摘要
使用TCMSP、Pubchem数据库检索及文献查阅主要药物活性成分及结构,在Swiss Target Prediction数据库预测活性成分作用的人类靶点;利用GeneCards、OMIM、DisGenet数据库获取DPN相关靶点;对药物与疾病的共同靶点使用DAVID数据库进行GO及KEGG富集分析,并对结果进行可视化呈现;使用Autodock Vina软件预测关键活性成分与靶点的结合能,使用PyMOL软件对结果进行可视化处理。
筛选出复方银杏通脉口服液与DPN的共同靶点469个;网络分析结果提示丁香树脂醇、槲皮素、丁香素等为复方银杏通脉口服液的关键活性成分,PPI分析结果提示SRC、PIK3CA、PIK3CB等为关键靶点;KEGG富集分析结果提示主要涉及脂质和动脉粥样硬化、细胞凋亡、PI3K-Akt信号通路等DPN相关通路;分子对接结果显示关键活性成分与关键靶点均有较强的结合力。
糖尿病周围神经病变(Diabetic peripheral neuropathy,DPN)是一种以感觉神经病变为主,累及自主神经系统,早期发病隐匿,治疗难以康复逆转的常见糖尿病并发
复方银杏通脉口服液(湖南补天药业)是由银杏叶、制何首乌、女贞子、丹参、杜仲、川牛膝、钩藤组成的中药复方制剂,其功效为滋阴补肾,舒肝通脉,可用于中老年人轻度脑动脉硬化所致的头痛头晕、耳鸣耳聋、视物模糊、肢体麻木等证属肝肾阴虚者。虽然目前尚未发现复方银杏通脉口服液用于治疗DPN的相关报道,但是其药物组成中有多味药物被证实可用于治疗DPN,如:单味中药银杏叶、丹参可通过营养修复神经、抗氧化应激、抗炎等机制而被推荐用于治疗DPN,何首乌、川牛膝被推荐用于阴虚血瘀型DP
网络药理学结合人工智能和大数据进行药物系统性研究,揭示药物对疾病的调控机
分别以“银杏叶”“制何首乌”“女贞子”“丹参”“杜仲”“川牛膝”“钩藤”为关键词在TCMSP数据库(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)搜索,并通过文献查阅进行补充,获取复方银杏通脉口服液所含药物对应的活性成分,以类药六原则(OB≥30%,DL≥0.18,MW≤500,Alogp≤5,Hdon≤5,Hacc≤10)为筛选条件筛选对应主要活性成分、对应Mol2结构、作用靶点,通过EXCEL表格进行保存;然后在Puchem数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)获取各活性成分的Pubchem CID与成分结构式SMILES(简化分子线性输入规范),然后在Swiss Target Prediction数据库(http://www.swisstargetprediction.ch/)获取对应成分的作用人类靶点,以Excel格式导出并保存,并与TCMSP数据库所得数据进行校正,合并所有活性成分靶点,删除重复项后获取复方银杏通脉口服液作用靶点。
以“diabetic peripheral neuropathy”为关键词分别在DisGeNET数据库(https://www.disgenet.org/)、GeneCards数据库(https://www.genecards.org/)、人类基因和遗传疾病在线目录(Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)数据库(https://omim.org/)检索,其中GeneCards数据库获取的DPN靶点以Relevance score>5进行筛选,合并3个数据库所检索到的疾病靶点,删除重复项,获取DPN疾病靶点,并以Excel格式进行保存;将“1.1”所获取的活性成分靶点与疾病疾病靶点导入WENNY2.1在线韦恩图软件(http://www.liuxiaoyuyuan.cn/)获取复方银杏通脉口服液-DPN共同靶点,并以Excel格式保存;制作network文件及tape文件,导入Cytoscape3.10.0软件制作药物-靶点-疾病网络图,运行CytoHubba插件获取关键活性成分(degree值降序排序前10位的活性成分)。
将“1.2”所得的复方银杏通脉口服液与DPN共同靶点导入STRING数据库(https://cn.string-db.org/),选择多种蛋白人类靶点获取共同靶点蛋白互作网络,参数Interactionscore设定为0.900,保存结果并对数据进行处理;将数据导入Cytoscape3.10.0软件,运行CytoHubba插件获取核心靶点(degree值降序排序前10位的靶点)。
将复方银杏通脉口服液与DPN共同靶点在DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)进行基因本体论(gene ontology,GO)功能分析以及京都基因和基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)分析:通过GO富集获得靶点基因在体内可能涉及的生物学过程(blological process,BP)、细胞组分(cellular component,CC),参与的分子功能(molecular function,MF),从而得到这些基因的生物学功能,并各取P值升序排序前10位利用微生信平台(https://www.bioinformatics.com.cn/)进行可视化呈现;通过KEGG通路富集靶点所涉及的信号通路,以P<0.05为筛选标准,分析复方银杏通脉口服液治疗DPN的主要信号通路,并将P值升序排序前20位的信号通路利用微生信平台进行可视化呈现,同时保存糖尿病、神经系统相关信号通路。
将“1.3”所得的核心靶点在UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)获取UniProt ID,再将UniProt ID在PDB数据库(https://www.rcsb.org/)获取相关蛋白PDB结构作为受体;以“1.2”项下获取的关键活性成分Mol2作为配体,通过AutoDock vina1.1.2进行分子对接,并利用PyMOL2.5软件将结果进行可视化呈现;最后制作复方银杏通脉口服液治疗DPN的关键活性成分-作用靶点-通路网络文件,导入Cytoscape3.10.0软件以网络图形式进行可视化呈现,并运行CytoHubba插件以degree值升序排序预测关键信号通路。
在TCMSP数据库依照类药六原则筛选获取药物活性成分137种,其中银杏叶17种、女贞子9种、丹参58种、杜仲22种、川牛膝3种、钩藤28种;通过文
在DisGeNET数据库获取DPN人类基因靶点129个,在OMIM数据库获取289个,在GeneCards数据库以Relevance score>5筛选出2879个,合并3个数据库数据并删除重复项后,最终纳入2920个。将“2.1”获取的药物靶点与DPN靶点做韦恩图(见

