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一项关于牛膝治疗骨关节炎的研究(二)

时间:2020-08-20 18:14来源:生信自学网 作者:刘鑫 点击:
上一篇文章我们介绍了通过网络药理学方法揭示牛膝治疗骨关节炎的作用机制的背景和方法,下面我们看一下通过这些方法得到的结果。

通过网络药理学方法揭示牛膝治疗骨关节炎的作用机制(二)

上一篇文章我们介绍了通过网络药理学方法揭示牛膝治疗骨关节炎的作用机制的背景和方法,下面我们看一下通过这些方法得到的结果。

结果
RAB活性成分的筛选
       使用筛选条件OB(> 30%)和DL(> 0.18)搜索TCMSP数据库。总共在RAB中发现了20种有效成分。通过人工搜索20种有效成分寻找相关靶标,最终筛选出16种有效成分,详见图2。

图2|中药成分-牛膝的目标网络。粉红色椭圆形结节是牛膝的主要活性成分,蓝色矩形是治疗牛膝骨关节炎的潜在靶点

在这些成分中,植物甾醇如stigmasterols、小檗碱等生物碱已被证实具有抗炎、抗氧化、抗癌等广泛的药理作用[29-32]。槲皮素、黄芩素等黄酮类化合物可消除软骨变性

有效活性成分库的构建和疾病目标设定
        搜索TCMSP数据库中的目标,总共包含RAB的513个目标。利用UniProt数据库收集靶标基因名称,删除无效靶标和重复靶标,得到101个有效活性成分靶标。通过对GeneCard、OMIM、PharmGkb、Therapeutic targets database、DrugBank数据库的搜索整合,共获得2655个OA基因靶标。将101个复合靶标映射到2655个OA靶基因中,得到63个共同靶基因,如图3所示
 

图3 |PPI网络拓扑筛选过程

建立一个“成分-目标网络”网络
        绘制16种药物成分和63种疾病相关靶标筛选结果,剔除无相应靶标的化学成分,删除重复靶标。将数据导入Cytoscape构建成分-靶标网络,如图2所示,RAB与OA蛋白受体的对接结果见图4。(八角形节点表示活性药物成分,如槲皮素;圆形节点代表疾病作用的目标,如丝分裂原激活蛋白激酶8 (MAPK8)。如图2所示,该网络共有79个节点,151个边。不同的节点代表RAB的活性成分和OA的靶点。从图2可以看出,RAB可以对应一个靶标上的一个或多个活性成分,多个靶标对应同一个活性成分,说明RAB在治疗OA方面具有多组分、多靶标的特点。
 

图4 GO富集牛膝的活性成分治疗骨关节炎的常见靶点

靶蛋白相互作用网络分析
        将RAB中OA处理的常用目标导入到字符串数据库中,得到它们的交互关系。交互网络共有58个节点和241条边。将TSV数据导入Cytoscape,使用CytoNCA基于DC、BC、CC、EC、NC、LAC参数对上述PPIs进行分析。第一次筛选的阈值为度>6, Eigenvector>0.084871295, LAC>3.2, Betweenness>16.682932, Closeness>0.243071465、Network>4、结果显示共有19个节点,91条边。然后对19个靶点进行进一步筛选。第二筛选阈值为学位>14日,Eigenvector>0.17461096, LAC>5.7894735, Betweenness>130.68596, Closeness>0.2626728、Network>8.641908。第二次筛选结果为7个节点20条边(图3),包括MAPK8、IL6、VEGFA、EGFR、MYC、CCND1、CASP3。

GO和KEGG通路富集分析
对63个核心靶标的MF、BP和CC进行了分析,结果表明RAB的关键靶标在79个GO项中富集程度较高。所涉及的生物功能和流程,包括特定序列DNA结合,RNA聚合酶II近端启动子sequence-specific DNA结合,转录激活绑定,染色质绑定,代数余子式绑定,核受体活性,类固醇激素的身体活动,和核染色质绑定,是密切相关的生物过程,如细胞增殖和细胞凋亡。用P <对前20个GO分析结果进行筛选;取0.05作为阈值,如图4所示。对63个RAB靶物进行KEGG富集分析。结果表明,112个靶点富集通路,包括病毒相关信号通路、凋亡信号通路、IL-17信号通路和PI3K/AKT信号通路。这些经典信号通路在OA的发生发展中发挥重要作用。用P <筛选前20个KEGG分析结果;取0.05作为阈值,如图5所示。GO和KEGG分析表明,RAB可以通过多种途径作用于OA。

图5从牛膝的主要活性成分中富集治疗骨关节炎的潜在靶点KEGG通路

目标路径分析
        利用KEGG Mapper工具得到RAB对OA治疗的通路图,如图6所示。白色标记通路靶点,红色标记RAB治疗OA的靶点。通路地图显示RAB参与治疗OA,包括NF -κB信号通路和PI3K / AKT信号通路,与17 RAB治疗OA的有效目标。提示RAB可能通过调节多个方面参与OA的治疗,其靶点可能就在这些通路上。

图6 RAB治疗骨关节炎的通路图牛膝治疗骨关节炎的主要靶点位于凋亡通路。箭头表示激活效应,t箭头表示抑制效应,分段表示激活效应或抑制效应

分子对接分析
        利用Discovery Studio软件通过分子对接对网络药理学进行验证。LibDock评分表示分子对接重合的程度。分数越高,配体与受体蛋白的结合越好。分子对接结果表明,RAB对活性成分与关键OA靶蛋白分子的结合具有良好的亲和力。与阳性药物塞来昔布相比,RAB在分子对接匹配上无显著差异。同时,这些发现也间接验证了RAB对OA靶点CASP3、MAPK8的调控作用。结果表明,分子对接结果与网络药理学筛选结果一致,通过分子对接验证了网络药理学的可靠性。RAB与OA蛋白受体的对接结果见图5。部分对接过程如图7所示。

 
总结
        本研究从网络药理学角度探讨RAB治疗OA的有效活性成分及分子机制。RAB治疗OA的有效成分由16个化合物组成;其中槲皮素、山奈酚、胡黄素、-谷甾醇、黄芩素和耻甾醇是重要的活性成分。RAB治疗OA的靶基因有63个,其中MAPK8、IL-6、EGFR、VEGFA、CCND1、MYC、CASP3、ESR1是关键的靶基因。RAB在OA治疗中的信号通路主要包括凋亡信号通路、IL-17信号通路和PI3K/AKT信号通路。此外,本研究结果为进一步研究RAB治疗OA的机制提供了新的途径。


责任编辑:乐伟
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