基于网络药理学探讨丹红化瘀口服液治疗深静脉血栓的作用机制
2022-03-21黄博宁彭思远陈子健林宝琴
黄博宁,林 娟,彭思远,陈子健,林 超,林宝琴
基于网络药理学探讨丹红化瘀口服液治疗深静脉血栓的作用机制
黄博宁1, 3,林 娟2,彭思远3,陈子健3,林 超3,林宝琴1*
1. 广州中医药大学第一附属医院,广东 广州 510405 2. 广州白云山和记黄埔中药有限公司,广东 广州 510515 3. 广州中医药大学中药学院,广东 广州 510006
基于网络药理学方法探讨丹红化瘀口服液治疗深静脉血栓(deep vein thrombosis,DVT)的作用机制。利用中药系统药理学技术平台数据库(TCMSP)获取丹红化瘀口服液的主要化学成分及作用靶点,利用Uniprot数据库对获取的作用靶点进行规范化处理;通过DisGeNet、GeneCards、OMIM、DrugBank数据库获取DVT相关靶点;利用Venny 2.1.0绘图网站构建Venn图,得到丹红化瘀口服液与DVT的交集靶点;应用String平台构建蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络;通过David数据库对交集靶点进行基因本体(gene ontology,GO)功能及京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析,使用微生信网站绘制结果气泡图,并利用KEGG Mapper平台制作通路机制图;相关结果采用Cytoscape 3.7.2软件进行可视化研究及网络拓扑结构分析。经过数据库分析共筛选丹红化瘀口服液化学成分130个,潜在作用靶点268个,其中涉及DVT靶点136个。“中药-成分-疾病靶点”网络显示,槲皮素、木犀草素、山柰酚等是丹红化瘀口服液治疗DVT的主要活性成分,转录因子AP-1(transcription factor AP-1,JUN)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6、信号传导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)等是丹红化瘀口服液治疗DVT的核心靶点。通过GO功能富集分析得到211条生物进程条目,124条分子功能条目,72条细胞成分条目。通过KEGG通路富集分析,得到3条与DVT相关的通路,即胞内磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)通路、TNF信号通路、缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)信号通路。丹红化瘀口服液可通过多成分、多靶点和多通路发挥治疗DVT的作用,为拓宽其临床用途提供基础。
网络药理学;丹红化瘀口服液;深静脉血栓;活性成分;靶点;作用机制
深静脉血栓形成(deep vein thrombosis,DVT)在人群中的发病率高达0.152%[1],若不及时治疗,可进展为肺栓塞引起死亡。随着科学技术发展,现认为静脉血栓发生发展的3要素:①血流改变(停滞);②内皮功能障碍;③血液高凝状态[2]。20世纪70年代以来,越来越多的研究发现炎症反应在DVT中起着关键作用[3-4]。
丹红化瘀口服液为王清任“血府逐瘀汤”的加减方,由丹参、当归、川芎、桃仁、红花、柴胡和枳壳7味中药组成,比例分别为29.0%、11.5%、15.0%、11.5%、11.5%、11.5%和10.0%[5-6]。方中丹参活血祛瘀,配合当归活血养血,使瘀血去而又不伤血;川芎活血行气,桃仁润燥活血,红花散瘀止痛,助丹参活血祛瘀之效;柴胡疏肝解郁,枳壳理气宽中,一升一降,使气行则血行。因此,丹红化瘀口服液具有活血化瘀、行气通络之功效。
DVT属于中医血瘀证“脉痹”的范畴,为气滞血瘀和气机不畅所致。因此,丹红化瘀口服液对DVT有治疗作用。网络药理学是基于系统生物学、基因组学、蛋白组学等学科理论,通过数据分析、计算机模拟及网络数据库检索等技术,揭示药物-基因-靶点-疾病相互作用的网络关系,符合中药复方治疗疾病的多成分、多靶点、多通路的特点[7-8]。为较全面了解丹红化瘀口服液治疗DVT的作用机制,本研究采用网络药理学方法,对丹红化瘀口服液有效成分抗DVT的作用靶点进行预测,为揭示其作用机制和拓宽其临床用途奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 丹红化瘀口服液相关靶点的筛选
通过中药系统药理学技术平台数据库(TCMSP,http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php)寻找丹参、当归、川芎、桃仁、红花、柴胡和枳壳7味中药的化学成分,根据口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%以及类药性(drug-likeness,DL)≥0.18 2个药动学属性值进行初步筛选,以获得丹红化瘀口服液的主要化学成分及其作用的蛋白靶点。筛选结束后,为标准化蛋白质靶点信息,统一在Uniprot蛋白质数据库(https://www. uniprot.org)将化学成分作用的蛋白靶点进行规范。
1.2 DVT相关靶点的筛选