图1 复方银杏通脉口服液与DPN靶点韦恩图

图2 复方银杏通脉口服液活性成分-DPN-靶点网络图
序号 | Mol ID | 中文名称 | 英文名称 | 化学式 | 来源 |
---|---|---|---|---|---|
1 | MOL005195 | 丁香树脂醇 | Syringaresinol diglucoside_qt | C22H27O10 | 女贞子 |
2 | MOL005573 | 芫花素 | Genkwanin | C16H12O5 | 银杏叶 |
3 | MOL011604 | 丁香素 | Syringetin | C17H14O8 | 银杏叶、杜仲 |
4 | MOL009031 | 喹啉 | Cinchonan-9-al,6'-methoxy-,(9R)- | C20H24N2O2 | 杜仲 |
5 | MOL000354 | 异鼠李糖 | Isorhamnetin | C16H12O7 | 银杏叶 |
6 | MOL000098 | 槲皮素 | Quercetin | C15H10O7 | 钩藤、川牛膝、杜仲、银杏叶、女贞子 |
7 | MOL009278 | 西伯利亚落叶松黄酮 | Laricitrin | C16H12O8 | 银杏叶 |
8 | MOL000422 | 山柰酚 | Kaempferol | C15H10O6 | 何首乌 |
9 | MOL007050 | 新型丹参甲氧基苯并[b]呋喃衍生物 | 2-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-5-(3-hydroxypropyl)-7-methoxy-3-benzofurancarboxaldehyde | C20H20O6 | 丹参 |
10 | MOL000006 | 木犀草素 | luteolin | C15H10O6 | 银杏叶 |
注: Mol ID为活性成分在TCMSP数据库上的编码
将“2.2”所得的469个药物与疾病的共同靶点导入STRING数据库,以最低交互分数、最高置信度0.900为筛选条件,获取靶点蛋白之间相互作用(PPI)数据,如

