高 帆 牛玉季 張亞茹 李雯雯 郭麗娟 王俊茹 杜鋼軍
河南大學(xué)藥學(xué)院 藥物研究所,河南 開封475004
2019 年國(guó)家癌癥中心的報(bào)道,肝癌已成為我國(guó)發(fā)病率第四,致死率第二的惡性腫瘤疾病。在世界范圍內(nèi),每年原發(fā)性肝癌新增病例高達(dá)84 萬,死亡病例高達(dá)78 萬,肝癌已經(jīng)成為威脅人類健康的危險(xiǎn)疾病[1]。肝癌具有隱匿性強(qiáng)、惡性程度高、發(fā)病率與死亡率高、發(fā)病前期難以察覺、易復(fù)發(fā)的特點(diǎn),很多患者在確診時(shí)已經(jīng)錯(cuò)過手術(shù)根除的黃金時(shí)間[2]。目前對(duì)肝癌的治療,主要包括手術(shù),放療和化療等。手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大,加重患者死亡的風(fēng)險(xiǎn)。放射治療和化療手段副作用多,預(yù)后差。目前的治療手段,存在的毒副作用和術(shù)后并發(fā)癥,降低了患者的生活質(zhì)量[3]。中醫(yī)對(duì)肝癌的治療具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),中醫(yī)針對(duì)患者的中醫(yī)證候,采用辨證施治的方法,可以全面調(diào)理機(jī)體的生理狀況、改善患者的病理狀況。研究[4?5]表明,在原發(fā)性肝癌的治療中,中藥不僅可以減緩癌癥的發(fā)病以及轉(zhuǎn)移,還可以減輕化療給患者帶來的傷害,緩解患者的疼痛、失眠、疲倦等癥狀,在提高肝癌治療的效果的基礎(chǔ)上,顯著地提高患者的生存質(zhì)量,也調(diào)動(dòng)了患者配合治療的積極性。
中藥澤漆是大戟科植物Euphorbia helioscopiaL.的全草,性微寒,味辛、苦,入肺、大腸、小腸經(jīng),記載有小毒,能夠利尿消腫,化痰散結(jié)[6]?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究[7?9]表明,澤漆具有抗腫瘤、退熱消炎、抑菌、平喘等效果,在臨床上可用于治療水腫、腫瘤等疾病。本研究通過建立H22荷瘤小鼠肝癌腫瘤模型和二甲苯誘導(dǎo)的耳腫脹炎癥模型,評(píng)價(jià)澤漆的抗腫瘤與抗炎作用,并通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法分析其可能的作用機(jī)制。
澤漆購(gòu)于開封市天濟(jì)堂藥房,經(jīng)河南大學(xué)生藥教研室鑒定為大戟科澤漆(Euphorbia helioscopiaL.)的干燥全草。
制備澤漆水煎液:精密稱取干燥澤漆全草100 g,加水900 mL 蒸餾水浸泡45 min,然后武火煮至沸騰后轉(zhuǎn)文火將藥液濃縮至300 mL 濾出藥湯。上述步驟反復(fù)煎煮兩次后合并3 次的水煎液。加熱濃縮合并后的水煎液至200 mL,得澤漆水煎液。每毫升藥湯含有澤漆生藥量0.5 g,按給藥所需劑量分裝后置于-80 ℃環(huán)境中保存。
SPF 級(jí)昆明種小鼠,雌性,6~8 周齡,體重24~28 g,由河南省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,小鼠的許可證號(hào)SCXK(豫)2015?0002,所有動(dòng)物程序均經(jīng)河南大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)(許可號(hào):HUSAM 2016?288)批準(zhǔn),飼養(yǎng)于河南大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,動(dòng)物飼料合格證號(hào):No.41000100003159。實(shí)驗(yàn)遵循3R 原則,給予實(shí)驗(yàn)動(dòng)物應(yīng)有的人道關(guān)懷,保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物應(yīng)有的福利。實(shí)驗(yàn)期間,小鼠自由飲水進(jìn)食,自然光照,室溫24~26 ℃。
H22肝癌細(xì)胞,由中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞生物學(xué)研究所提供。