以“deep vein thrombosis”为关键词,检索GeneCards数据库(https://www.genecards.org)、OMIM数据库(http://www.omim.org)、DisGeNet数据库(https://www.disgenet.org)中DVT潜在靶点,并进入DrugBank数据库(https://www.drugbank. ca)寻找DVT临床一线化学药作用靶点予以补充。在GeneCards数据库中,Score值越高则代表该靶点与疾病关系密切。根据经验,若靶点过多则设定Score大于中位数的目标靶点为DVT的潜在靶点,合并4个疾病数据库靶点后,删除重复值得到DVT靶点。
1.3 “中药-成分-疾病靶点”网络的构建
为明确丹红化瘀口服液靶点与DVT靶点之间的相互作用,利用Venny 2.1.0绘图网站(https:// bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)将两者靶点取交集并绘制Venn图。进而将交集靶点基因导入CytoScape 3.7.2软件绘制“中药-成分-疾病靶点”网络图,并根据网络图各个节点的度值筛选丹红化瘀口服液治疗DVT的主要活性成分。
1.4 蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络的构建及核心基因的筛选
将上述交集靶点提交至STRING 11.0数据库(https://string-db.org)构建PPI网络图,将生物种类设定为“Homo sapiens”,最小互相作用阈值设定为“highest confidence”(>0.9),其余设置均为默认设置,并隐藏游离点后分析蛋白与蛋白的相互作用得到PPI网络。将导出的数据通过Cytoscape 3.7.2软件的CytoHubba插件,利用其MCC算法筛选核心靶点,利用微生信网站(http://www.bioinformatics. com.cn)对数据进行可视化处理。
1.5 基因本体(gene ontology,GO)功能及京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析
将得到的交集靶点录入David平台(https://david.ncifcrf.gov),物种设置为“Homo sapiens”,分析主要的生物学过程与代谢通路并进行富集分析,选取值小于0.01的前20条数据,利用微生信网站对其进行可视化处理。利用KEGG Mapper平台(https://www.kegg.jp/kegg/mapper.html)对与DVT形成相关且较多关键基因所富集的通路,进行靶点-通路分析,并绘制通路机制图。
2 结果
2.1 丹红化瘀口服液的靶点
利用TCMSP平台以OB≥30%和DL≥0.18为筛选条件,分别检索丹参、当归、川芎、桃仁、红花、柴胡和枳壳7味中药,共收集到130个化学成分。删除无法检索出与之相对应靶点的化学成分后,得到丹红化瘀口服液化学成分109个,靶点1132个。删除靶点重复项,利用Uniprot数据库将靶点转化成相对应基因名,并进行规范化处理,得到靶点基因268个。
2.2 DVT的靶点
以“deep vein thrombosis”为检索关键词,收集DVT相关靶点,其中在GeneCards数据库收集到靶点1042个,OMIM数据库14个,DisGeNet数据库230个,DrugBank数据库25个,删除重复基因,得到1146个DVT疾病基因。
2.3 “中药-成分-疾病靶点”网络的构建
利用Venny 2.1.0网站将丹红化瘀口服液化学成分靶点与疾病靶点取交集,得到交集靶点136个,并绘制Venn图,见图1。为更加清晰阐明化学成分与靶点之间的关系,以中药名称拼音首字母对中药进行简化后对各类中药进行编码,如丹参(dan shen,DS),以英文字母A、B、C、D、E、F、G对丹红化瘀口服液中共有的7种化学成分进行编码,如β-sitosterol编码为A,见表1。
图1 丹红化瘀口服液与DVT交集靶点Venn图
利用Cytoscape 3.7.2软件对136个交集靶点进行“中药化学成分-疾病靶点”网络图的绘制,见图2。使用Cytoscape 3.7.2软件中Network Analysis功能计算分析得到248个节点,749条边,平均度值为6.4,筛选度值≥12.8的化学成分作为丹红化瘀口服液治疗DVT的主要活性成分,见表2。其中排名前3的槲皮素、木犀草素、山柰酚为共有化学成分。
2.4 PPI网络图及核心靶点筛选结果
将136个交集靶点导入String数据库,获得PPI网络数据,将数据导入Cytoscape 3.7.2软件进行拓扑分析,得到130个节点,716条边。研究发现Cytoscape 3.7.2软件的Cytohubba插件中的MCC算法在预测靶点方面发挥重要的作用,具有更大优势[9]。故本次实验采用MCC算法,选取MCC数值排名前20靶点绘制条形图,见图3。MCC数值越高,代表节点在网络中越重要。选取MCC数值排名前10的靶点作为丹红化瘀口服液治疗DVT的核心靶点,分别为转录因子AP-1(transcription factor AP-1,JUN)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6、信号传导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)、丝裂原活化蛋白激酶3(mitogen-activated protein kinase 3,MAPK3)、IL-4、细胞肿瘤抗原p53(cellular tumor antigen p53,TP53)、IL-8(又称为CXCL8)和免疫细胞的趋化因子2(C-C motif chemokine 2,CCL2),见表3。
