基于网络药理学探析复方阿胶浆辅助治疗肿瘤的作用机制研究(1)
[收稿日期] 2013-12-10
[基金项目] 国家科技支撑计划项目( 2008BA151B03)； 国家自然科学基金项目( 81202793)
[通信作者] *尤金花，研究员，E-mail： youjh@dongeejiao.com；*黄璐琦，研究员，博士生导师，E-mail： huangluqi01@126.com
[作者简介] 许海玉，博士，副研究员，E-mail：hy_xu627@163.com
[摘要] 近年来，复方阿胶浆在临床上常用于癌症患者的治疗，疗效十分确切，在该文中，首先，通过从中药化学成分数据库和文献收集，建立了复方阿胶浆的化学成分库，然后，采用MetaDrug软件对复方阿胶浆进行靶标预测，获得“成分-靶标”网络，再次，通过与肿瘤的靶标网络进行比对、分析，获得“成分-靶标-肿瘤靶标”异质网络，并通过进一步地基因功能分析和代谢通路分析。结果发现，复方阿胶浆既能直接调节癌症细胞分化、生长、增殖和凋亡，具有直接的抗肿瘤作用，同时通过补血、提高免疫力，对肿瘤具有辅助治疗作用。
, 百拇医药
[关键词] 复方阿胶浆；网络药理学；“成分-靶标”网络；肿瘤靶标网络
复方阿胶浆是以著名医学家张介宾《景岳全书》中记载“两仪膏”为基础方发展起来的，由阿胶、人参、党参、熟地黄及山楂等药物组成，具有补气、养血的功能。近年来，在临床上常用于癌症患者的治疗，能改善恶性肿瘤患者癌因性疲乏状态和体制，以及提高患者免疫功能和生活质量[1-2]。药理试验结果表明，该产品能明显延长荷瘤小鼠的生存时间，有效缓解放化疗所带来的免疫力低下、体重下降和降低继发的感染性死亡机率[3-5]。但是，对其分子机制研究的比较少，还没有采用网络药理学技术对其分子机制进行研究，复方阿胶浆对肿瘤治疗的分子机制不清楚。
中药复方具有“多成分、多靶标”协同作用的特点，中药网络药理学是在高通量组学数据分析、计算机虚拟计算及网络数据库检索基础上，从分子生物网络角度，系统地揭示中药方剂药理作用及其作用机制[6-7]，已被广泛应用于中药药效基础、方剂作用原理、中药药性与疗效的相关性及中药产品的安全性评价等相关领域的研究中[8-10]。在本文中，对复方阿胶浆对肿瘤治疗进行了网络药理学研究，从而揭示其分子作用机制和为临床应用提供依据。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 肿瘤分子靶标网络的构建 在Drugbank数据库(http：//www.drugbank.ca/)中，输入关键词“cancer”，找到治疗癌症的药物，确定治疗癌症靶标，然后通过蛋白质-蛋白质相互作用数据库(PPI)，如HAPPI，OPHID，IntAct，MINT和DIP等获得癌症靶标-相互作用靶标对，从而获得癌症的分子生物网络。
1.2 复方阿胶浆化学成分库的构建 依托PubMed (http：//pubmed.ncbi.him.nih.gov)、中文期刊数据库SinoMed (http：//sinomed.cintcm.ac.cn/index.jsp)、化学数据库(http：//www.organchem.csdb. cn/scdb/default.asp)、中草药数据库(http：//tcm.cmu.edu.tw/)等数据库收集复方阿胶浆中阿胶、党参、山楂和熟地黄的化学成分，构建复方阿胶浆的化学成分库。
, 百拇医药
1.3 复方阿胶浆靶标预测 采用MetaDrug软件(GeneGo， Inc.)预测复方阿胶浆中化学成分的靶标[11]。MetaDrug数据库包括700 000手动注解化合物，它们和4 500靶标蛋白相联系形成化合物-靶标对。工作流程如下：首先，输入化学成分的二级结构，通过相似性搜索，按照Tanimoto系数≥0.7，找到相似性药物，进而找到相对应的靶标。
1.4 网络构建与分析 采用Cytoscape2.8.1 软件(http：//cytoscape.org/)进行网络构建、分析和可视化工作。节点代表化合物和靶标，边分别代表化合物-靶标对和靶标-相互作用靶标对。网络分析通过评价网络的拓扑结构特性：度(degree)指和节点连接的数目；关联度(betweenness)指通过节点的边的数目。度和关联度能确定在网络中节点的拓扑结构重要性，数值越大说明越重要。构建肿瘤分子靶标网络、复方阿胶浆的成分-靶标网络以及复方阿胶浆成分-癌症相关靶标网络3个网络。
