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期刊信息
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期刊名称:医药卫生
主管单位:科技部西南信息中心
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出版单位:医药卫生杂志社

期刊总编:车东林

国内刊号:CN50-9219/R

国际刊号:ISSN1671-5675


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新闻详情

基于网络药理学探讨参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的作用机制

发表时间:2024-10-29 12:39作者:​樊志辉   刘 亮  卢 晶来源:湖北中医药大学第一临床学院

摘要:目的 基于网络药理学探讨参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的作用机制。方法 采用网络药理学研究方法,通过中药系统药理数据库和分析平台(TCMSP)筛选参附注射液有效活性成分的作用靶点,通过Uniprot数据库进行标化。通过检索基因数据库(GeneCards)与人类孟德尔遗传综合数据库(OMIM)共同筛选冠脉慢血流/无复流的疾病靶点,将筛选所得中药靶点和疾病靶点取交集得到中药—疾病共同靶点及韦恩图。利用 Cytoscape 3.10.1软件构建中药成分-疾病靶点调控网络图。运用STRING在线数据库构建中药—疾病共同靶点的蛋白互作网络关系图,并进行可视化处理,筛选关键基因。使用Metascape数据库对检索到的基因进行基因本体(GO)富集分析及京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,富集得到有效的基因和信号通路。结果 从 TCMSP 数据库筛选获得参附注射液治疗的有效活性成分88个和中药—疾病共同作用靶点55个。关键靶点包括TNF、AKT1、IL1B、PTGS2、CASP3、PPARG、JUN、NOS3、ESR1、ICAM1。蛋白网络互作分析显示,参附注射液中的有效活性成分山奈酚(kaempferol)、β-谷甾醇(beta-sitosterol)、豆甾醇(Stigmasterol)、原阿片碱(Fumarine)、灌木远志酮 A(Frutinone A)、德尔妥因(Deltoin)、苏齐内酯(suchilactone)、人参皂苷 rh2(ginsenoside rh2)、高丽槐素(Inermin)、吉九里香碱(Girinimbin)生物学重要性较高。结论 参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流具有多成分靶点及多通路的作用特点,可能与抗心肌细胞凋亡、氧化应激及炎症反应等有关。

关键词:参附注射液;冠脉慢血流/无复流;网络药理学;作用机制

中图分类号:R541.1





To investigate the mechanism of local intracoronary injection of Shenfu injection in the treatment of slow flow/no reflow during coronary intervention based on network pharmacology

Fan Zhihui1,Liu Liang1,2,Lu Jing2

( 1.The First Clinical College of Hubei University of Chinese Medicine 2. Department of Cardiovascular Medicine, Hubei Hospital of Traditional Chinese Medicine)

Abstract: Objective To investigate the mechanism of intracoronary local injection of Shenfu injection in the treatment of slow flow/no reflow during coronary intervention based on network pharmacology. Methods Using the network pharmacology research method, the target of active ingredients of Shenshen injection was screened by TCM System Pharmacology database and Analysis platform (TCMSP), and standardized by Uniprot database. Through gene database (GeneCards) and human Mendelian genetic database (OMIM), disease targets of coronary slow flow/no reflow were screened, and TCM targets and disease targets were intersected to obtain TCM - disease common targets and Wayne diagram. Cytoscape 3.10.1 software was used to construct the regulatory network diagram of TCM components and disease targets. The protein interaction network diagram of TCM and disease common targets was constructed by using STRING online database, and the key genes were screened by visualization. Metascape database was used for gene ontology (GO) enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis to obtain effective genes and signaling pathways. Results 88 active ingredients of Shenfu injection and 55 targets of TCM and disease were selected from TCMSP database. Key targets include TNF, AKT1, IL1B, PTGS2, CASP3, PPARG, JUN, NOS3, ESR1, ICAM1. Protein network interaction analysis showed that The active ingredients in Shenfu injection are kaempferol, beta-sitosterol, Stigmasterol, Fumarine, Frutinone A, Deltoin, suchilactone, ginsenoside rh2, Inermin and Girinimbin are of high biological importance. Conclusion Local injection of Shenfu injection in the treatment of slow flow/no reflow during coronary intervention has the characteristics of multi-component target and multi-pathway, which may be related to the anti-apoptosis of cardiomyocytes, oxidative stress and inflammatory reaction.

