基于網(wǎng)絡藥理學和分子對接研究白花蛇舌草和半枝蓮藥對治療宮頸癌的作用機制

吳朗杰，趙春燕，戰(zhàn)麗彬

基于網(wǎng)絡藥理學和分子對接研究白花蛇舌草和半枝蓮藥對治療宮頸癌的作用機制

吳朗杰，趙春燕，戰(zhàn)麗彬*

南京中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院· 中西醫(yī)結合學院，江蘇 南京 210023

通過網(wǎng)絡藥理學與分子對接方法探究白花蛇舌草和半枝蓮藥對治療宮頸癌的潛在活性成分及作用機制。通過中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫分析平臺（TCMSP）和STITCH數(shù)據(jù)庫搜集白花蛇舌草和半枝蓮藥對的活性成分和靶點，在DisGeNET網(wǎng)站下載宮頸癌疾病靶點；以String平臺數(shù)據(jù)為基礎，利用Cytoscape軟件構建白花蛇舌草和半枝蓮藥對與宮頸癌共同靶點的蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction network，PPI）網(wǎng)絡；利用CytoHubba篩選ub基因），構建靶點的拓撲網(wǎng)絡圖；繪制“活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡圖；采用Schrodinger軟件對活性成分與靶點進行分子對接?！盎钚猿煞?靶點-通路”網(wǎng)絡顯示，白花蛇舌草和半枝蓮藥對有25個主要活性成分，38個主要靶點，與18個信號通路有關。分子對接結果顯示，白花蛇舌草和半枝蓮藥對25個活性成分與38個靶點部分或全部對接成功。白花蛇舌草和半枝蓮藥對通過多成分、多靶點、多通路參與宮頸癌細胞凋亡。

宮頸癌；白花蛇舌草；半枝蓮；網(wǎng)絡藥理學；分子對接

宮頸癌主要由感染人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）引起[1-2]。2019年國家癌癥中心發(fā)布的有關中國惡性腫瘤流行情況分析顯示，宮頸癌占中國女性惡性腫瘤發(fā)病的6.24%[3]。中藥活性成分在抗腫瘤方面具有多途徑、多靶點、不良反應小等優(yōu)勢[4]。白花蛇舌草Willd.與半枝蓮D. Don藥對在宮頸癌的中醫(yī)治療中體現(xiàn)出一定的療效[5-9]。該藥對含有黃酮類、萜類、多糖類等化學成分，具有抗腫瘤活性[10-12]。本研究通過搜集白花蛇舌草和半枝蓮藥對的潛在活性成分，探究其作用于宮頸癌的靶點及作用機制，為白花蛇舌草和半枝蓮藥對治療宮頸癌的體內外研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)庫與軟件

DisGNET（https://www.disgenet.org/），中藥系統(tǒng)藥理分析平臺（TCMSP，http://tcmspw.com/），STITCH網(wǎng)站（http://stitch.embl.de/cgi/input.pl），Uniprot網(wǎng)站（https://www.uniprot.org），String網(wǎng)站（https://string-db.org/），PDB數(shù)據(jù)庫（https://www. rcsb.org/），PubChem數(shù)據(jù)庫(http://pubchem.ncbi. nlm.nih.gov)，DAVID網(wǎng)站（https:// david.ncifcrf.gov/ home.jsp），Cytoscape 3.7.2軟件，Schrodinger 2018軟件，BioinfoGP（https://bioinfogp.cnb.csic.es）。

1.2 白花蛇舌草和半枝蓮藥對的活性成分和靶點篩選

以類藥性（drug-likeness，DL）≥0.18、口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%為篩選條件，在TCMSP平臺搜集白花蛇舌草和半枝蓮的活性成分，記錄活性成分的PubChem ID、靶點名稱，通過挖掘文獻補充由于OB和DL過小被遺漏的活性成分。以PubChem ID尋找SMILE表達式，在STITCH網(wǎng)站中尋找相關靶點，Uniprot網(wǎng)站確定各靶點的Uniprot ID。

1.3 宮頸癌疾病靶點篩選

DisGeNET網(wǎng)站中以“宮頸癌”為疾病名稱，檢索得到宮頸癌疾病靶點，去除不具有Uniprot ID的靶點，去除具有相同Uniprot ID的不同靶點，保留唯一Uniprot ID的靶點。利用BioinfoGP中VENNY2.1工具，將白花蛇舌草和半枝蓮藥對主要活性成分的預測靶點與宮頸癌相關靶點進行交集分析并繪制韋恩圖，提取白花蛇舌草與宮頸癌、半枝蓮與宮頸癌的交集靶點。

