楚毓博 濮文淵 楊青青 唐存祥 周春祥?
(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院·中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院,江蘇 南京210000; 2.長(zhǎng)興縣中醫(yī)院, 浙江 湖州313100)
胃癌是我國(guó)最常見(jiàn)的消化道惡性腫瘤之一,雖然實(shí)施根除幽門螺桿菌等預(yù)防措施使得胃癌的發(fā)病率和死亡率呈下降趨勢(shì)[1],但其仍是引起生活負(fù)擔(dān)的重要疾病,因此,早期診斷、明確機(jī)制、積極治療當(dāng)為重中之重。除了手術(shù)及化療外,中醫(yī)藥的多成分、多靶點(diǎn)、多通路特色使其在胃癌治療中的價(jià)值越來(lái)越顯著[2]。
三物白散出自《傷寒論》,由巴豆、貝母、桔梗三味中藥組成,主治寒實(shí)結(jié)胸證;現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明巴豆有抗多種腫瘤作用[3],貝母有抗炎、耐缺氧、抗腫瘤、抗?jié)兊茸饔茫?],桔梗有抗腫瘤、抗氧化活性、免疫調(diào)節(jié)等作用[5];本課題組前期致力于其作用機(jī)制研究,發(fā)現(xiàn)該方能有效抑制胃癌細(xì)胞增殖,阻滯胃癌細(xì)胞周期以誘導(dǎo)凋亡,下調(diào)胃癌細(xì)胞釋放相關(guān)免疫抑制因子,誘導(dǎo)免疫細(xì)胞活化增殖,釋放相關(guān)細(xì)胞免疫正相調(diào)節(jié)因子,拮抗胃癌細(xì)胞多藥耐藥,防止腫瘤的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移等[6]?;诒菊n題組前期研究及相關(guān)藥理學(xué)研究,三物白散抗腫瘤的作用已明確,但具體的分子作用機(jī)制仍須深入研究。因此,本文運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討三物白散治療胃癌的分子作用機(jī)制,以利于之后的系統(tǒng)性研究。
1.1 三物白散活性成分及靶標(biāo)蛋白篩選 利用TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)平 臺(tái)(http:/ /ibts.hkbu.edu.hk/LSP/tcmsp.php)[7],分別以“巴豆” “貝母” “桔?!?為關(guān)鍵詞檢索藥物的活性成分及靶標(biāo)蛋白??诜锢枚龋∣B)是藥物吸收、分布、代謝、排泄(ADME)中最重要的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)之一,它表示口服藥物的有效成分或活性基被吸收到達(dá)體循環(huán)并被吸收的速度與程度,OB 值越高通常表示藥物的生物活性分子的類藥性(DL)越好[8]。因此,以O(shè)B≥30%、DL≥0.18 的過(guò)濾條件篩選出三物白散的活性成分。利用UniProt(https:/ /www.uniprot.org/)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢靶標(biāo)蛋白對(duì)應(yīng)的基因名。以往的研究表明許多藥物活性成分的OB 值是小于30% 的,因此,結(jié)合BATMAN?TCM 數(shù)據(jù)庫(kù)(http:/ /bionet.ncpsb.org/batman?tcm/)[9],以P<0.05、Score cutoff≥48 的條件篩選三物白散活性成分。結(jié)合文獻(xiàn)中雖未納入以上標(biāo)準(zhǔn)但已報(bào)道有顯著藥理作用的活性成分,將三者結(jié)果合并,建立三物白散活性成分?靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。
1.2 構(gòu)建活性成分?靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 將活性成分?靶基因?qū)隒ytoscape 軟件,構(gòu)建活性成分?靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
1.3 胃癌靶點(diǎn)及復(fù)方?疾病靶點(diǎn)的獲取 利用GEO 數(shù)據(jù)庫(kù)(GSE118916)、OMIM 數(shù)據(jù)庫(kù)(https:/ /www.omim.org/)、Genecards 數(shù)據(jù)庫(kù)(https:/ /www.genecards.org/),獲得胃癌相關(guān)靶基因,韋恩圖取交集,得到三物白散作用于胃癌的靶基因。