Key words: coronary slow flow/no reflow; Shenfu injection; Network pharmacology; Mechanism of action;


经皮冠状动脉介入治疗(PCI)是目前临床上对于急性冠脉综合征最有效且愈发成熟的一种治疗方案,在局部浸润麻醉下导丝通过狭窄病变血管,行冠脉内球囊扩张或支架植入术等,恢复冠脉血运,改善心肌供血,缓解临床症状。对于急性冠脉综合征(ACS)患者行早期PCI更可挽救残存的心肌,实现心肌再灌注,改善远期预后,降低死亡率。但PCI过程中仍会出现一系列的不良现象,其中又以冠脉慢血流/无复流较为常见[1]。冠脉慢血流/无复流的发病机制尚未明确,但多项研究结果表明,其与毛细血管床栓塞、缺血性损伤、血管内皮功能障碍、氧自由基产生、炎症反应、应激反应、钙过载和个人易感性等有关[2]。因慢血流/无复流现象作为严重的PCI术的并发症之一,可显著影响冠脉血运,降低心肌灌注,故术中常用硝酸甘油或硝普钠等,缓解冠脉痉挛,促进血流恢复。

参附注射液源自于南宋时期医著《妇人良方大全》中的参附汤,该方以人参、附子两味中药入方,具有回阳救逆,益气固脱的功效。动物研究结果发现,参附注射液可以改善血流动力学,维持重要脏器的灌注,并通过降低炎症因子水平、减少氧化应激及抑制钙超载等方式减少缺血再灌注损伤[3]。网络药理学结合了系统生物学、多向药理学、计算生物学、网络分析等多学科技术和内容,从多靶点研究角度出发,实现药物作用综合网络分析,其整体性、系统性特点与中药及方剂的多成分、多途径、多靶点协同作用的原理一致[4]。本研究基于网络药理学探讨参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的作用机制。


1 资料与方法


参附注射液中药化学成分筛选及相关靶点的搜集

通过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)(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php),查找参附注射液中人参、附子2味药的化学成分,依据中药的药代动力学ADME即吸收(Absorption)、分布(Distribution)、代谢(Metabolism)及排泄(Excretion)过程,以口服生物利用度(Oral Bioavailability,OB)≥30%,与类药性(Drug Likeness,DL)≥0.18为筛选条件,选取出中药的活性成分,下一步通过TCSMP平台获取活性成分作用的靶点,并通过Uniprot数据库(https://www.uniprot.org/)对蛋白靶点进行规范。

冠脉慢血流/无复流疾病靶点的获取

在人类基因数据库(GeneCards)、在线人类孟德尔遗传数据库(Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)2个疾病靶点数据库输入疾病名称“Coronary slow flow /no reflow”进行检索,未找到疾病相关基因,遂将输入疾病名称改为“Coronary heart disease”进行检索,将获取的疾病基因靶点汇总,去除重复数据,保留唯一值,即获得疾病的靶点数据。利用Image GP工具绘制维恩图整合参附注射液和疾病的共同靶点。

中药-活性成分-交集靶点网络构建

将中药、活性成分、交集靶点信息复制整理到Excel表格,并将其导入 Cytoscape 3.10.1软件,构建中药-活性成分-交集靶点网络图,对中药-活性成分-交集靶点之间的关系进行可视化分析,探讨参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流活性成分的重要性及相关分子作用机制。

PPI网络构建及核心靶点筛选

将药物-疾病共有的靶点基因导入STRING数据库(https://cn.string-db.org/),进而得到参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流潜在作用靶点的蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction,PPI)的网络图,下载其TSV格式文件导入Cytoscape 3.10.1软件处理,绘制网络样式的的PPI网络图,节点(node)的大小和渐变颜色反应Degree值的变化。

富集分析及可视化

将药物-疾病共同的靶点输入Metascape数据库(https://metascape.org/),设置富集因子>1.5,最小计数值为3,P<0.01为筛选标准进行基因本体(GeneGO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)的富集分析,并筛选出排名靠前的基因功能及通路绘制出直观的柱状图和气泡图。