FA1004B 型電子天平(購(gòu)自廣州市典銳化玻實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);EM?KC150 數(shù)顯游標(biāo)卡尺(購(gòu)自河?xùn)|區(qū)星光扳鉗工具廠);OptiMairTM垂直流超凈工作臺(tái)(購(gòu)自新加坡藝思高科技有限公司);CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱(購(gòu)自SL 公司);微量移液器(購(gòu)自上海佳安分析儀器廠);BCD?539WT 低溫冰箱(購(gòu)自海爾集團(tuán))等。
生理鹽水(氯化鈉AR,購(gòu)于天津市德恩化學(xué)試劑有限公司,批號(hào):20191005)、二甲苯(二甲苯AR,購(gòu)于天津市富晨化學(xué)試劑廠,批號(hào):20150812)、印度墨汁、0.1% NaHCO3溶液(碳酸氫鈉AR,購(gòu)于天津市德恩化學(xué)試劑有限公司,批號(hào):20201221)。
40 只雌性昆明小鼠,隨機(jī)分為5 組,每組8 只小鼠。分別為正常組、腫瘤模型組、腫瘤模型組+給藥組、炎癥模型組、炎癥模型組+給藥組。
復(fù)蘇H22肝癌細(xì)胞,隨機(jī)選取3 只,6~8 周齡的雌性,健康昆明小鼠,腹腔接種H22肝癌細(xì)胞0.2 mL/只。7~9 d 后處死小鼠,將小鼠浸泡于75%酒精中10 min。取出小鼠,在無菌環(huán)境中抽取腹水置于離心管中,離心后棄上清液,用紅細(xì)胞裂解液重懸細(xì)胞后靜置5 min,再離心棄上清液,去除紅細(xì)胞。0.9%的生理鹽水重懸H22肝癌細(xì)胞,并稀釋至1×107個(gè)/mL 細(xì)胞液。在無菌環(huán)境下,每只小鼠在右下前肢與后肢之間的皮下接種0.2 mL 的細(xì)胞液[10]。
小鼠接種后次日,給藥組小鼠每天按體重0.2 mL/10 g,灌胃給藥澤漆水煎液,模型組灌胃等量的生理鹽水,作為對(duì)照。
每隔兩天,測(cè)量一次小鼠體重。待腫瘤大小生長(zhǎng)至可以用手觸摸到時(shí),每天開始測(cè)量腫瘤長(zhǎng)徑和短徑。當(dāng)模型組小鼠的腫瘤平均直徑大于25 mm時(shí),終止給藥,并處死小鼠,剝離腫瘤以及脾臟,并稱重記錄,記錄小鼠腫瘤體積并計(jì)算腫瘤抑瘤率。瘤體積計(jì)算公式=(長(zhǎng)徑×短徑2)/2(mm3);腫瘤抑瘤率=[(模型組平均瘤重-給藥組平均瘤重)/模型組平均瘤重]× 100%[11]。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束當(dāng)天,小鼠給藥30 min 后,將40 μL二甲苯均勻涂抹于模型組小鼠和給藥組小鼠的右耳表皮。半小時(shí)后,采用頸椎脫臼處死小鼠,剪下同一只小鼠的雙耳,用打孔器(直徑8 mm)在雙耳的同一位置打耳片,用分析天平分別稱重兩片耳片,兩耳片重量差即耳腫脹度,計(jì)算腫脹抑制率。腫脹抑制率=[(模型組耳平均腫脹度-給藥組耳平均腫脹度)/模型組耳平均腫脹度]×100%。
利用GraphPad prism 8 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以表示,采用t檢驗(yàn)和單因素方差分析,如果P<0.05,則結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
按網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)驗(yàn)證流程圖步驟,見圖1。分別對(duì)澤漆抗腫瘤作用和抗炎作用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析。分析澤漆抗腫瘤和抗炎的可能的作用機(jī)制,篩選出核心靶點(diǎn),并進(jìn)行生物過程和信號(hào)通路富集分析。
圖1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)驗(yàn)證流程
小鼠接種H22肝癌細(xì)胞后,于第6 天長(zhǎng)出腫瘤,隨后腫瘤迅速生長(zhǎng),小鼠體重也隨之快速增長(zhǎng)。與模型組相比,給藥組小鼠腫瘤和體重增長(zhǎng)較為緩慢,見圖2、圖3,腫瘤抑制率為42.31%(P<0.05),見表1。
圖2 小鼠體重變化
圖3 小鼠瘤體積變化
表1 澤漆對(duì)H22荷瘤的抑制作用()
表1 澤漆對(duì)H22荷瘤的抑制作用()
*相較模型組,P<0.05。
與模型組相比,澤漆可顯著抑制二甲苯誘導(dǎo)的耳腫脹(P<0.01),見圖4,腫脹抑制率為42.56%,見表2。
圖4 小鼠耳腫脹比較
表2 耳腫脹抑制率()
表2 耳腫脹抑制率()
*相較模型組,P<0.01。