1.4 蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)(PPI)的構(gòu)建 將靶基因?qū)隨tring 網(wǎng)站(https:/ /string?db.org/),設(shè)置物種為“Homo spanies”,獲得PPI 網(wǎng)絡(luò)圖,并利用R 軟件獲得網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因。
1.5 分子對(duì)接 配體選擇三物白散中巴豆苷、佛波醇、β?谷甾醇、貝母乙素、貝母甲素、桔梗皂苷、遠(yuǎn)志皂苷、桔梗酸等15 個(gè)主要成分,受體選擇上一步得到的前30 個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)中有較多實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)的12 個(gè)靶點(diǎn),進(jìn)行分子對(duì)接。所有受體由PDB 官網(wǎng)下載,所有的配體小分子由chemdraw 及chem3d 產(chǎn)生。首先對(duì)受體進(jìn)行預(yù)處理,包括氨基酸殘基的修復(fù)、加氫加電荷、選擇力場(chǎng)、刪除不必要的水分子以及能量最小化,然后對(duì)配體進(jìn)行能量最小化處理,選擇基于配體?受體結(jié)合能力的打分函數(shù)ASE 進(jìn)行評(píng)估,得到每個(gè)化合物與受體的對(duì)接打分值,對(duì)接打分值越小,配體與受體的結(jié)合越牢固。
1.6 靶基因的GO、KEGG 通路、蛋白互作網(wǎng)絡(luò)及模塊分析 將靶基因?qū)隡etascape 在線分析工具(http:/ /metascape.org/gp/index.html#/main/step1),設(shè)置物種為人,進(jìn)行GO、KEGG 分析、蛋白互作網(wǎng)絡(luò)及模塊分析,保存分析結(jié)果。
2.1 三物白散活性成分及活性成分?靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 經(jīng)TCMSP、BATMAN?TCM 結(jié)合文獻(xiàn)中已報(bào)道具有明確藥理活性的藥物,篩選并去除重復(fù)值后,獲得三物白散活性成分46 個(gè)(表1),其中巴豆14 個(gè),主要包括巴豆苷、巴豆酸、佛波醇及酯類等;桔梗21 個(gè),主要包括桔梗皂苷、遠(yuǎn)志皂苷、桔梗酸、遠(yuǎn)志酸等;貝母14 個(gè),主要包括貝母甲素、貝母乙素、貝母新堿、浙貝素等。巴豆中的佛波醇、12?O?癸基佛波醇?13?(2?甲基丁酸酯)雖未入選標(biāo)準(zhǔn),但大量研究表明其具有明顯的藥理活性,因此被納入候選成分,桔梗中的遠(yuǎn)志酸,桔梗酸A、B、C,槲皮素?7?O?葡萄糖苷,槲皮素?7?O?蕓香糖苷,五沒(méi)食子酰葡萄糖,槲皮素?7?O?葡萄糖苷,槲皮素?7?O?蕓香糖苷易被氧化成槲皮素,五沒(méi)食子酰葡萄糖易被氧化成沒(méi)食子酸;浙貝母中的貝母甲素、貝母乙素也被納入候選成分。相關(guān)靶點(diǎn)387 個(gè)(去重前454個(gè)),其中巴豆194 個(gè),貝母128 個(gè),桔梗132 個(gè)(三藥合并去重后387 個(gè))。將上述成分、靶點(diǎn)導(dǎo)入Cytoscape3.7.1軟件構(gòu)建活性成分?靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖(圖1),共有433 個(gè)節(jié)點(diǎn),46 個(gè)紅色節(jié)點(diǎn)為活性成分,387 個(gè)綠色節(jié)點(diǎn)為靶點(diǎn),667條邊代表活性成分對(duì)靶點(diǎn)的作用,體現(xiàn)了三物白散多成分、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)。
2.2 胃癌靶點(diǎn)及復(fù)方?疾病靶點(diǎn) 多疾病靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)篩選獲得胃癌相關(guān)靶基因9 536 個(gè),與387 個(gè)藥物靶基因取交集,共得三物白散作用于胃癌的靶基因289 個(gè)(圖2)。
2.3 PPI 網(wǎng)絡(luò)及Hub 基因 將289 個(gè)靶基因?qū)隨tring 網(wǎng)站,置信度設(shè)置為大于0.4,結(jié)果如圖3,共289 個(gè)節(jié)點(diǎn),3 761 條邊,說(shuō)明靶基因之間互作關(guān)系密切。將.tsv 文件保存,利用R 軟件獲取網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因,繪制度值最大的前30 個(gè)靶點(diǎn)的柱狀圖(圖4,橫坐標(biāo)代表基因的度值),這些基因在三物白散發(fā)揮作用過(guò)程中起著核心作用,保存結(jié)果以用于后續(xù)的分子對(duì)接分析。