2.5 GO功能富集分析
将得到的136个交集靶点导入David数据库进行GO分析,包括生物过程(biological processes,BP)分析、分子功能(molecular functions,MF)分析和细胞成分(cellular components,CC)分析。根据导出数据的值、基因数值、基因比率值,选取值小于0.01的前20条数据,利用微生信网站绘制气泡图。GO-BP分析可得到211个条目,发现丹红化瘀口服液治疗DVT富集在RNA聚合酶II启动子转录的正调控、凋亡过程的负调控、DNA模板转录正调控、对药物的反应和细胞增殖的正向调控等BP,见图4-A。GO-MF分析得到124个条目,发现其富集在蛋白质结合、酶的结合、相同的蛋白质结合、蛋白质的同源二聚作用和蛋白质的异源二聚作用等MF,见图4-B。GO-CC分析得到72个条目,发现其富集在细胞核、细胞溶质、细胞质、细胞膜、细胞外间隙等CC,见图4-C。GO功能分析结果表明丹红化瘀口服液可能通过影响DNA复制、转录,细胞的凋亡、增殖和应激反应等BP,通过与酶、转录因子等靶点蛋白的结合影响靶点蛋白的MF,通过干预细胞质、细胞膜等CC的合成,发挥治疗DVT的作用。
表1 丹红化瘀口服液的化学成分
Table 1 Compounds of Danhong Huayu Oral Liquid
中药编码Mol ID成分OB/%DL 丹参DS1MOL007064przewalskin b110.320.44 DS2MOL007132(2R)-3-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-[(Z)-3-(3,4-dihydroxyphenyl)acryloyl]oxy-propionic acid109.380.35 DS3MOL007150(6S)-6-hydroxy-1-methyl-6-methylol-8,9-dihydro-7H-naphtho[8,7-g]benzofuran-10,11- quinone75.390.46 DS4MOL007058formyltanshinone73.440.42 DS5MOL007120miltionone Ⅱ71.030.44 DS6MOL007105epidanshenspiroketallactone68.270.31 DS7MOL007155(6S)-6-(hydroxymethyl)-1,6-dimethyl-8,9-dihydro-7H-naphtho[8,7-g]benzofuran-10,11- dione65.260.45 DS8MOL007130prolithospermic acid64.370.31 DS9MOL0070502-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-5-(3-hydroxypropyl)-7-methoxy-3-benzofuran-carboxaldehyde62.780.40 DS10MOL007068przewaquinone B62.240.41 DS11MOL000569digallate61.850.26 DS12MOL007081danshenol B57.950.56 DS13MOL007082danshenol A56.970.52 DS14MOL007069przewaquinone c55.740.40 DS15MOL007108isocryptotanshi-none54.980.39 DS16MOL007125neocryptotanshinone52.490.32 DS17MOL007079tanshinaldehyde52.470.45 DS18MOL007088cryptotanshinone52.340.40 DS19MOL007094danshenspiroketallactone50.430.31 DS20MOL007111isotanshinone Ⅱ49.920.40 DS21MOL007154tanshinone iia49.890.40 DS22MOL007119miltionone Ⅰ49.680.32 DS23MOL007098deoxyneocryptotanshinone49.400.29 DS24MOL007048(E)-3-[2-(3,4-dihydroxyphenyl)-7-hydroxy-benzofuran-4-yl]acrylic acid48.240.31 DS25MOL007156tanshinone Ⅵ45.640.30 DS26MOL007141salvianolic acid g45.560.61 DS27MOL001942isoimperatorin45.460.23 DS28MOL007115manool45.040.20 DS29MOL007101dihydrotanshinone Ⅰ45.040.36 DS30MOL0070453α-hydroxytanshinone ⅡA44.930.44 DS31MOL001659poriferasterol43.830.76 DS32MOL002651dehydrotanshinone ⅡA43.760.40 DS33MOL007077sclareol43.670.21 DS34MOL007142salvianolic acid j43.380.72 DS35MOL007152przewaquinone E42.850.45 DS36MOL007151tanshindiol