2 结果


2.1参附注射液中药化学成分筛选

将TCMSP中得到的药物活性成分进行筛选,剔除无对应靶点的活性成分,最终得到43个有效活性成分,其中人参22个,附子21个。


药物
MOL ID
有效成分
OB(%)
DL
人参
MOL002879
Diop
43.59
0.39
人参
MOL000449
Stigmasterol
43.83
0.76
人参
MOL000358
beta-sitosterol
36.91
0.75
人参
MOL003648
Inermin
65.83
0.54
人参
MOL000422
kaempferol
41.88
0.24
人参
MOL004492
Chrysanthemaxanthin
38.72
0.58
人参
MOL005308
Aposiopolamine
66.65
0.22
人参
MOL005314
Celabenzine
101.88
0.49
人参
MOL005317
Deoxyharringtonine
39.27
0.81
人参
MOL005318
Dianthramine
40.45
0.2
人参
MOL005320
arachidonate
45.57
0.2
人参
MOL005321
Frutinone A
65.9
0.34
人参
MOL005344
ginsenoside rh2
36.32
0.56
人参
MOL005348
Ginsenoside-Rh4_qt
31.11
0.78
人参
MOL005356
Girinimbin
61.22
0.31
人参
MOL005357
Gomisin B
31.99
0.83
人参
MOL005360
malkangunin
57.71
0.63
人参
MOL005376
Panaxadiol
33.09
0.79
人参
MOL005384
suchilactone
57.52
0.56
人参
MOL005399
alexandrin_qt
36.91
0.75
人参
MOL005401
ginsenoside Rg5_qt
39.56
0.79
人参
MOL000787
Fumarine
59.26
0.83
附子
MOL002211
11,14-eicosadienoic acid
39.99
0.2
附子
MOL002388
Delphin_qt
57.76
0.28
附子
MOL002392
Deltoin
46.69
0.37
附子
MOL002393
Demethyldelavaine A
34.52
0.18
附子
MOL002394
Demethyldelavaine B
34.52
0.18
附子
MOL002395
Deoxyandrographolide
56.3
0.31
附子
MOL002397
karakoline
51.73
0.73
附子
MOL002398
Karanjin
69.56
0.34
附子
MOL002401
Neokadsuranic acid B
43.1
0.85
附子
MOL002406
2,7-Dideacetyl-2,7-dibenzoyl-taxayunnanine F
39.43
0.38
附子
MOL002410
benzoylnapelline
34.06
0.53
附子
MOL002415
6-Demethyldesoline
51.87
0.66
附子
MOL002416
deoxyaconitine
30.96
0.24
附子
MOL002419
(R)-Norcoclaurine
82.54
0.21
附子
MOL002421
ignavine
84.08
0.25
附子
MOL002422
isotalatizidine
50.82
0.73
附子
MOL002423
jesaconitine
33.41
0.19
附子
MOL002433
(3R,8S,9R,10R,13R,14S,17R)-3-hydroxy-4,4,9,13,14-pentamethyl-17-[(E,2R)-6-methyl-7-[(2R,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-[[(2R,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxymethyl]oxan-2-yl]oxyhept-5-en-2-yl]-1,2,3,7,8,10,12,15,16,17-decahydr
41.52
0.22
附子
MOL002434
Carnosifloside I_qt
38.16
0.8
附子
MOL000359
sitosterol
36.91
0.75
附子
MOL000538
hypaconitine
31.39
0.26




2.2 参附注射液作用靶点预测及其治疗冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流潜在作用靶点的预测

通过筛选共获得88个参附注射液活性成分作用靶点,获得1715个疾病相关靶点。参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的交集靶点55个。见图1


图1   参附注射液与疾病相关靶点的Venn分析

2.3 中药-活性成分-交集靶点网络构建与分析

中药-活性成分-交集靶点网络由141节点,297条边组成,以Degree值大小进行排序,其中山奈酚(kaempferol)、β-谷甾醇(beta-sitosterol)、豆甾醇(Stigmasterol)、原阿片碱(Fumarine)、灌木远志酮 A(Frutinone A)、德尔妥因(Deltoin)、苏齐内酯(suchilactone)、人参皂苷 rh2(ginsenoside rh2)、高丽槐素(Inermin)、吉九里香碱(Girinimbin),说明其在参附注射液治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的过程中发挥重要作用。见图(2)

图2   参附注射液潜在活性成分-交集靶点的网络。


2.4 参附注射液治疗冠脉介入术中慢血流/无复流关键作用靶点的PPI网络构建

获取满足筛选条件的关键作用靶点55个。PPI网络中有55个节点,409条边,节点平均Degree值为14.9,跟据Degree值的大小其中TNF、AKT1、IL1B、PTGS2、CASP3、PPARG、JUN、NOS3、ESR1、ICAM1等排列靠前。见图(3)