在TCMSP 數(shù)據(jù)庫以及上海有機(jī)化學(xué)數(shù)據(jù)庫,搜集得到澤漆的17 種主要化學(xué)成分,分別是表澤漆萜B(epieuphoscopinB)、澤漆雙環(huán)氧萜C(euphohelinC)、澤漆環(huán)氧萜(euphohelionone)、大戟苷F(euphor?ninF)、澤漆萜B(euphoscopinB)、澤漆萜D(eu?phoscopinD)、澤漆萜E(euphoscopinE)、澤漆內(nèi)脂B(helioscopinolideB)、澤漆內(nèi)脂 C(helioscopinolideC)、澤漆新鞣質(zhì)(7?Angelyl?9?echimidinylheliotri?dine)、櫻花苷[(2R)?5?hydroxy?2?(4?hydroxyphenyl)?7?methoxychroman?4?one)]、γ?谷甾醇(poriferast?5?en?3beta?ol)、β?谷甾醇(beta?sitosterol)、山奈酚(kaempferol)、蘆?。╮utin)、木犀草素(luteolin)、槲皮素(quercetin)。于TCMSP 數(shù)據(jù)庫和Swiss Target Prediction 數(shù)據(jù)庫收集得到澤漆的活性成分靶點(diǎn)共329 個(gè)。
在Genecards 數(shù)據(jù)庫和OMIM 數(shù)據(jù)庫以“l(fā)iver cancer”為關(guān)鍵詞搜索肝癌相關(guān)的靶點(diǎn)信息,共得到16 490個(gè)疾病靶點(diǎn)。使用在線韋恩圖取澤漆活性成分靶點(diǎn)與肝癌疾病靶點(diǎn)的交集,并刪去成分靶點(diǎn)與肝癌治療無關(guān)的活性成分,得到澤漆治療肝癌的預(yù)測(cè)靶點(diǎn)共318 個(gè),有效成分14 個(gè)。將有效成分與預(yù)測(cè)靶點(diǎn)信息導(dǎo)入Sytoscape3.8.0 軟件,繪制C?T 網(wǎng)絡(luò)圖,見圖5。圖中紅色節(jié)點(diǎn)為有效成分,綠色節(jié)點(diǎn)為多個(gè)有效成分作用的靶點(diǎn)(度值大于或等于2),藍(lán)色部分為單個(gè)有效成分作用的靶點(diǎn)(度值等于1)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖共有133 個(gè)節(jié)點(diǎn)和318 條邊,其中多成分作用靶點(diǎn)共34 個(gè),單成分作用靶點(diǎn)共83 個(gè)。然后將疾病治療靶點(diǎn)輸入String 的多蛋白查詢欄后,得到蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖,利用插件CytoNCA 進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)圖中各節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)度中心性、中介中心性、接近中心性,分析三者取前十個(gè)節(jié)點(diǎn)(點(diǎn)度中心性大于27、中介中心性不低于300、接近中心性大于0.25)作為核心靶點(diǎn),篩選度值大于或等于10 小于或等于25 的節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn),度值小于10 的節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn),見圖6。PPI 網(wǎng)絡(luò)圖中共有110 個(gè)節(jié)點(diǎn)和535 條邊,其中紅色部分為核心靶點(diǎn)共10 個(gè),分別為JUN、TP53、MAPK1、IL6、MAPK8、VEGFA、TNF、EGF、MAPK3、APP;綠色部分為中心節(jié)點(diǎn)共37個(gè);黃色為普通靶點(diǎn)共70 個(gè)。
圖5 澤漆抗癌的有效成分-預(yù)測(cè)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖
圖6 澤漆抗癌的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖
在Genecards 數(shù)據(jù)庫和OMIM 數(shù)據(jù)庫以“Inflam?mation”為關(guān)鍵詞搜索炎癥相關(guān)的靶點(diǎn)信息,共得到10 272個(gè)相關(guān)靶點(diǎn)。使用在線韋恩圖取澤漆活性成分靶點(diǎn)與炎癥靶點(diǎn)的交集,并刪去成分靶點(diǎn)與肝癌治療無關(guān)的活性成分,得到澤漆治療肝癌的預(yù)測(cè)靶點(diǎn)共313 個(gè),有效成分15 個(gè)。將有效成分與預(yù)測(cè)靶點(diǎn)信息導(dǎo)入Sytoscape 3.8.0 軟件,繪制C?T 網(wǎng)絡(luò)圖,見圖7。