圖1 活性成分?靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)
圖2 三物白散作用于胃癌的靶基因
圖3 蛋白互作網(wǎng)絡(luò)
表1 三物白散活性成分信息
圖4 關(guān)鍵基因
2.4 分子對(duì)接 分子對(duì)接結(jié)果打分值越小,配體與受體的結(jié)合越牢固。由表2 數(shù)據(jù)可以看出,三物白散主要成分與關(guān)鍵靶點(diǎn)的結(jié)合程度均較好,其中TNF、PPARG、CASP3、VEGFA、MMP9 的結(jié)合程度最為牢固,為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)分析奠定了基礎(chǔ)。
2.5 靶基因GO、KEGG 通路分析 靶基因GO、KEGG 通路分析結(jié)果如圖5。GO 分析結(jié)果(圖5A)表明激素水平調(diào)節(jié)、血液循環(huán)的調(diào)節(jié)、脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)、對(duì)脂多糖、有毒物質(zhì)、酸性化學(xué)物質(zhì)、氮化合物等的反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等過(guò)程均在三物白散治療胃癌的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用;KEGG 通路分析結(jié)果(圖5B)表明癌癥通路、凋亡、TNF信號(hào)通路、鉑耐藥、脂肪細(xì)胞因子信號(hào)通路、HIF?1 信號(hào)通路、PPAR 信號(hào)通路、cAMP 信號(hào)通路、JAK?STAT 信號(hào)通路、自噬等均在三物白散治療胃癌的過(guò)程中發(fā)揮重要作用,其中,富集最為顯著的是癌癥通路(表3、圖6)。上述結(jié)果表明三物白散活性成分靶點(diǎn)分布于不同的生物過(guò)程和通路,可干預(yù)不同的過(guò)程及通路協(xié)調(diào)發(fā)揮作用,體現(xiàn)了中藥復(fù)方多成分、多靶點(diǎn)、多途徑的作用特點(diǎn)。
表2 分子對(duì)接結(jié)果
圖5 GO、KEGG 通路分析
表3 KEGG 通路富集信息
圖6 癌癥通路
2.6 靶基因蛋白互作及模塊分析 Metascape[10]中的蛋白互作及模塊分析結(jié)果見(jiàn)圖7。該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)BioGrid6,InWeb_ IM7,OmniPath8 數(shù)據(jù)庫(kù)的蛋白互作富集分析所得,網(wǎng)絡(luò)包含與靶基因列表中至少一個(gè)其他成員形成物理相互作用的蛋白質(zhì)子集,如果網(wǎng)絡(luò)包含3~500 種蛋白質(zhì),則應(yīng)用MCODE 算法9 來(lái)識(shí)別密集連接的網(wǎng)絡(luò)組件。為靶基因列表確定的MCODE 網(wǎng)絡(luò)共涉及8 個(gè)模塊,這些模塊中的基因可能在三物白散治療中發(fā)揮更重要的作用。
圖7 蛋白互作及模塊分析可視化
模塊1 主要與細(xì)胞對(duì)有機(jī)環(huán)狀化合物的反應(yīng)有關(guān),涉及通路包括癌癥通路、鉑耐藥;模塊2 主要與腺苷酸環(huán)化酶調(diào)節(jié)性G 蛋白偶聯(lián)受體有關(guān),涉及通路包括神經(jīng)活性配體?受體相互作用、cGMP?PKG 信號(hào)通路、鈣信號(hào)通路;模塊3 主要與細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)成分、氧化還原酶活性、醛脫氫酶(NAD)活性有關(guān),涉及通路包括、間隙連接、吞噬體;模塊5 主要與組蛋白脫乙酰基酶結(jié)合、染色質(zhì)結(jié)合有關(guān),涉及通路包括內(nèi)分泌抵抗、癌癥相關(guān)通路有關(guān);模塊6主要與腺苷酸環(huán)化酶激活G 蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)通路、cAMP介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)、環(huán)核苷酸介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān),涉及神經(jīng)活性配體?受體相互作用等過(guò)程;模塊7 主要與延遲的整流鉀通道活動(dòng)、電壓門控鉀通道復(fù)合物、電壓門控鉀通道活性有關(guān);模塊8 主要與醇脫氫酶活性,鋅依賴性、酒精脫氫酶(NAD)活性、乙醇氧化有關(guān),涉及酪氨酸代謝、脂肪酸降解、視黃醇代謝等過(guò)程。