B42.670.45 DS37MOL007070(6S,7R)-6,7-dihydroxy-1,6-dimethyl-8,9-dihydro-7H-naphtho[8,7-g]benzofuran-10,11-dione41.310.45 DS38MOL0070412-isopropyl-8-methylphenanthrene-3,4-dione40.860.23 DS39MOL007071przewaquinone f40.310.46 DS40MOL007124neocryptotanshinone Ⅱ39.460.23 DS41MOL007093dan-shexinkum d38.880.55 DS42MOL007122miltirone38.760.25 DS43MOL0016011,2,5,6-tetrahydrotanshinone38.750.36 DS44MOL007100dihydrotanshinlactone38.680.32 DS45MOL007063przewalskin a37.110.65 DS46MOL007061methylenetanshinquinone37.070.36 DS47MOL007121miltipolone36.560.37 DS48MOL002222sugiol36.110.28 DS49MOL007107C0909236.070.25 DS50MOL0071271-methyl-8,9-dihydro-7H-naphtho[5,6-g]benzofuran-6,10,11-trione34.720.37 DS51MOL0070494-methylenemiltirone34.350.23 DS52MOL0070365,6-dihydroxy-7-isopropyl-1,1-dimethyl-2,3-dihydrophenanthren-4-one33.770.29 DS53MOL007143salvilenone Ⅰ32.430.23 DS54MOL0070593-β-hydroxymethyllenetanshiquinone32.160.41 DS55MOL007145salviolone31.720.24 DS56MOL007085salvilenone30.380.38
续表1
中药编码Mol ID成分OB/%DL 桃仁TR1MOL000296hederagenin36.910.75 TR2MOL000493campesterol37.580.71 TR3MOL0013683-O-p-coumaroylquinic acid37.630.29 TR4MOL001323sitosterol alpha143.280.78 TR5MOL0013282,3-didehydro GA7063.290.50 TR6MOL001352GA5464.210.53 TR7MOL001355GA6365.540.54 TR8MOL001361GA8768.850.57 TR9MOL001342GA121-isolactone72.700.54 TR10MOL001358gibberellin 773.800.50 TR11MOL001340GA12084.850.45 TR12MOL001360GA7787.890.53 TR13MOL0013292,3-didehydro GA7788.080.53 TR14MOL001344GA122-isolactone88.110.54 TR15MOL0013494a-formyl-7α-hydroxy-1-methyl-8-methylidene-4aα,4bβ-gibbane-1α,10β-dicarboxylic acid88.600.46 TR16MOL001353GA6093.170.53 TR17MOL001351gibberellin A44101.610.54 红花HH1MOL0026944-[(E)-4-(3,5-dimethoxy-4-oxo-1-cyclohexa-2,5-dienylidene)but-2-enylidene]-2,6-dimethoxycyclohexa-2,5-dien-1-one48.470.36 HH2MOL002695lignan43.320.65 HH3MOL002710pyrethrin Ⅱ48.360.35 HH4MOL0027126-hydroxykaempferol62.130.27 HH5MOL002714baicalein33.520.21 HH6MOL002717carthamone51.030.20 HH7MOL002721quercetagetin45.010.31 HH8MOL0027577,8-dimethyl-1H-pyrimido[5,6-g]quinoxaline-2,4-dione45.750.19 HH9MOL002773β-carotene37.180.58 HH10MOL000953CLR37.870.68 柴胡CH1MOL013187cubebin57.130.64 CH2MOL000354isorhamnetin49.600.31 CH3MOL004609areapillin48.960.41 CH4MOL004624longikaurin A47.720.53 CH5MOL004653(+)-anomalin46.060.66 CH6MOL004718α-spinasterol42.980.76 CH7MOL001645linoleyl acetate42.100.20 