黄连治疗胃癌的作用机制的网络药理学研究▲

吴浩源 梁 媛 梁 健

(1 广西中医药大学附属瑞康医院消化内科，广西南宁市 530001； 2 广西大学医学院，广西南宁市 530004)

胃癌系源于胃黏膜上皮细胞的恶性肿瘤。全球癌症数据显示，近年来胃癌的发病率不断下降，但其仍是全球第五大常见癌症，同时死亡人数高居第4位[1-2]。研究表明，胃癌对放化疗的敏感性不高，根治性手术切除仍是治愈胃癌的唯一手段，但在手术理念和技术显著提高的今天，胃癌患者的预后仍未获得显著改善，患者的5年生存率仅为8%～34%，局部复发率高达40%～90%，即使接受术后辅助治疗，患者的长期生存率也无明显提高[3]。

网络药理学的“多成分-多靶点-多途径”网络构建思想与中医理论的“整体观”相符合，可较为准确地对中药的作用机制进行预测和分析，也可对常见的中药配伍方法进行阐述和论证[4]。黄连具有清热燥湿、泻火解毒的功效，能够治疗胃部疾病属热证者。有学者发现，左金丸、黄连解毒汤对胃癌有一定的治疗作用[5-6]，其主要成分包含黄连。本研究借助网络药理学方法，分析黄连治疗胃癌的潜在作用靶点及可能的分子机制，为今后胃癌的临床治疗和科学研究提供参考和依据。

1 资料与方法

1.1 黄连的有效化学成分及其作用靶点筛选 以完整拼音的形式在中药系统药理学数据库与分析平台(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP；http://tcmspw.com/)检索黄连，按照口服生物利用度(oral bioavailability，OB)≥30%、药物相似性(drug-likeness，DL)≥0.18的标准，筛选出黄连所含的有效化学成分，通过查阅相关文献及数据库对有效化合物结构等基本信息逐一核对验证，确保信息准确无误。通过TCMSP检索有效化学成分的作用靶点，汇总去重后，利用UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)将靶点名称转换为官方基因名。

1.2 疾病靶点筛选 以“gastric cancer”为关键词，检索GeneCards数据库(http://www.genecards.org/)，得到胃癌相关靶点基因。

1.3 相关网络的构建及分析 通过Venny 2.1.0(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)绘制黄连有效化学成分作用靶点及胃癌相关靶点基因的韦恩图，所得到的交集基因即为黄连作用于胃癌的靶点。针对黄连的有效化学成分及其作用靶点、黄连作用于胃癌的靶点，通过CytoScape 3.8.2软件构建黄连有效化学成分-胃癌调控网络。在STRING数据库(https://cn.string-db.org/)中，选择“Multiple proteins”后导入黄连作用于胃癌的靶点，并将蛋白种类参数设置为“人类”，由于图形过于复杂，将置信度设为>0.9，得到蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction，PPI)网络。

1.4 功能与通路富集分析 针对黄连作用于胃癌的靶点，通过Metascape在线平台(http://www.bio-review.com/metascape/)进行基因本体论(Gene 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 and Genomes,KEGG)通路富集分析，并通过OmicShare网站(https://www.omicshare.com/)分别绘制气泡图。

2 结 果

2.1 黄连的有效化学成分及其作用靶点 通过检索 TCMSP数据库得到中药黄连所含有效化学成分14个(见表1)，作用靶点596个，汇总去重后得到有效化合物作用靶点159个。

表1 黄连的有效化学成分

2.2 疾病靶点及黄连作用于胃癌的靶点基因 通过检索GeneCards数据库共筛选出胃癌的靶点基因835个，将其与黄连有效化学成分的159个作用靶点取交集，获得86个交集靶点(见图1)，即黄连作用于胃癌的靶点，包括一氧化氮合酶2(nitric oxide synthase 2,NOS2)、丝氨酸蛋白酶1(serine protease 1,PRSS1)、前列腺素内过氧化物合酶(prostaglandin-endoperoxide synthase,PTGS)1、PTGS2、视黄醇类Ⅹ受体α(retinoid Ⅹ receptor alpha,RXRA)、雄激素受体(androgen receptor,AR)、雌激素受体1(estrogen receptor 1,ESR1)等靶点。

图1 黄连有效化学成分作用靶点与胃癌相关靶点基因的韦恩图

2.3 黄连有效化学成分-胃癌调控网络 利用CytoScape 3.8.2软件构建黄连有效化学成分-胃癌的调控网络。该网络共由98个节点、228条边构成，见图2。