, 百拇医药
1.5 功能分析和代谢通路分析 ClueGO软件(澳大利亚格拉茨大学)用于复方阿胶浆作用的癌症靶标及其与癌症相互作用靶标的基因功能分析和代谢通路分析。
2 结果与讨论
2.1 肿瘤分子靶标网络的构建 肿瘤的分子靶标网络由癌症靶标-相互作用靶标对构成，见图1。从图1中可以看出，该网络总共包括778个节点，其中蓝色节点表示癌症药物靶标，有36个，黄色节点表示与癌症药物靶标相互作用的靶标蛋白，有742个，有900个癌症靶标-相互作用靶标对。网络分析结果表示，主要的网络拓扑参数如下：聚类系数(Clustering coefficient)为0.017，网络直径(network diameter)为3，平均相邻数目(Avg. number of neighbors)为2.308，网络拓扑结果表明，节点之间连接度比较低，整个网络信息的交流小，不具有小世界网络特性，说明单独调节一个靶标难以有效调节癌症整个网络，需要发展对多个靶标同时治疗的策略。
2.2 复方阿胶浆的成分-靶标网络 通过Metdrug软件获得复方阿胶浆的成分-靶标网络，见图2。从图2中可以看出，该网络总共包括956个节点，其中化学成分361个，复方阿胶浆作用的靶标蛋白585个，有33 110个成分-靶标对。从图2中可以看出，复方阿胶浆能直接作用17个癌症靶标，分别为DCK，DNMT1，PYGM，FASN，HTR2A，POLA1，AHR，CDK6，EGFR，ESR2，EGFR等，同时，也能作用到24 个与癌症相关靶标，分别为LUC7L2，ATP5B，SMAD3，APP，SMAD2，JAK2，TLR4，SMAD1，DOK1等，说明复方阿胶浆对肿瘤治疗既有直接作用，也有间接作用。, 百拇医药(许海玉 王松松 杨洪军 边宝林 田守生 王东亮 卢朋 周祥山 尤金花 黄璐琦)
[基金项目] 国家科技支撑计划项目( 2008BA151B03)； 国家自然科学基金项目( 81202793)
[通信作者] *尤金花，研究员，E-mail： youjh@dongeejiao.com；*黄璐琦，研究员，博士生导师，E-mail： huangluqi01@126.com
[作者简介] 许海玉，博士，副研究员，E-mail：hy_xu627@163.com
[摘要] 近年来，复方阿胶浆在临床上常用于癌症患者的治疗，疗效十分确切，在该文中，首先，通过从中药化学成分数据库和文献收集，建立了复方阿胶浆的化学成分库，然后，采用MetaDrug软件对复方阿胶浆进行靶标预测，获得“成分-靶标”网络，再次，通过与肿瘤的靶标网络进行比对、分析，获得“成分-靶标-肿瘤靶标”异质网络，并通过进一步地基因功能分析和代谢通路分析。结果发现，复方阿胶浆既能直接调节癌症细胞分化、生长、增殖和凋亡，具有直接的抗肿瘤作用，同时通过补血、提高免疫力，对肿瘤具有辅助治疗作用。
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[关键词] 复方阿胶浆；网络药理学；“成分-靶标”网络；肿瘤靶标网络
复方阿胶浆是以著名医学家张介宾《景岳全书》中记载“两仪膏”为基础方发展起来的，由阿胶、人参、党参、熟地黄及山楂等药物组成，具有补气、养血的功能。近年来，在临床上常用于癌症患者的治疗，能改善恶性肿瘤患者癌因性疲乏状态和体制，以及提高患者免疫功能和生活质量[1-2]。药理试验结果表明，该产品能明显延长荷瘤小鼠的生存时间，有效缓解放化疗所带来的免疫力低下、体重下降和降低继发的感染性死亡机率[3-5]。但是，对其分子机制研究的比较少，还没有采用网络药理学技术对其分子机制进行研究，复方阿胶浆对肿瘤治疗的分子机制不清楚。