CH8MOL0045983,5,6,7-tetramethoxy-2-(3,4,5-trimethoxyphenyl)chromone31.970.59 CH9MOL000490petunidin30.050.31 川芎CX1MOL000359sitosterol36.910.75 CX2MOL002135myricanone40.600.51 CX3MOL001494mandenol42.000.19 CX4MOL002157wallichilide42.310.71 CX5MOL002140perlolyrine65.950.27 CX6MOL000433FA68.960.71 枳壳ZK1MOL002341hesperetin70.310.27 ZK2MOL005828nobiletin61.670.52 ZK3MOL004328naringenin59.290.21 ZK4MOL013381marmin38.230.31 红花、桃仁、枳壳、当归AMOL000358β-sitosterol36.910.75 红花、柴胡、丹参BMOL002776baicalin40.120.75 红花、柴胡、当归CMOL000449stigmasterol43.830.76 红花、柴胡DMOL000098quercetin46.430.28 EMOL000422kaempferol62.130.27 红花、丹参FMOL001771poriferast-5-en-3β-ol36.910.75 GMOL000006luteolin36.160.25
正八边形代表从丹红化瘀口服液中筛选的化学成分;菱形代表靶点;三角形代表丹红化瘀口服液中的7味中药;节点越大、颜色越深代表其在网络中越重要
Regular octagon represents the compounds selected from Danhong Huayu Oral Liquid; diamond represents target; triangle represents seven traditional Chinese medicine in Danhong Huayu Oral Liquid; the larger the node and darker the color is, the more important it is in the network
图2 “中药-成分-疾病靶点”网络
Fig. 2 “Traditional Chinese medicine-compound-disease target” network
表2 丹红化瘀口服液的主要活性成分
Table 2 Main active compounds of Danhong Huayu Oral Liquid
所属中药编码Mol ID成分度值 红花、柴胡DMOL000098槲皮素93 红花、丹参GMOL000006木犀草素42 红花、柴胡EMOL000422山柰酚34 枳壳ZK2MOL005828川陈皮素24 枳壳ZK3MOL004328柚皮素22 丹参DS21MOL007154丹参酮IIA21 红花HH5MOL002714黄芩素20 红花HH9MOL002773β-胡萝卜素19 红花、桃仁、枳壳、当归AMOL000358β-谷甾醇18 柴胡CH2MOL000354异鼠李素18 川芎CX2MOL002135杨梅酮15 丹参DS18MOL007088隐丹参酮14 丹参DS41MOL007093丹参新醌D14 丹参DS44MOL007100二氢丹参内酯14 丹参DS22MOL007119丹参新酮I13 丹参DS38MOL0070412-异丙基-8-甲基菲-3,4-二酮13
图3 MCC值前20的靶点
表3 丹红化瘀口服液治疗DVT的核心靶点
Table 3 Core targets of Danhong Huayu Oral Liquid for treatment of DVT
靶点MCC值排名 JUN50 3941 TNF36 5052 IL-1β32 6463 IL-632 3564 STAT331 6345 MAPK329 3806 IL-427 3917 TP5325 6878 CXCL822 8409 CCL221 16810
图4 GO-BP (A)、GO-MF (B)和GO-CC (C)分析气泡图
2.6 KEGG通路富集分析
使用David数据库对136个交集靶点进行KEGG通路富集分析,得到130个富集通路条目。结果显示,基因主要富集于癌症相关通路、乙型肝炎通路、胞内磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)通路、癌症中的蛋白多糖通路、甲型流感通路、TNF信号通路、缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)信号通路,见图5。利用KEGG Mapper平台对排名靠前且与DVT相关的通路,即PI3K-Akt信号通路、TNF信号通路和HIF-1信号通路绘制通路机制图,结合通路机制图进一步分析丹红化瘀口服液治疗DVT的具体作用机制,见图6。
图5 KEGG通路富集分析气泡图
3 讨论
国内临床研究表明,45% DVT病人可发生肺栓塞。肺栓塞是临床上病人猝死的主要原因之一,因此必须重视DVT的防治[10]。丹红化瘀口服液具有活血化瘀、行气通络等功效。本课题组前期研究均显示丹红化瘀口服液具有显著的抗DVT作用[5,11-13]。