已有研究表明揮發(fā)性有機(jī)化合物[11]可導(dǎo)致組織內(nèi)強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng),與正常組織相比,胃癌組織中的含量明顯失調(diào),氧化反應(yīng)使體內(nèi)各種自由基活性增加、細(xì)胞免疫力下降、細(xì)胞間隙聯(lián)接交通受阻;G 蛋白偶聯(lián)受體[12]與胃癌的發(fā)展、侵襲與轉(zhuǎn)移等多種惡性生物學(xué)過(guò)程密切相關(guān);組蛋白異常乙?;?3]促進(jìn)胃癌的發(fā)展,其抑制劑可在體外抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化等;現(xiàn)有研究[14]證明胃癌細(xì)胞膜上確實(shí)存在延遲整流鉀離子通道,并通過(guò)影響細(xì)胞膜電壓、改變細(xì)胞體積等方式影響著腫瘤細(xì)胞的增殖和周期。cGMP?PKG 信號(hào)通路、鈣信號(hào)通路、cAMP 信號(hào)通路等均為胃癌研究的明星通路,且cGMP?PKG 信號(hào)通路與鉑耐藥、內(nèi)分泌抵抗均參與胃癌的多藥耐藥過(guò)程,提示三物白散在胃癌多藥耐藥的過(guò)程中可能發(fā)揮了重要的作用。
胃癌治療對(duì)于放、化療方法存在較強(qiáng)的耐藥性和副作用,在給患者帶來(lái)重大生活負(fù)擔(dān)和精神折磨的同時(shí),生存率并沒(méi)有得到顯著性提高[15]。中醫(yī)藥治療胃癌已有上千年的歷史,其多成分、多靶點(diǎn)的特色在胃癌治療中的地位越來(lái)越顯著,但是中醫(yī)藥治療胃癌的具體機(jī)制尚有很多不明之處,長(zhǎng)期運(yùn)用配伍相似或相同的處方,極有可能出現(xiàn)中藥耐藥的現(xiàn)象[16]。因此,明確中藥治療胃癌的具體機(jī)制,既可達(dá)到精準(zhǔn)醫(yī)療的要求以提高臨床療效,又可盡可能避免中藥耐藥現(xiàn)象,是為當(dāng)前研究中醫(yī)藥治療腫瘤的重中之重。
三物白散是《傷寒論》 溫下逐邪之代表方,用于治療寒實(shí)結(jié)胸證。傷寒大家陳亦人教授運(yùn)用該方加味方康爾愛(ài)片治療中晚期胃癌多例,效果顯著。相關(guān)臨床報(bào)道表明三物白散加味用于治療肺癌并發(fā)胸水[17]。朱懷平等[18]運(yùn)用三物白散加味方治療進(jìn)展期胃癌,結(jié)果表明其可提高瘤體穩(wěn)定率,降低惡化率,提高患者生活質(zhì)量。趙志英等[19]研究發(fā)現(xiàn)三物白散抑制腫瘤細(xì)胞分泌免疫抑制因子,改善機(jī)體免疫功能。徐力等[20]研究發(fā)現(xiàn)三物白散加味方通過(guò)影響細(xì)胞周期以影響細(xì)胞增殖。凌云等[21]研究發(fā)現(xiàn)三物白散可逆轉(zhuǎn)胃癌耐藥細(xì)胞株SGC7901 /DDP 多藥耐藥,其作用機(jī)制可能是通過(guò)抑制P?gp 功能而實(shí)現(xiàn)的。大量的臨床及基礎(chǔ)研究奠定了該方治療癌癥的地位。
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析得出三物白散活性成分46 個(gè),包括β?谷甾醇、巴豆苷、巴豆酸、花生四烯酸、刺槐素、木犀草素、桔梗皂苷、遠(yuǎn)志皂苷、桔梗酸、遠(yuǎn)志酸樺木醇、貝母甲素、貝母乙素、鬼臼毒素等。其中β?谷甾醇具有抗炎、抑制腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化等作用[22?24]。巴豆苷可抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)且促進(jìn)其凋亡,相關(guān)研究[25]表明其可抑制MV4?11 細(xì)胞內(nèi)HDACs 信號(hào)通路和FLT3 信號(hào)通路的相關(guān)蛋白表達(dá),從而產(chǎn)生抗白血病作用。巴豆酸和花生四烯酸屬于不飽和脂肪酸,相關(guān)研究[26]指出其可抑制癌細(xì)胞增殖,同時(shí)促進(jìn)凋亡。刺槐素能靶向RARγ,通過(guò)RARγ 調(diào)控P53?AKT 信號(hào)通路發(fā)揮抗腫瘤作用[27],亦可抑制p?NF?κB、下調(diào)COX?2 表達(dá),繼而上調(diào)促凋亡蛋白Bax 表達(dá)、下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl?2 表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞凋亡[28]。木犀草素可抑制自噬以強(qiáng)化細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性[29]。桔梗皂苷具有祛痰、抗炎、抗氧化活性、抗腫瘤等[5]作用。遠(yuǎn)志皂苷可通過(guò)調(diào)節(jié)Caspase 家族因子活性誘導(dǎo)A549 細(xì)胞凋亡。