒体、核、胞浆、细胞表面、细胞质、核质、内质网膜、膜、细胞外间隙、胞外区、质膜、酶结合等；分子功能主要富集在相同蛋白结合、蛋白质结合、转录因子结合、序列特异性 DNA 结合、蛋白质同源二聚活性、 ATP 结合、转录因子活性、序列特异性 DNA 结合、 DNA 结合等。

KEGG 富集分析涉及 85 条信号通路，以基因数≥ 8 筛选得到 37 条 KEGG 通路，前 20 条通路如图 4 所示，包括 15 个与宫颈癌明显无关的疾病通路，如乙型肝炎、查加斯病（美国锥虫病）、肺结核、弓形虫病、非酒精性脂肪肝、甲型流感、人类嗜 T 细胞病毒 Ⅰ 型（ human T-cell lymphoma-leukemia virus- Ⅰ ， HTLV- Ⅰ ）感染、类风湿性关节炎、 EB 病毒感染、丙型肝炎、单纯疱疹感染、疟疾、利什曼病、百日咳、阿米巴病； 4 个其他恶性肿瘤如结直肠癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌、小细胞肺癌相关信号通路；与 18 个宫颈癌发生、发展相关的信号通路，如癌症的途径、癌症中的蛋白多糖、癌症中的 microRNAs 、磷脂酰肌醇 3- 激酶（ phosphatidylinositol 3-kinases ， PI3K ） / 蛋白激酶 B （ protein kinase B ， Akt ）信号通路、肿瘤坏死因子（ tumor necrosis factor ， TNF ）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（ mitogen-activated protein kinase ， MAPK ）信号通路、细胞凋亡、病毒致癌作用、 Toll 样受体信号通路、雌激素信号通路、神经营养素信号通路、叉头盒子（ forkhead box O ， FoxO ）信号通路、癌症的中心碳代谢、肿瘤抗原 p53 （ tumorantigen p53 ， TP53 ）信号通路、核因子 -κB （ nuclear factor-κB ， NF-κB ）信号通路、缺氧诱导因子 1 （ hypoxia inducible factor-1 ， HIF-1 ）信号通路、鞘脂信号通路、局灶性黏连。 KEGG 富集于多种癌症通路，表明恶性肿瘤发病机制存在共同特征。药物与疾病的 53 个互作靶点富集于 PI3K-Akt 、 TNF 、 MAPK 、 p53 信号通路、 NF-κB 信号通路、细胞凋亡等通路，提示白花蛇舌草和半枝莲药对可能作用于多条信号通路的多个靶点发挥抑癌作用。

2.5 互作靶点拓扑关系图与 Hub 基因分析

如表 3 、图 5 所示，活性成分与宫颈癌互作的 Hub 靶点可能是 TP53 、 AKT1 、 MYC 原癌基因蛋白（ MYCproto-oncogene ， MYC ）、血管内皮生长因子 A （ vascular endothelial growth factorA ， VEGFA ）、 JUN 原癌基因（ Jun proto-oncogene ， JUN ）、半胱氨酸蛋白酶 -3 （ Caspase-3 ， CASP3 ）、 TNF 、雌激素受体 1 （ estrogen receptor 1 ， ESR1 ）、 MAPK8 、 MAPK1 、表皮生长因子受体（ epidermal growth factorreceptor ， EGFR ）、前列腺素内过氧化物合酶 2 （ prostaglandin-endoperoxide synthase2 ， PTGS2 ）等。

2.6 “ 活性成分 - 靶点 - 通路 ” 网络分析

“活性成分 - 靶点 - 通路”网络如图 6 所示，选择 KEGG 富集中的与宫颈癌发生、发展相关的 18 条信号通路，集中展示白花蛇舌草和半枝莲药对作用靶点的所在通路。 25 个主要活性成分可能通过作用于 38 个靶点，在 18 条信号通路中发挥作用，表明白花蛇舌草和半枝莲药对可能通过多成分、多靶点、多通路抑制宫颈癌的发生、发展。

2.7 活性成分与靶点的分子对接验证

将 25 个活性成分的分子配体与 36 个靶点进行对接，得到 800 多组对接数据。表 4 为对接能力前 12 个靶点与前 17 个活性成分的交叉数据，活性成分与细胞色素 P450 1B1 （ cytochrome P450 1B1 ， CYP1B1 ）、热休克蛋白 90α （ heat shock protein 90α ， HSP90A ）、脑源性神经营养因子（ brain-derivedneurotrophic factor ， BDNF ）、雄激素受体（ androgenreceptor ， AR ）、 ESR1 、 EGFR 、 PTGS2 、 MAPK8 、 MAPK1 等靶点的分子对接能力均较好。

以 CYP1B1 与半枝莲种素的分子对接为例，如图 7 所示， CYP1B1 靶点中含有铁离子且具有较好的分子口袋，与半枝莲种素的结合能为 38.98 kJ/mol 。

3 讨论

白花蛇舌草和半枝莲作为清热解毒中药，在临床上常被作为药对应用于抗肿瘤治疗中。两药配伍具有协同增效作用，该药对可促进胃癌细胞 ^[12-13] 、肝癌细胞 ^[12] 、非小细胞肺癌细胞 ^[12] 、乳腺癌细胞 ^[14-15] 、宫颈癌细胞 ^[12] 、胰腺癌细胞 ^[16] 凋亡，抑制肿瘤细胞增殖；该药对在肝癌荷瘤小鼠 ^[17-18] 、 S ₁₈₀ 肉瘤荷瘤小鼠 ^[19-20] 中均表现出较好的抑瘤作用；该药对所含多种成分如黄酮类、萜类、多糖类等具有抗瘤活性 ^[10-12] 。本研究发现白花蛇舌草和半枝莲药对的 25 个活性成分与 36 个宫颈癌疾病靶点相关性较为密切。分子对接实验发现，半枝莲种素、甲基鼠李素、三裂鼠尾草素、芹菜素、荠苎黄酮、柚皮素、槲皮素、黄芩素、木犀草素、白杨素、圣草酚等 25 个活性成分与宫颈癌疾病靶点可部分或全部成功对接，其中槲皮素、豆甾醇、植物甾醇、熊果酸、 2- 甲氧基 - 3- 甲基 -9,10- 蒽醌酮为白花蛇舌草的活性成分。

黄酮类化合物具有较好的抗肿瘤活性 ^[21-22] 。槲皮素 ^[23-26] 、黄芩素 ^[27-28] 、黄芩苷 ^[29-32] 、汉黄芩素 ^[27-33] 、白杨素 ^[34] 、柚皮素 ^[35] 、陈皮素 ^[36] 、木犀草素 ^[37] 、芹菜素 ^[38] 可促进宫颈癌细胞凋亡，抑制肿瘤增殖与侵袭。圣草酚存在于益母草 ^[39] 、石韦 ^[40] 、杨树花 ^[41] 等植物中，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、神经保护等多种药理活性 ^[42] ；圣草酚可以防治 1,2- 二甲基肼诱导的雄性白化 Wistar 大鼠实验性结肠癌 ^[43] ；圣草酚可以抑制小鼠上皮细胞 JB6C141 向癌细胞的转化 ^[44] 。高车前素可抑制结肠癌细胞 ^[45] 、肝癌细胞

基于网络药理学和分子对接研究白花蛇舌草和半枝莲药对治疗宫颈癌的作用机制

正文

请到「今天看啥」查看全文