本研究根据“中药-成分-疾病靶点”网络图发现丹红化瘀口服液治疗DVT的主要活性成分为槲皮素、木犀草素和山柰酚等。研究表明,槲皮素、木犀草素可显著抑制IL-6、IL-1β、TNF-α等炎性因子的释放[14-16];木犀草素还能够抑制IL-4、IL-8的释放,同时调控CCL2的表达[16];山柰酚能够显著抑制MAPK通路,进而抑制MAPK通路下游IL-8(又名CXCL8)等炎性因子的表达[17]。
在筛选出来的16个丹红化瘀口服液治疗DVT的主要化学成分中,丹参占了7个,其次是红花占6个,柴胡和枳壳各占3个,推测丹参可能是丹红化瘀口服液抗DVT形成的核心中药,与原方君药地位相符。现代药理学研究表明,丹参具有抗凝血、抗氧化及抗炎等药理作用[18],红花在血栓防治和抗炎等方面作用明显[19]。可见,丹红化瘀口服液复方中诸药合用,共同发挥其抗血栓形成的作用。
利用MCC算法筛选丹红化瘀口服液治疗DVT的核心靶点,前10位分别为JUN、TNF、IL-1β、IL-6、STAT3、MAPK3、IL-4、TP53、CXCL8和CCL2,多为炎症相关的靶点基因。炎症反应是DVT形成的病理机制[20-22]。血小板STAT3的非转录活化可促进促炎因子释放和血栓的形成,并与凝血因子之间产生信号互动,正因为这种信号互动导致血小板的过度活化[23]。TNF是一种由巨噬细胞对细菌感染或其他免疫源反应自然产生的细胞因子,可分为TNF-α和TNF-β 2种亚型。研究表明,DVT患者体内TNF-α水平显著升高[24]。TNF-α可促进IL-1、IL-6和IL-8等炎症介质的释放,参与调控炎症反应,从而影响血栓的发展;TNF-α还可诱导内皮细胞表达组织因子(tissue factor,TF),抑制TF通路抑制剂合成及抑制内皮细胞表达血栓调节蛋白,促进血栓形成。研究表明,丹红化瘀口服液能够显著降低DVT大鼠血清TNF-α及IL-1β水平,下调TF蛋白表达[5,10]。临床研究也表明丹红化瘀口服液可降低视网膜静脉阻塞患者体内的TNF-α水平[25]。
对筛选出来的136个交集靶点进行KEGG通路富集分析,发现与DVT相关的通路主要为PI3K-Akt信号通路、TNF信号通路和HIF-1信号通路。DVT的形成可分为血流阻断和缺氧、内皮细胞活化以及炎症反应3个阶段[26]。TNF-α激活TNF受体1后,可活化下游一系列蛋白激酶,最终激活核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)。PI3K-Akt通路在调节炎症反应中发挥着重要的作用[27]。缺氧环境下,PI3K-Akt通路激活,活化的Akt通过增强NF-κB抑制蛋白的磷酸化和降解,进而导致NF-κB活化[28]。NF-κB作为重要的核转录因子,调控炎症、免疫反应、细胞增殖和凋亡等生物进程。NF-κB活化可诱导TNF-α和IL-1β等促炎因子以及细胞间黏附因子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(vascular celladhesion molecule-1,VCAM-1)的表达,进而趋化大量炎性细胞聚集到炎症部位,诱导炎症反应[29-30]。此外,活化的Akt还可增强HIF-1α的活性,激活HIF-1信号通路下游靶基因如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、表皮生长因子的转录[31-32]。研究表明,丹红化瘀口服液可降低链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠血清中VEGF和ICAM-1水平,下调VEGF蛋白表达[33];丹红化瘀口服液含药血清可下调高糖诱导的内皮细胞上清液中NF-κB、ICAM-1、HIF-1α、VEGF、VEGF受体1和VEGF受体2蛋白表达[34];丹红化瘀口服液可降低糖尿病视网膜病变患者血清VEGF水平[35]。
A-PI3K-Akt信号通路 B-TNF信号通路 C-HIF-1信号通路 红色节点为丹红化瘀口服液治疗DVT的潜在靶点,绿色节点为通路中的相关靶点
综上所述,本研究通过网络药理学的方法研究丹红化瘀口服液治疗DVT的作用机制,发现丹红化瘀口服液可能通过槲皮素、木犀草素和山柰酚等化学成分,与JUN、TNF、IL-1β、IL-6和STAT3等靶点蛋白结合,进而调节PI3K-Akt、TNF和HIF-1等炎症通路,通过抑制炎症反应和氧化应激来抑制DVT形成。研究结果进一步证明中药复方通过多成分、多靶点、多通路协调治疗疾病的特点,为拓宽丹红化瘀口服液临床用途提供基础。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
[1] ISTH Steering Committee for World Thrombosis Day. Thrombosis: A major contributor to global disease burden [J]., 2014, 134(5): 931-938.
[2] Byrnes J R, Wolberg A S. New findings on venous thrombogenesis [J]., 2017, 37(1): 25-35.
[3] Luther N, Shahneh F, Brähler M,. Innate effector-memory T-cell activation regulates post- thrombotic vein wall inflammation and thrombus resolution [J]., 2016, 119(12): 1286-1295.