图2 黄连有效化学成分-胃癌调控网络

2.4 PPI网络 通过STRING构建黄连作用于胃癌的靶点基因的PPI网络，该网络由86个蛋白节点和1 422条边组成，连接的节点越多，表明该蛋白的核心地位越高，见图3。

图3 黄连作用于胃癌的靶点基因的PPI网络

2.5 黄连作用于胃癌的靶点基因的GO功能富集分析和KEGG通路富集分析结果 GO功能富集分析结果显示，黄连作用于胃癌的靶点基因共涉及105个生物过程，主要为DNA结合转录因子结合、细胞因子受体结合、泛素样蛋白连接酶结合、泛素蛋白连接酶结合、RNA聚合酶Ⅱ特异性DNA结合转录因子结合、细胞因子活性、激酶调控因子活性、激活转录因子结合、细胞核受体的活性、配体激活的转录因子活性等。KEGG富集分析结果显示，黄连作用于胃癌的靶点共涉及140条信号通路，包括白细胞介素(interleukin,IL)-17信号通路、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)信号通路、缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor 1,HIF-1)信号通路等。本文仅列出富集程度排前20的生物过程和信号通路，并绘制气泡图，见图4、图5。

图4 GO富集分析—生物过程的气泡图

图5 KEGG富集分析气泡图

3 讨 论

结合网络药理学分析结果，我们推测中药黄连主要通过槲皮素、巴马汀、表小檗碱、甲基黄连碱等有效化学成分，作用于NOS2、PRSS1、PTGS1、PTGS2、RXRA、AR、ESR1等靶点，从而发挥治疗胃癌的作用。槲皮素有清热解毒、提高免疫力、抗肿瘤的作用。已有研究表明，槲皮素、小檗碱能抑制胃癌细胞的增殖，并促进胃癌细胞的凋亡[7-8]。黄连碱是中药黄连的特征性成分，具有抗微生物活性及保护胃黏膜、抗癌、改善免疫系统功能的作用。此外，既往研究也表明，相关作用靶点与胃癌及癌前病变都有着紧密的联系。例如，慢性萎缩性胃炎属于癌前病变，而调节NOS2的表达能够治疗慢性萎缩性胃炎，阻止癌前病变演变成胃癌[9]。敲低PRSS1的表达后,胃癌MGC803和BGC823细胞的增殖、迁移和侵袭能力降低，PRSS1能通过Janus激酶2/信号转导及转录活化因子3途径参与胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭[10]。AR在胃癌组织中的阳性表达率较高，其参与胃癌的发生和发展，且与肿瘤的大小呈正相关[11]。

我们进一步进行了功能和信号通路富集分析，结果显示，黄连作用于胃癌的靶点涉及DNA结合转录因子结合、细胞因子受体结合、泛素样蛋白连接酶结合、激酶调控因子活性等生物过程，以及IL-17、TNF、HIF-1等信号通路。幽门螺杆菌被世界卫生组织国际癌症研究机构列为一级致癌物，其与胃癌的发生密切相关。研究表明，DNA结合转录因子结合、细胞因子受体结合、泛素样蛋白连接酶结合、激酶调控因子活性等生物过程贯穿于胃癌的发生和发展，以及幽门螺杆菌感染的过程中[12-13]。此外，有研究显示，幽门螺杆菌感染后机体血清中IL-32、IL-1β、TNF-α水平显著提高[14]，且胃癌患者血清中IL-6、IL-1β、TNF-α的水平显著升高[15]，这提示幽门螺杆菌感染机体后，可能通过IL、TNF等信号通路促进胃癌的发生。还有学者发现，抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/HIF-1α信号通路可治疗胃癌前病变，从而预防胃癌的发生[16]。结合上述研究结果，我们推测，黄连的有效化学成分作用于相关靶点后，通过调控上述生物过程、信号通路，从而发挥治疗胃癌的作用，或者通过治疗癌前病变预防胃癌发生。

综上所述，黄连可能主要通过槲皮素、巴马汀、表小檗碱、甲基黄连碱等有效成分作用于相关靶点，调控DNA结合转录因子结合、细胞因子受体结合、泛素样蛋白连接酶结合、激酶调控因子活性等生物过程，以及IL-17、TNF、HIF-1等信号通路，从而发挥治疗胃癌的作用。但本研究仅基于网络药理学和生物信息学数据库资料进行分析，未进行相关基础实验及临床试验进行验证，今后将进一步开展相关研究，更深入地阐明黄连治疗胃癌的机制。