图3   参附注射液治疗冠脉介入术中慢血流/无复流关键作用靶点的PPI网络

2.5 关键靶点的GO富集分析及KEGG通道分析结果

GO分析中得到生物过程(Biological Process,BP)相关条目3565条,其中包括细胞运动的正调节(positive regulation of cell motility)、细胞对氮化合物的反应(cellular response to nitrogen compound)、对无机物的反应(response to inorganic substance)、蛋白质磷酸化的正调控(positive regulation of protein phosphorylation)、有机环状化合物的细胞反应(cellular response to organic cyclic compound)、细胞群增殖的负调控(negative regulation of cell population proliferation)、细胞对脂质的反应(cellular response to lipid)、细胞分解代谢过程的调节(regulation of cellular catabolic process)等。GO分析中得到分子功能(Molecular Function,MF)相关条目503条,其中涉及蛋白激酶活性(protein kinase activity)、蛋白质同源二聚活性(protein homodimerization activity)、激酶结合(kinase binding)、细胞因子活性(cytokine activity)、DNA结合转录因子结合(DNA-binding transcription factor binding)、蛋白质结构域特异性结合(protein domain specific binding)、磷酸酶结合(phosphatase binding)、蛋白质异二聚活性(protein heterodimerization activity)、蛋白酶结合(protease binding)等。GO分析中得到细胞组分(Cell Component,CC)相关条目283条,包括膜筏(membrane raft)、质膜蛋白复合物(plasma membrane protein complex)、膜的侧面(side of membrane)、细胞外基质(extracellular matrix)、细胞质核周区(perinuclear region of cytoplasm)、囊泡腔(vesicle lumen)、受体复合体(receptor complex)、核包层(nuclear envelope)、转录调节复合物(transcription regulator complex)等。见图(4)

图4 GO富集分析 BP、CC、MF结果


KEGG信号通路富集结果显示,参附注射液治疗冠脉介入术中慢血流/无复流所相关的信号通路有237条,筛选出参附注射液治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的关键作用靶点的主要相关信号通路,包括:癌症通路(Pathways in cancer)、脂质与动脉硬化(Lipid and atherosclerosis)、糖尿病并发症中的晚期糖基化终末产物-晚期糖基化终产物受体(advanced glycation end product-receptor of advanced glycation endproducts,AGE-RAGE)信号通路、促分裂原活化的蛋白激酶(Mitogenactivated Protein Kinase,MAPK)信号通路、液体剪切应力和动脉粥样硬化(Fluid shear stress and atherosclerosis)、磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B(Phosphatidylinositol-3-kinase-protein Kinase B,PI3K/AKT)信号通路、癌症中的蛋白聚糖(Proteoglycans in cancer)等信号通路。见图(5)。

图5   KEGG通路富集分析结果

3 讨论

本文通过网络药理学研究,经TCMSP平台搜集到参附注射液共有43个活性成分和116个活性成分所作用的靶点,其中山奈酚(kaempferol)、β-谷甾醇(beta-sitosterol)、豆甾醇(Stigmasterol)、原阿片碱(Fumarine)、灌木远志酮 A(Frutinone A)、德尔妥因(Deltoin)、苏齐内酯(suchilactone)、人参皂苷 rh2(ginsenoside rh2)、高丽槐素(Inermin)、吉九里香碱(Girinimbin)在中药-活性成分-交集靶点网络构建与分析中根据Degree值排名靠前,说明其是参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流的主要作用成分。其中山奈酚类属于黄酮类化合物,现已有研究表明,山奈酚对心肌内质网应激蛋白GRP78、ATF-6Alpha和CHOP具有抑制作用,并通过调节B-Cl2和Bax蛋白发挥抗凋亡作用,使山奈酚对心肌缺血/再灌注损伤有保护作用[5]。β-谷甾醇作为天然植物甾醇,广泛存在于植物种子中,具有多种生物活性,包括心脏保护作用,已有研究证明:β-谷甾醇抑制血管紧张素II诱导的A7r5细胞的增殖和迁移,减轻细胞内氧化应激[6]和β-谷甾醇能抑制心肌缺血缺氧所引起的心律失常[7]。人参皂苷Rh2 ( GRh2 )是从红参中分离得到的具有药理作用的单体,现有研究已经证实了人参皂苷Rh2通过调控Nrf2 / HO-1 / NLRP3信号通路减轻心肌缺血再灌注后的心肌细胞氧化应激和炎症反应,具有心脏损伤的保护作用[8]。从PPI结果看,TNF和IL-1B同属促炎细胞因子,已有研究表明,通过有效的治疗TNF和IL-1B水平可以明显降低,提示体内炎症得到较好控制[9]。从细胞凋亡途径来看,参附注射液可通过抑制心肌细胞的CASP3 的活性而发挥抗细胞凋亡作用[10]。

综上所述,参附注射液冠脉内局部注射治疗冠脉介入术中慢血流/无复流具有多成分靶点及多通路的作用特点。初步验证了参附注射液的基本药理学作用和相关机制,但仍需开展动物与临床试验研究,进一步检测参附注射液于体内有效成分。



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