[4] Stark K, Philippi V, Stockhausen S,. Disulfide HMGB1 derived from platelets coordinates venous thrombosis in mice [J]., 2016, 128(20): 2435-2449.
[5] Zhang Z Y, Hu L Y, Chen W P,. Danhong Huayu koufuye prevents deep vein thrombosis through anti-inflammation in rats [J]., 2016, 201(2): 340-347.
[6] 李鹏, 林娟, 唐萍, 等. 丹红化瘀口服液药理作用及机制的研究进展[J]. 中草药, 2022, 53(6): 1616-1620.
[7] 陈海彬, 周红光, 李文婷, 等. 网络药理学: 中药复方作用机制研究新视角 [J]. 中华中医药杂志, 2019, 34(7): 2873-2876.
[8] 牛明, 张斯琴, 张博, 等.《网络药理学评价方法指南》解读 [J]. 中草药, 2021, 52(14): 4119-4129.
[9] Chin C H, Chen S H, Wu H H,. cytoHubba: Identifying hub objects and sub-networks from complex interactome [J]., 2014, 8(Suppl 4): S11.
[10] 张福先. 静脉血栓栓塞症诊治的最新关注 [J]. 外科理论与实践, 2019, 24(4): 293-296.
[11] Liu H, Li P, Lin J,. Danhong Huayu Koufuye prevents venous thrombosis through antiinflammation via Sirtuin 1/NF-κB signaling pathway [J]. J, 2019, 241: 111975.
[12] 胡路云, 包芷君, 刘涵, 等. 丹红化瘀口服液抗血栓形成作用 [J]. 中国实验方剂学杂志, 2015, 21(10): 104-108.
[13] Liu H, Li P, Liu J,. Data for DHK effect on thrombus weight, blood coagulation, blood cell counts and whole blood viscosity in deep vein thrombosis rats [J]., 2019, 26: 104410.
[14] Lee J Y, Park W. Anti-inflammatory effect of wogonin on RAW264.7 mouse macrophages induced with polyinosinic-polycytidylic acid [J]., 2015, 20(4): 6888-6900.
[15] Zhang L L, Zhang H T, Cai Y Q,. Anti-inflammatory effect of mesenchymal stromal cell transplantation and quercetin treatment in a rat model of experimental cerebral ischemia [J]., 2016, 36(7): 1023-1034.
[16] Choi E M. Modulatory effects of luteolin on osteoblastic function and inflammatory mediators in osteoblastic MC3T3-E1 cells [J]., 2007, 31(9): 870-877.
[17] Huang C H, Jan R L, Kuo C H,. Natural flavone kaempferol suppresses chemokines expression in human monocyte THP-1 cells through MAPK pathways [J]., 2010, 75(8): H254-H259.
[18] 万新焕, 王瑜亮, 周长征, 等. 丹参化学成分及其药理作用研究进展 [J]. 中草药, 2020, 51(3): 788-798.
[19] 吴振华. 中药红花研究进展的概述 [J]. 世界最新医学信息文摘, 2019, 19(34): 33-34.
[20] Glynn R J, Ridker P M. Inflammation, venous thromboembolism, and what we can do about it [J]., 2018, 39(39): 3615-3617.
[21] Yao X L, Chen W P, Liu J,. Deep vein thrombosis is modulated by inflammation regulated via sirtuin 1/NF-κB signalling pathway in a rat model [J]., 2019, 119(3): 421-430.
[22] Saghazadeh A, Rezaei N. Inflammation as a cause of venous thromboembolism [J]., 2016, 99: 272-285.
[23] Zhou Z, Gushiken F C, Bolgiano D,. Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) regulates collagen-induced platelet aggregation independently of its transcription factor activity [J]., 2013, 127(4): 476-485.
[24] Poredoš P, Spirkoska A, Ježovnik M K. In patients with superficial vein thrombosis the inflammatory response is increased and related to the recanalization rate [J]., 2019, 15(2): 393-401.
[25] 李海威, 靖鹏举, 孙晓萍, 等. 丹红化瘀口服液联合卵磷脂络合碘治疗视网膜静脉阻塞的临床研究 [J]. 现代药物与临床, 2020, 35(4): 655-658.
[26] Budnik I, Brill A. Immune factors in deep vein thrombosis initiation [J]., 2018, 39(8): 610-623.
[27] Roy A, Srivastava M, Saqib U,al. Potential therapeutic targets for inflammation in toll-like receptor 4 (TLR4)-mediated signaling pathways [J]., 2016, 40: 79-89.