樺木醇可誘導(dǎo)Caspase?3、Caspase?9 參與細(xì)胞凋亡[30]。貝母甲素、貝母乙素和鬼臼毒素均可發(fā)揮抗腫瘤作用,貝母甲素下調(diào)L?RP 蛋白(肺耐藥相關(guān)蛋白)表達(dá)、抑制ERCC1mRNA 表達(dá),逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥,貝母乙素主要與自噬、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)[31?32]。綜上,三物白散的活性成分在抗炎、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等方面均可發(fā)揮一定的作用,為其治療癌癥提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
基因富集結(jié)果表明三物白散治療胃癌涉及激素水平調(diào)節(jié)、血循環(huán)的調(diào)節(jié)、脂質(zhì)代謝、酶活性、自噬等過(guò)程,富集的通路主要集中在癌癥、凋亡、缺氧、代謝與炎癥相關(guān)通路。腫瘤微環(huán)境具有局部組織缺氧、免疫炎性反應(yīng)等特點(diǎn)。缺氧微環(huán)境[33?34]可導(dǎo)致腫瘤的增殖、血管生成、轉(zhuǎn)移及耐藥性。HIF?1α 是缺氧誘導(dǎo)因子,在缺氧環(huán)境下表達(dá)上調(diào),進(jìn)而上調(diào)MMP?2、MMP?9 的表達(dá),促進(jìn)腫瘤血管生成;同時(shí),HIF?1α 的異常表達(dá)調(diào)控免疫相關(guān)細(xì)胞向免疫抑制表型轉(zhuǎn)化,促進(jìn)腫瘤的免疫逃逸。三物白散作用于該通路的靶點(diǎn)有19 個(gè)(P<0.05),提示其可能通過(guò)該通路調(diào)控免疫細(xì)胞表型,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。炎性微環(huán)境存在大量的炎性介質(zhì),可引起細(xì)胞基因突變,促進(jìn)腫瘤發(fā)展與轉(zhuǎn)移。TNF 信號(hào)通路與細(xì)胞增殖、炎癥與免疫反應(yīng)有關(guān),激活后,可進(jìn)一步激活NF?κB 信號(hào)通路和MAPK 信號(hào)通路,促進(jìn)炎癥因子TNF、IL?6 等的釋放,炎癥因子的釋放又可促進(jìn)炎癥通路的激活,形成惡性循環(huán)[35]。本研究表明三物白散富集在該通路的靶點(diǎn)有23 個(gè)(P<0.05),說(shuō)明其可能通過(guò)相關(guān)富集靶點(diǎn)調(diào)控TNF 通路以抑制炎癥因子釋放,從而抗腫瘤。代謝重塑在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用,發(fā)生重塑的代謝物主要是糖、脂質(zhì)、氨基酸等。脂肪細(xì)胞因子對(duì)代謝的影響主要是介導(dǎo)炎癥、細(xì)胞增殖和血管生成,其可直接進(jìn)入血循環(huán)影響癌癥[36]。PPARs 為細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體,在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、糖、脂代謝中均發(fā)揮重要作用。其亞型PPARα 可綁定Glut1 基因啟動(dòng)子區(qū)域直接抑制其轉(zhuǎn)錄,從而減少葡萄糖的攝取,最后,抑制mTOR 信號(hào)通路及腫瘤生長(zhǎng)[37]。PPARγ 配體可抑制巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng),抑制活化T 細(xì)胞的增殖,調(diào)控細(xì)胞分化周期,從而發(fā)揮調(diào)控炎癥和免疫反應(yīng)平衡、抑制腫瘤的作用[38]。PPARδ可通過(guò)降低氧化應(yīng)激反應(yīng),增強(qiáng)生存信號(hào)(p?AKT)以延長(zhǎng)癌細(xì)胞的生存率[39]。三物白散作用于胃癌的靶點(diǎn)富集在PPAR 通路上的主要有PPARδ、PPARγ 及相關(guān)配體,這提示三物白散可能通過(guò)調(diào)節(jié)該信號(hào)通路以調(diào)節(jié)炎癥、糖脂代謝,從而發(fā)揮治療胃癌的作用。
綜上所述,三物白散可能作用于缺氧、炎癥、代謝相關(guān)因子、通路,調(diào)控缺氧狀態(tài),抑制炎癥反應(yīng),調(diào)節(jié)代謝過(guò)程,改善腫瘤微環(huán)境,抑制細(xì)胞增殖與血管生成,促進(jìn)細(xì)胞凋亡,從而發(fā)揮治療胃癌的作用,這為深入探討三物白散治療胃癌的作用機(jī)制提供了新的方向。