1.4 宮頸癌與白花蛇舌草和半枝蓮藥對共同靶點的蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction network，PPI）關系

將白花蛇舌草與宮頸癌、半枝蓮與宮頸癌的交集靶點導入STRING平臺，繪制PPI網(wǎng)絡圖。將篩選得到的互作靶點輸入DAVID網(wǎng)站，進行基因本體（gene ontology，GO）功能富集分析和京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集。

1.5 互作靶點拓撲關系圖與信號通路關鍵基因（Hub基因）分析

利用Cytoscape軟件進行拓撲分析并繪制網(wǎng)絡圖，利用CytoHubba插件計算度值≥25的Hub基因。

1.6 “活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡的構建

利用Cytoscape軟件繪制“活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡圖。

1.7 活性成分與靶點的分子對接驗證

選擇“活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡圖中的主要活性成分與靶點進行分子對接。在PDB數(shù)據(jù)庫尋找靶點的PDB文件，在PubChem數(shù)據(jù)庫尋找活性成分的SDF文件，利用Schrodinger 2018軟件進行分子對接。

2 結果

2.1 白花蛇舌草和半枝蓮藥對的活性成分和靶點篩選

如表1所示，白花蛇舌草包含37個活性成分，經過篩選得到8個主要活性成分和88個相關靶點；如表2所示，半枝蓮包含94個活性成分，經過篩選得到29個主要活性成分和170個相關靶點。

表1 白花蛇舌草的活性成分信息

Table 1 Active ingredient of

MOL ID化合物名稱PubChem編號靶點數(shù)量 MOL000358β-sitosterol22228435 MOL0016702-methoxy-3-methyl-9,10-anthraquinone1051494626 MOL000449stigmasterol528079426 MOL000098quercetin528034313 MOL000511ursolic acid6494510 MOL0016633-epioleanolic acid118696583 MOL001659poriferasterol52813302 MOL000771p-coumaric acid6375421

表2 半枝蓮的活性成分信息

Table 2 Active ingredient of Scutellaria barbata

2.2 宮頸癌相關靶點的篩選

共得到宮頸癌相關靶點859個，將白花蛇舌草和半枝蓮藥對主要活性成分的靶點與宮頸癌相關靶點進行交集并繪制韋恩圖如圖1所示，宮頸癌與白花蛇舌草共有靶點25個，宮頸癌與半枝蓮共有靶點46個，白花蛇舌草、半枝蓮、宮頸癌潛在靶點總數(shù)為53個。

2.3 宮頸癌與白花蛇舌草和半枝蓮藥對共有靶點的PPI分析

將53個互作靶點導入STRING網(wǎng)絡平臺，如圖2所示，PPI互作有53個節(jié)點，633條邊，平均節(jié)點度值為23.9，平均局部聚類系數(shù)為0.775，＜1.0×10?16，表明該組互作靶點與隨機相似靶點組合對比具有顯著差異。

圖1 白花蛇舌草和半枝蓮藥對與宮頸癌靶點的韋恩圖

圖2 宮頸癌與白花蛇舌草和半枝蓮藥對共有靶點PPI網(wǎng)絡

2.4 互作靶點通路與功能分析

將53個靶點輸入DAVID網(wǎng)站，進行GO功能富集分析，互作靶點與258個生物過程相關，與25個細胞組分相關，與53個分子功能相關。以基因數(shù)≥10的GO條目進行條形圖繪制，如圖3所示，生物過程主要富集在對藥物的反應、缺氧反應、凋亡過程的正負調控、炎癥反應、基因表達的正調控、細胞增殖正負調控、凋亡過程、信號轉導、RNA聚合酶Ⅱ啟動子轉錄的正負調控等；細胞組分主要富集在線粒體、核、胞漿、細胞表面、細胞質、核質、內質網(wǎng)膜、膜、細胞外間隙、胞外區(qū)、質膜、酶結合等；分子功能主要富集在相同蛋白結合、蛋白質結合、轉錄因子結合、序列特異性DNA結合、蛋白質同源二聚活性、ATP結合、轉錄因子活性、序列特異性DNA結合、DNA結合等。

