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基于网络药理学方法探索黄连治疗前列腺癌的潜在价值

2024-07-23 102 上传者：管理员

摘要：目的通过网络药理学方法，探索黄连在前列腺癌治疗中的潜在价值。方法采用TCMSP数据库解析黄连的有效化学成分及其靶基因，GeneCards和OMIM数据库检索前列腺癌相关基因，交集上述基因集后，获得黄连治疗前列腺癌潜在基因。对潜在治疗基因进行功能富集分析以及蛋白质-蛋白质相互作用网络分析。结果获得黄连治疗前列腺癌潜在基因139个。功能富集分析提示，黄连主要通过白介素相关通路发挥作用。蛋白质-蛋白质相互作用网络提示，IL6、IL1B、JUN、CASP3、ESR1、PTGS2、HIF1A、MMP9、MYC、PPARG是黄连治疗前列腺癌机制中的重要环节。结论黄连具有治疗前列腺癌的潜在价值。

关键词：
前列腺癌
去雄激素治疗
抗癌药物
网络药理学
黄连
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前列腺癌是全球男性癌症相关死亡的主要原因，严重威胁男性健康并增加社会负担[1-2]。去雄激素治疗（Androgen deprivation therapy,ADT）在各类前列腺癌中均被作为基础治疗方案[3]。然而，接受ADT治疗的绝大多数患者最终会发展为去势抵抗性前列腺癌（Castration-resistant prostate cancer,CRPC)[4]。传统中药作为补充和替代抗癌药物的来源，可以抑制肿瘤细胞的增殖和转移，包括肺癌、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等，促进其凋亡[5-8]。黄连具有清热解毒的作用，在多种疾病（如糖尿病、关节炎、缺血性卒中和肝病）中发挥药理活性[9-10]。

网络药理学为治疗复杂疾病提供了更为综合和有效的方法[11]。中药系统药理学数据库与分析平台（Traditional Chinese Medicine Systems Phar‐macology Database and Analysis Platform,TCMSP)(https：//tcmsp-e.com/tcmsp.php）是一个中草药系统药理平台，包括化学物质、靶点、药物靶点网络，以及相关的药物靶点疾病网络，还包括天然化合物的药代动力学特性[12]，包括口服生物利用度（Oral bioavailability,OB)[13]、类药性（Drug-likeness,DL)[14]、肠道上皮通透性、血脑屏障通透性、水溶性等。GeneCards数据库（https：//www.genecards.org/）是一个可交互的综合性数据库，自动整合来自约150个网络来源的以基因为中心的数据，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、遗传学、临床和功能信息[15]。STRING数据库（https：//string-db.org/）是一个已知和预测的蛋白质相互作用的数据库[16]。

本研究拟采用网络药理学的研究方法，通过解析黄连的有效成分，从而找到黄连的作用靶基因；随后通过公用数据库预测前列腺癌疾病相关的靶点基因；通过整合上述黄连作用靶点和前列腺癌相关靶点，采用基因富集分析等方法，探索黄连治疗前列腺癌的潜在机制，为后续机制研究奠定基础。

1、材料与方法

1.1确定黄连的有效作用成分

使用TCMSP数据库解析黄连的有效化学成分。以“Herb name”为类别，以“黄连”进行搜索，并在结果里仅选择黄连的内容。在筛选黄连有效化学成分过程中，筛选条件设置为：OB≥30%;DL≥0.18。

1.2筛选前列腺癌相关基因

在GeneCards数据库中搜索“prostate cancer”，寻找前列腺癌相关基因。为得到足够多的前列腺癌相关基因，在搜索得到的结果中，section和category均选择为All。在人类孟德尔遗传学数据库（Online Mendelian In‐heritance in Man,OMIM)(https：//www.omim.org/about）中再次搜索前列腺癌相关基因。以“pros‐tate cancer”进行搜索，得到该数据库中记录的与前列腺癌相关的基因。

1.3富集分析

对黄连作用基因靶点与前列腺癌疾病相关基因靶点取交集，从而获得黄连治疗前列腺癌的潜在基因靶点。使用Metascape数据库（https：//metascape.org/）进行后续富集分析[17]。Step 1中输入上述基因列表，Step 2物种选择为人类，Step 3中选择“Custom Analysis”。进入Enrich‐ment，分析参数使用网页默认参数（Min Overlap:3;P Value Cutoff:0.01;Min Enrichment:1.5）。在网页中完成通路富集分析以及分子复合体检测（Mo‐lecular Complex Detection,MCODE）分析。MCODE算法可以检测大型蛋白质-蛋白质相互作用网络中可能代表分子复合体的密集连接区域[18]。

1.4蛋白质-蛋白质相互作用网络分析

将黄连治疗前列腺癌的潜在基因靶点全部输入至STRING数据库中的“Multiple proteins”模块，物种选择为人，参数按照网页默认模式选择（Minimum required interaction score:0.400）。最后生成蛋白质-蛋白质相互作用网络，检索作用关系最多的前10名蛋白进行展示。

1.5统计分析

采用开源软件R（版本：3.3.6）完成。P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1黄连治疗前列腺癌的潜在基因靶点