图3 复方银杏通脉口服液治疗DPN的核心靶点
将共同基因靶点导入DAVID数据库,选择Homo sapiens进行GO与KEGG分析,获取生物学过程(BP)1329条,以P<0.05筛选出1067条,包括蛋白质磷酸化、对外源性刺激的反应、细胞凋亡过程的负调控等;参与细胞组分(CC)149个,以P<0.05筛选出128个,包括质膜、受体复合物、质膜的组成部分等;参与分子功能(MF)299种,以P<0.05筛选出152种,包括蛋白丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸激酶活性、蛋白酪氨酸激酶活性、ATP结合等。P值升序排序前10位的BP、CC、MF过程在微生信各平台以气泡图进行可视化呈现,见

图4 复方银杏通脉口服液治疗DPN靶点GO分析
KEGG富集分析结果获取201条信号通路,以P<0.05筛选出186条,其中糖尿病、神经病变的相关信号通路包括脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路等。P值升序排序前20位的相关信号通路在微生信平台上以气泡图进行可视化呈现,见

图5 复方银杏通脉口服液治疗DPN靶点KEGG富集分析
将“2.2”中筛选出的10种关键活性成分与“2.3”中筛选出来的关键靶点进行分子对接,分子对接结果见图6。分子对接结果显示,关键活性成分与关键靶点结合能均小于-5 kcal/mol,其中,PIK3CB与luteolin、PIK3CA与Kaempferol、PRKACA与luteolin、PIK3CB与Isorhamnetin、PIK3CA与Isorhamnetin等分子对接显示出较好的结合能力,见



A. PIK3CB与luteolin分子对接
B. PIK3CA与Kaempferol分子对接
C. PIK3CB与Isorhamnetin分子对接
D. PRKACA与luteolin分子对接
图7 分子对接结果图

图8 复方银杏通脉口服液关键活性成分-关键靶点-DPN相关通路网络图
外圈为关键信号通路,颜色越深代表关键活性成分及靶点作用越大
DPN在正常血糖水平、空腹血糖受损和糖尿病人群中的发病率为6%~51%不
目前,关于复方银杏通脉口服液的研究较少,临床研究显示复方银杏通脉口服液治疗老年脑动脉粥样硬
药物活性成分-疾病-靶点网络图提示,银杏叶活性成分分布最多,女贞子的丁香树脂醇交互最多,槲皮素来自钩藤、川牛膝、杜仲、银杏叶、女贞子5种单味组分,丁香素来自银杏叶、杜仲2种单味组分,而异鼠李素、山柰酚、槲皮素活性成分筛查结果与以往研究相
关键靶点筛查提示SRC、PIK3CA、PIK3CB等为治疗DPN的关键靶点。活性形式SRC的水平可以促进周围神经再
本研究结果提示脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路在KEGG分析结果及DPN关键通路筛查中排名前列。血脂异常、高血糖及晚期糖基化终产物(AGE)、氧化应激增加和炎症等是糖尿病引起动脉粥样硬化的病理机
本研究通过网络药理学方法初步探讨了复方银杏通脉口服液治疗DPN的药物活性基础、关键靶点、关键通路。研究结果提示,复方银杏通脉口服液在DPN防治中通过多成分、多靶点、多途径发挥积极作用。本研究将为临床使用复方银杏通脉口服液治疗DPN提供理论基础,为临床防治DPN开展中医药新方案提供循证依据。但是,本研究仅为网络药理学方面的研究,今后还亟需体内、体外实验及临床真实世界研究进一步验证其具体作用机制及临床疗效。
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