KEGG富集分析涉及85條信號通路，以基因數(shù)≥8篩選得到37條KEGG通路，前20條通路如圖4所示，包括15個與宮頸癌明顯無關的疾病通路，如乙型肝炎、查加斯?。绹F蟲?。?、肺結核、弓形蟲病、非酒精性脂肪肝、甲型流感、人類嗜T細胞病毒Ⅰ型（human T-cell lymphoma-leukemia virus-Ⅰ，HTLV-Ⅰ）感染、類風濕性關節(jié)炎、EB病毒感染、丙型肝炎、單純皰疹感染、瘧疾、利什曼病、百日咳、阿米巴??；4個其他惡性腫瘤如結直腸癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌、小細胞肺癌相關信號通路；與18個宮頸癌發(fā)生、發(fā)展相關的信號通路，如癌癥的途徑、癌癥中的蛋白多糖、癌癥中的microRNAs、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信號通路、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）信號通路、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路、細胞凋亡、病毒致癌作用、Toll樣受體信號通路、雌激素信號通路、神經營養(yǎng)素信號通路、叉頭盒子（forkhead box O，F(xiàn)oxO）信號通路、癌癥的中心碳代謝、腫瘤抗原p53（tumor antigen p53，TP53）信號通路、核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路、缺氧誘導因子1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）信號通路、鞘脂信號通路、局灶性黏連。KEGG富集于多種癌癥通路，表明惡性腫瘤發(fā)病機制存在共同特征。藥物與疾病的53個互作靶點富集于PI3K-Akt、TNF、MAPK、p53信號通路、NF-κB信號通路、細胞凋亡等通路，提示白花蛇舌草和半枝蓮藥對可能作用于多條信號通路的多個靶點發(fā)揮抑癌作用。

圖3 GO功能富集分析

圖4 共有靶點的前20條KEGG通路

2.5 互作靶點拓撲關系圖與Hub基因分析

如表3、圖5所示，活性成分與宮頸癌互作的Hub靶點可能是TP53、AKT1、MYC原癌基因蛋白（MYC proto-oncogene，MYC）、血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、JUN原癌基因（Jun proto-oncogene，JUN）、半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3，CASP3）、TNF、雌激素受體1（estrogen receptor 1，ESR1）、MAPK8、MAPK1、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、前列腺素內過氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）等。

2.6 “活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡分析

“活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡如圖6所示，選擇KEGG富集中的與宮頸癌發(fā)生、發(fā)展相關的18條信號通路，集中展示白花蛇舌草和半枝蓮藥對作用靶點的所在通路。25個主要活性成分可能通過作用于38個靶點，在18條信號通路中發(fā)揮作用，表明白花蛇舌草和半枝蓮藥對可能通過多成分、多靶點、多通路抑制宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展。

表3 Hub基因在拓撲網(wǎng)絡中的特點

圖5 互作靶點拓撲網(wǎng)絡圖

2.7 活性成分與靶點的分子對接驗證

將25個活性成分的分子配體與36個靶點進行對接，得到800多組對接數(shù)據(jù)。表4為對接能力前12個靶點與前17個活性成分的交叉數(shù)據(jù)，活性成分與細胞色素P450 1B1（cytochrome P450 1B1，CYP1B1）、熱休克蛋白90α（heat shock protein 90α，HSP90A）、腦源性神經營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、雄激素受體（androgen receptor，AR）、ESR1、EGFR、PTGS2、MAPK8、MAPK1等靶點的分子對接能力均較好。

圖6 “活性成分-靶點-通路”網(wǎng)絡

表4 活性成分與靶點的分子對接結果

以CYP1B1與半枝蓮種素的分子對接為例，如圖7所示，CYP1B1靶點中含有鐵離子且具有較好的分子口袋，與半枝蓮種素的結合能為38.98 kJ/mol。

圖7 半枝蓮種素(A) 與CYP1B1 (B) 分子對接位置模型(C)和分子對接鍵模型(D)

3 討論

白花蛇舌草和半枝蓮作為清熱解毒中藥，在臨床上常被作為藥對應用于抗腫瘤治療中。兩藥配伍具有協(xié)同增效作用，該藥對可促進胃癌細胞[12-13]、肝癌細胞[12]、非小細胞肺癌細胞[12]、乳腺癌細胞[14-15]、宮頸癌細胞[12]、胰腺癌細胞[16]凋亡，抑制腫瘤細胞增殖；該藥對在肝癌荷瘤小鼠[17-18]、S180肉瘤荷瘤小鼠[19-20]中均表現(xiàn)出較好的抑瘤作用；該藥對所含多種成分如黃酮類、萜類、多糖類等具有抗瘤活性[10-12]。本研究發(fā)現(xiàn)白花蛇舌草和半枝蓮藥對的25個活性成分與36個宮頸癌疾病靶點相關性較為密切。分子對接實驗發(fā)現(xiàn)，半枝蓮種素、甲基鼠李素、三裂鼠尾草素、芹菜素、薺苧黃酮、柚皮素、槲皮素、黃芩素、木犀草素、白楊素、圣草酚等25個活性成分與宮頸癌疾病靶點可部分或全部成功對接，其中槲皮素、豆甾醇、植物甾醇、熊果酸、2-甲氧基-3-甲基-9,10-蒽醌酮為白花蛇舌草的活性成分。