中药复方具有“多成分、多靶标”协同作用的特点，中药网络药理学是在高通量组学数据分析、计算机虚拟计算及网络数据库检索基础上，从分子生物网络角度，系统地揭示中药方剂药理作用及其作用机制[6-7]，已被广泛应用于中药药效基础、方剂作用原理、中药药性与疗效的相关性及中药产品的安全性评价等相关领域的研究中[8-10]。在本文中，对复方阿胶浆对肿瘤治疗进行了网络药理学研究，从而揭示其分子作用机制和为临床应用提供依据。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 肿瘤分子靶标网络的构建 在Drugbank数据库(http：//www.drugbank.ca/)中，输入关键词“cancer”，找到治疗癌症的药物，确定治疗癌症靶标，然后通过蛋白质-蛋白质相互作用数据库(PPI)，如HAPPI，OPHID，IntAct，MINT和DIP等获得癌症靶标-相互作用靶标对，从而获得癌症的分子生物网络。
1.2 复方阿胶浆化学成分库的构建 依托PubMed (http：//pubmed.ncbi.him.nih.gov)、中文期刊数据库SinoMed (http：//sinomed.cintcm.ac.cn/index.jsp)、化学数据库(http：//www.organchem.csdb. cn/scdb/default.asp)、中草药数据库(http：//tcm.cmu.edu.tw/)等数据库收集复方阿胶浆中阿胶、党参、山楂和熟地黄的化学成分，构建复方阿胶浆的化学成分库。
, 百拇医药
1.3 复方阿胶浆靶标预测 采用MetaDrug软件(GeneGo， Inc.)预测复方阿胶浆中化学成分的靶标[11]。MetaDrug数据库包括700 000手动注解化合物，它们和4 500靶标蛋白相联系形成化合物-靶标对。工作流程如下：首先，输入化学成分的二级结构，通过相似性搜索，按照Tanimoto系数≥0.7，找到相似性药物，进而找到相对应的靶标。
1.4 网络构建与分析 采用Cytoscape2.8.1 软件(http：//cytoscape.org/)进行网络构建、分析和可视化工作。节点代表化合物和靶标，边分别代表化合物-靶标对和靶标-相互作用靶标对。网络分析通过评价网络的拓扑结构特性：度(degree)指和节点连接的数目；关联度(betweenness)指通过节点的边的数目。度和关联度能确定在网络中节点的拓扑结构重要性，数值越大说明越重要。构建肿瘤分子靶标网络、复方阿胶浆的成分-靶标网络以及复方阿胶浆成分-癌症相关靶标网络3个网络。
, 百拇医药
1.5 功能分析和代谢通路分析 ClueGO软件(澳大利亚格拉茨大学)用于复方阿胶浆作用的癌症靶标及其与癌症相互作用靶标的基因功能分析和代谢通路分析。
2 结果与讨论
2.1 肿瘤分子靶标网络的构建 肿瘤的分子靶标网络由癌症靶标-相互作用靶标对构成，见图1。从图1中可以看出，该网络总共包括778个节点，其中蓝色节点表示癌症药物靶标，有36个，黄色节点表示与癌症药物靶标相互作用的靶标蛋白，有742个，有900个癌症靶标-相互作用靶标对。网络分析结果表示，主要的网络拓扑参数如下：聚类系数(Clustering coefficient)为0.017，网络直径(network diameter)为3，平均相邻数目(Avg. number of neighbors)为2.308，网络拓扑结果表明，节点之间连接度比较低，整个网络信息的交流小，不具有小世界网络特性，说明单独调节一个靶标难以有效调节癌症整个网络，需要发展对多个靶标同时治疗的策略。
2.2 复方阿胶浆的成分-靶标网络 通过Metdrug软件获得复方阿胶浆的成分-靶标网络，见图2。从图2中可以看出，该网络总共包括956个节点，其中化学成分361个，复方阿胶浆作用的靶标蛋白585个，有33 110个成分-靶标对。从图2中可以看出，复方阿胶浆能直接作用17个癌症靶标，分别为DCK，DNMT1，PYGM，FASN，HTR2A，POLA1，AHR，CDK6，EGFR，ESR2，EGFR等，同时，也能作用到24 个与癌症相关靶标，分别为LUC7L2，ATP5B，SMAD3，APP，SMAD2，JAK2，TLR4，SMAD1，DOK1等，说明复方阿胶浆对肿瘤治疗既有直接作用，也有间接作用。, 百拇医药(许海玉 王松松 杨洪军 边宝林 田守生 王东亮 卢朋 周祥山 尤金花 黄璐琦)