通过TCMSP数据库确定了黄连中的11种化合物成分：巴马汀（Palmatine）、表小檗碱（Epiberberine）、广玉兰内酯（Magnograndiolide）、槲皮素（Quercetin）、甲基黄连碱（Worenine）、（R）-四氢小檗碱[（R)-Canadine]、小檗碱（Berberine）、小檗红碱（Berber‐rubine）、氧化小檗碱（Berlambine）、黄连碱（Copti‐sine）、黄麻甲苷（Corchoroside A＿qt）。GeneCards数据库显示，前列腺癌相关基因共13 471个，OMIM数据库显示前列腺癌相关基因共88个。如图1A所示，黄连11种化学成分的作用基因与GeneCards和OMIM数据库检索的前列腺癌相关基因取交集后，共获得139个可作为黄连治疗前列癌潜在靶点的基因。139个基因靶点、11个黄连的有效化合物成分、黄连以及前列腺癌的作用关系见图1B。

图1黄连治疗前列腺癌潜在基因靶点

注：A.韦恩图展示了GeneCards数据库检索的前列腺癌相关基因集合、OMIM数据库检索的前列腺癌相关基因集合和黄连作用基因集合的交集情况；B.黄连有效化合物和黄连治疗前列腺癌潜在基因的关系网络

2.2黄连治疗前列腺癌的潜在基因生物学意义

Metascape数据库通路富集分析的结果显示，黄连治疗前列腺癌的潜在基因主要在“Pathways in cancer”、“IL-18 signaling pathway”以及“Signal‐ing by Interleukins”等通路中富集（图2）。随后使用Metascape数据库中的MCODE算法对黄连治疗前列腺癌的潜在基因进行分析。最终这139个潜在治疗基因中，划分出7个蛋白复合体的密集连接区域（图3A）。

2.3蛋白质-蛋白质相互作用网络

使用String数据库构建139个黄连治疗前列腺癌潜在基因的蛋白质-蛋白质相互作用网络（图3B）。根据网络中的度中心性对所有基因进行降序排列。度中心性是在网络分析中刻画节点中心性的最直接度量指标。一个节点的节点度越大，意味着这个节点的度中心性越高，该节点在网络中就越重要[19]。图3C为度中心性排序前10名的基因。这10个基因（IL6、IL1B、JUN、CASP3、ESR1、PTGS2、HIF1A、MMP9、MYC、PPARG）在黄连治疗前列腺癌的潜在机制中具有重要价值。

3、讨论

黄连及其配方在传统医学中被用于治疗多种癌症，包括胰腺癌、乳腺癌、肝癌和结肠癌等[20]。黄连可能通过抑制炎症反应影响肿瘤的发生[21]。小檗碱、黄连碱、药根碱等是已被确认的黄连的主要活性成分，不仅在抗菌、消炎、抗癌、降糖、降脂、抗氧化、保护心肌、调节平滑肌等多个方面具有生物活性，对胃黏膜及肿瘤细胞的多药耐药逆转也有效果[22]。体内外研究显示，黄连及其主要活性成分小檗碱对多种癌细胞系有抑制作用，包括抑制肿瘤细胞增殖和转移[23]。通过深入研究这些活性成分的药理特性，可以更全面地了解黄连的药效范围，为其临床应用提供科学依据。

图2黄连治疗前列腺癌潜在基因的富集分析结果

图3黄连治疗前列腺癌潜在基因的蛋白质-蛋白质相互作用网络

ADT是新诊断的晚期前列腺癌和根治后复发患者的主要治疗方法[24]。ADT最初可控制肿瘤缓解，但随后往往引发耐药性，最终导致复发，形成更具侵袭性和转移性的疾病阶段，即CRPC。CRPC患者的临床预后较差，中位生存期为9～30个月。目前针对雄激素受体轴的转移性CRPC治疗，如恩杂鲁胺和阿比特龙，可改善患者生存，但仍难以避免最终耐药的结局[25]。因此，研发非雄激素受体信号轴的靶向治疗对于前列腺癌的治疗至关重要。

本文使用网络药理学的研究方法，探索黄连在前列腺癌中的具体机制。首先，共得到139个作为黄连治疗前列腺癌靶点的潜在基因。利用通路富集分析，发现139个基因主要与肿瘤通路以及白介素通路相关。蛋白质-蛋白质相互作用网络中，重要性前10位的基因为IL6、IL1B、JUN、CASP3、ESR1、PTGS2、HIF1A、MMP9、MYC、PPARG。本研究存在以下局限性：①数据可靠性和来源不确定性：本研究的分析依赖于大量的生物信息学数据，而这些数据的质量和来源的不确定性，可能影响分析的准确性。②网络构建的局限性：生物网络的构建涉及到多个层面的数据整合，包括基因表达、蛋白质相互作用等。不同层面数据之间的不一致性和数据缺失可能导致网络的片面性和不完整性。③缺乏实验验证：本研究基于网络药理学进行预测，结果需要在实验研究中进一步验证。

参考文献:

[21]代国友,潘晓鸥,罗红霞.黄连的药理研究进展[J].中国药房,2004,15(11):694-696.

[22]孙洁,严广华.黄连化学成分及有效成分药理活性的研究进展[J].中国继续医学教育,2018,10(8):140-143.

文章来源:王庆哲.基于网络药理学方法探索黄连治疗前列腺癌的潜在价值[J].实用药物与临床,2024,27(07):517-521.