黃酮類化合物具有較好的抗腫瘤活性[21-22]。槲皮素[23-26]、黃芩素[27-28]、黃芩苷[29-32]、漢黃芩素[27-33]、白楊素[34]、柚皮素[35]、陳皮素[36]、木犀草素[37]、芹菜素[38]可促進宮頸癌細胞凋亡，抑制腫瘤增殖與侵襲。圣草酚存在于益母草[39]、石韋[40]、楊樹花[41]等植物中，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、神經保護等多種藥理活性[42]；圣草酚可以防治1,2-二甲基肼誘導的雄性白化Wistar大鼠實驗性結腸癌[43]；圣草酚可以抑制小鼠上皮細胞JB6C141向癌細胞的轉化[44]。高車前素可抑制結腸癌細胞[45]、肝癌細胞[46]增殖；高車前素可通過抑制B細胞淋巴瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白表達從而抑制肝癌細胞增殖，發(fā)揮抗結腸癌作用[45-47]。鼠李素又稱甲基鼠李素，可以通過下調神經源性位點Notch同源蛋白1（neurogenic locus notch homolog protein 1，Notch-1）的表達從而抑制乳腺癌細胞MCF-7增殖、侵襲和遷移[47]；異鼠李素可通過抑制多條信號通路從而抑制腎癌細胞生長[48]。三裂鼠尾草素可抑制結腸癌細胞SW620[49]和胃癌細胞SGC7901[50]活性。目前尚無半枝蓮種素、薺苧黃酮、百里香酚、原兒茶酸、7-羥基-5,8-二甲氧基-2-苯基-色酮、5-羥基-7,8-二甲氧基-2-(4-甲氧基苯基色酮)、2-甲氧基-3-甲基-9,10-蒽醌抗癌活性的相關報道。

熊果酸為五環(huán)三萜類化合物，已有大量研究表明熊果酸對肝癌[51]、胃癌[52]、乳腺癌[53]、前列腺[54]、結直腸癌[55]具有較好的抑制活性。但本研究結果發(fā)現(xiàn)，熊果酸可成功對接的靶點較少，且對接能力欠佳。本研究中部分對接能力較強的靶點如CYP1B1、AR、EGFR等與宮頸癌發(fā)生、發(fā)展的聯(lián)系尚并不明確。細胞色素P450參與多種人體代謝功能，CYP1B1的基因多肽性可能在宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用[56]。ESR1、AR作為性激素受體，在促性激素和抑制性激素分泌的藥物研究中較為多見，ESR1拮抗劑如三苯氧胺、來曲唑等可抑制乳腺癌患者性腺軸分泌，AR拮抗劑如比卡魯胺、恩雜魯胺、阿比特龍等可抑制AR信號軸活性，但目前尚無AR參與宮頸癌發(fā)生、發(fā)展的相關研究。Scambia等[57]指出EGFR水平與宮頸癌的死亡、復發(fā)風險均無關，提示EGFR與宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展機制無關?；衔锘钚耘c藥動學特性密切相關，提示分子對接只能作為篩選活性成分的一種有效手段，后續(xù)仍需進行體內外實驗驗證。

HSP90A是細胞內普遍存在且保守的蛋白，在細胞內發(fā)揮著重要的功能。研究表明，HSP90A過表達與大腸癌[58]、卵巢癌[59]、乳腺癌[60]、肺癌[61]等多種腫瘤細胞增殖有關，其機制可能為HSP90A對EGFR、受體酪氨酸蛋白激酶erbB-2（receptor tyrosine-protein kinase erbB-2，ERBB2）、血小板源性生長因子受體（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）等信號通路的抑制[61]。姜黃素可抑制HSP90活性，促進其下游蛋白AKT和人類表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor-2，Her-2）降解，從而促進人宮頸癌HeLa細胞凋亡[62]。BDNF是神經促性腺激素家族的成員之一，BDNF/酪氨酸激酶受體B通路被認為是預防宮頸癌細胞增殖、侵襲、轉移的有效靶點[63]?？鄥A可通過上調BDNF-反義長鏈非編碼RNA表達，從而抑制宮頸鱗狀細胞癌增殖[64]。本研究發(fā)現(xiàn)，白花蛇舌草和半枝蓮藥對的多種活性成分如芹菜素、柚皮素、槲皮素等均能與BDNF成功對接，且對接能力較強。