[28] Shi Z M, Han Y W, Han X H,. Upstream regulators and downstream effectors of NF-κB in Alzheimer’s disease [J]., 2016, 366: 127-134.
[29] Aggarwal B B. Nuclear factor-kappaB: The enemy within [J]., 2004, 6(3): 203-208.
[30] Hang C H, Shi J X, Li J S,. Concomitant upregulation of nuclear factor-kB activity, proinflammatory cytokines and ICAM-1 in the injured brain after cortical contusion trauma in a rat model [J]., 2005, 53(3): 312-317.
[31] 杨梦思, 周娜, 王志钢, 等. 转录因子HIF-1α及其信号通路在疾病发生中的作用研究进展 [J]. 生物技术通报, 2016, 32(8): 8-13.
[32] Chen J, Bai M, Ning C,. Gankyrin facilitates follicle-stimulating hormone-driven ovarian cancer cell proliferation through the PI3K/AKT/HIF-1α/cyclin D1 pathway [J]., 2016, 35(19): 2506-2517.
[33] Chen W P, Yao X L, Zhou C H,. Danhong Huayu Koufuye prevents diabetic retinopathy in streptozotocin-induced diabetic rats via antioxidation and anti-inflammation [J]., 2017, 2017: 3059763.
[34] Zhang Z Y, Chen W P, Wang Y D,. Antioxidant and anti‑inflammatory effects of DHK‑medicated serum on high glucose‑induced injury in endothelial cells [J]., 2017, 16(5): 7745-7751.
[35] 朱惠明, 江玉, 李玲, 等. 丹红化瘀口服液治疗单纯型糖尿病视网膜病变 [J]. 中国实验方剂学杂志, 2013, 19(17): 320-323.
Mechanism of Danhong Huayu Oral Liquid in treatment of deep vein thrombosis based on network pharmacology
HUANG Bo-ning1, 3, LIN Juan2, PENG Si-yuan3, CHEN Zi-jian3, LIN Chao3, LIN Bao-qin1
1. The First Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510405, China 2. Guangzhou Baiyunshan Hutchison Whampoa Chinese Medicine Co., Ltd., Guangzhou 510515, China 3. School of Pharmaceutical Sciences, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, China
To explore the mechanism of Danhong Huayu Oral Liquid(丹红化瘀口服液, DHOL) in the treatment of deep vein thrombosis (DVT) based on network pharmacology.The main compounds and targets of DHOL were obtained with Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database (TCMSP), then the acquired targets of DHOL were standardized by Uniprot database. Related targets of DVT were collected through databases of DisGeNet, GeneCards, OMIM and DrugBank. Then the intersection targets of DHOL-DVT were screened by constructing a Venn diagram with Venny 2.1.0 drawing website. Protein-protein interaction (PPI) network was constructed by String platform. Gene ontology (GO) function and Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway analysis were performed by DAVID database. The bubble charts were drawn by bioinformatics website, and diagrams of signaling pathway were built by KEGG Mapper platform. All of the related results were visualized by Cytoscape 3.7.2, and network topology feature analysis was made by Network Analyzer.A total of 130 chemical components in DHOL, and 268 potential targets including 136 DVT targets were screened out with database analyses. The result of “traditional Chinese medicine-compound-disease target” network showed that quercetin, luteolin, kaempferol were main active ingredients of DHOL for the treatment of DVT, transcription factor AP-1 (JUN), tumor necrosis factor (TNF), interleukin-1β (IL-1β), IL-6, signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) were core targets. Furthermore, 211 biological process terms, 124 molecular functional terms and 72 cellular component terms were obtained with GO function enrichment analysis. Moreover, three relative pathways of DVT including phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)-protein kinase B (Akt) signaling pathway, TNF signaling pathway and hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) signaling pathway were obtained with KEGG pathway enrichment analysis.DHOL plays a role in the treatment of DVT through multi-component, multi-target and multi-channel, which provides a basis for broadening its clinical application.
network pharmacology; Danhong Huayu Oral Liquid; deep vein thrombosis; active compounds; targets; mechanism
R285.5
A
0253 - 2670(2022)06 - 1652 - 11
10.7501/j.issn.0253-2670.2022.06.007
2021-09-06
广州市科技计划项目(202002030108)
黄博宁,男,本科,研发方向为新药研发。E-mail: huangboning2021@163.com
林宝琴,女,博士生导师,教授,研究方向为新药研发。E-mail: linbqcpu@126.com
[责任编辑 李亚楠]