MAPK信號通路中的MAPK1、MAPK8參與宮頸癌細胞增殖、分化、遷移、轉化和程序性死亡等多種過程。柚皮素[35]、木犀草素[65]、槲皮素[66]可通過調控MAPK通路，抑制宮頸癌細胞增殖、侵襲與轉移。柚皮素可誘導HeLa細胞中活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的產生，可通過激活ROS/c-Jun末端激酶（c-Jun-terminal kinase，JNK）/Bcl-2通路誘導細胞凋亡、抑制細胞增殖和遷移[35]。蟾蜍靈作用于ROS/JNK通路誘導宮頸癌C33A細胞自噬，發(fā)揮抗腫瘤作用?；倍甯嗤ㄟ^激活p-JNK通路抑制C33A細胞與人宮頸癌SiHa細胞的增殖、遷移與侵襲[67]。PI3K-Akt信號通路對宮頸癌細胞的增殖、分化和凋亡具有重要的調節(jié)作用。黃岑苷對HeLa細胞具有放射增敏作用，可使細胞周期阻滯于G2/M期，其機制與抑制PI3K/Akt信號通路有關[68]。苦參堿[69]、去氫駱駝蓬堿[70]、虎杖苷[71]可通過抑制PI3K/Akt信號通路從而抑制宮頸癌細胞生長。PTGS包括組成性表達的PTGS1和可誘導的PTGS2，參與細胞的環(huán)氧合酶途徑與炎癥激活。各種物理、化學損傷均能激活PTGS2，PTGS2通過激活VEGF、PI3K-Akt等通路促進新生血管生成，在癌癥發(fā)展、轉移中發(fā)揮重要作用[72]。PTGS2的選擇性抑制劑賽來昔布能特異性誘導宮頸癌組織內PTGS2和細胞增殖核抗原Ki67蛋白表達，抑制新生血管生成，進而誘導腫瘤細胞凋亡并阻滯細胞生長[73]。大麻素類似物能通過下調PTGS2表達，誘導HeLa細胞和C33A細胞凋亡[74]。

綜上所述，白花蛇舌草和半枝蓮藥對的活性成分與多個細胞凋亡相關靶點及周期蛋白如BCL2、JUN、CASP3、TP53、CDK2等成功對接，可作用于MAPK、PI3K/Akt、PTGS2等多條信號通路，促進細胞凋亡、阻滯細胞生長，從而抑制宮頸癌的發(fā)生發(fā)展，表明白花蛇舌草和半枝蓮藥對具有多成分、多靶點、多通路的作用特點。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Mechanism ofandin treatment of cervical cancer based on network pharmacology and molecular docking

WU Lang-jie, ZHAO Chun-yan, ZHAN Li-bin

School of Chinese Medicine & School of Integrated Chinese and Western Medicine, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China

To study the active ingredients and mechanism ofandin the treatment of cervical cancer based on network pharmacology and molecular docking.The active compounds and predicted targets ofandwere collected from TCMSP and STITCH database. Cervical cancer disease targets were downloaded on the DisGeNET website. Cytoscape software was used to construct protein-protein interaction (PPI) network of common target for drugs and cervical cancer based on the data of String platform. CytoHubba was used to analyze the hub genes and construct a network diagram of the target. The network of “active compounds-target-pathways” was established and Schrodinger software was used for verification of active compounds via molecular docking with targets.“Active compounds-target-pathways” network showed that there were 25 major active compounds, 38 major target related with 18 signaling pathways. Molecular docking results showed that 25 active compounds were successfully docked with some or all of the 38 target.andmay promote the apoptosis of cervical cancer cells through multi-compound, multi-target, and multi-pathway.

cervical cancer;Willd.;D. Don; network pharmacology; molecular docking

R285.5

A

0253 - 2670(2021)04 - 1049 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.04.018

2020-08-16

國家自然科學基金資助項目（81730111）；江蘇省雙創(chuàng)團隊資助項目（20182036）

吳朗杰（1983—），女，博士研究生，主要從事中醫(yī)藥治療腫瘤的研究。E-mail: jielang2004@126.com

戰(zhàn)麗彬，教授，博士生導師，主要從事中西醫(yī)結合防治老年病的基礎與臨床研究。E-mail: zlbnj@njucm.edu.cn

[責任編輯 李亞楠]