圖中紅色節(jié)點(diǎn)為有效成分,藍(lán)色節(jié)點(diǎn)為有效成分作用的靶點(diǎn),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖共有129 個(gè)節(jié)點(diǎn)和312 條邊。然后將疾病治療靶點(diǎn)輸入String 的多蛋白查詢欄后,得到蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖,利用插件CytoNCA 進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)圖中各節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)度中心性、中介中心性、接近中心性,分析三者取前十個(gè)節(jié)點(diǎn)(點(diǎn)度中心性大于25、中介中心性不低于300、接近中心性大于0.2)作為核心靶點(diǎn),篩選度值大于8小于或等于25 的節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn),度值小于或等于8 的節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn),見圖8。PPI 網(wǎng)絡(luò)圖中共有106 個(gè)節(jié)點(diǎn)和525 條邊,其中藍(lán)色部分為核心靶點(diǎn)共10 個(gè),分別為JUN、TP53、MAPK1、IL6、MAPK8、VEGFA、TNF、EGF、MAPK3、APP;黃色部分為中心節(jié)點(diǎn)共35 個(gè);紫色為普通靶點(diǎn)共59 個(gè)。
圖7 澤漆抗炎的有效成分-預(yù)測(cè)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖
圖8 澤漆抗炎的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖
由上述步驟可知,澤漆抗腫瘤的核心靶點(diǎn)與澤漆抗炎的核心靶點(diǎn)一致,將澤漆抗腫瘤抗炎的10 個(gè)核心靶點(diǎn)名輸入David 數(shù)據(jù)在線分析平臺(tái),通過該平臺(tái)進(jìn)行GO 分析中生物學(xué)進(jìn)程分析以及KEGG 通路分析。GO 分析的生物學(xué)進(jìn)程項(xiàng)目中共篩選得出34 條分析結(jié)果(P<0.05,count≥3),分析結(jié)果顯示,按count 降序排列,排行前5 個(gè)生物學(xué)進(jìn)程分別為“轉(zhuǎn)錄陽性調(diào)控” “RNA 聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控”“ERK1 和ERK2 級(jí)聯(lián)陽性調(diào)節(jié)”“基因表達(dá)的正向調(diào)控”“序列特異性DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)控”。在KEGG 富集信號(hào)通路分析中,共篩選出27 條信號(hào)通路(P<0.05,count≥5),按count 降序排列,前五個(gè)分別是“癌癥相關(guān)通路”“乙型肝炎通路”“MAPK 信號(hào)通路”“胰腺癌通路”“百日咳通路”。通過Omicshare 在線繪圖平臺(tái)將GO 分析結(jié)果的前25 項(xiàng)和KEGG 通路富集27 項(xiàng)結(jié)果可視化,做圖類型選擇高級(jí)氣泡圖,見圖9、圖10。使用Cytoscape軟件中的Merge 功能構(gòu)建澤漆有效成分-蛋白靶點(diǎn)-細(xì)胞信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)圖,將澤漆有效成分與靶點(diǎn)及通路間的關(guān)系可視化,見圖11。圖中共150 個(gè)節(jié)點(diǎn)和170 條邊,其中黃色的節(jié)點(diǎn)是藥物的核心化學(xué)成分,藍(lán)色的節(jié)點(diǎn)是澤漆的核心靶點(diǎn),白色的節(jié)點(diǎn)是澤漆的核心靶點(diǎn)參與的通路。
圖9 澤漆抗癌抗炎的GO 分析結(jié)果氣泡圖
圖10 澤漆抗癌抗炎的KEGG 通路富集分析結(jié)果氣泡圖
圖11 澤漆抗癌抗炎的成分?核心靶點(diǎn)?通路網(wǎng)絡(luò)圖
目前,肝癌的治療手段存在有許多缺陷,比如不良反應(yīng)多且嚴(yán)重,患者耐受性差等。傳統(tǒng)中醫(yī)藥在治療腫瘤方面具有不良反應(yīng)輕,藥效顯著,能夠顯著提高患者生存期等優(yōu)點(diǎn)。中醫(yī)藥治療以扶正驅(qū)邪為主,不僅提高了患者的生存質(zhì)量、改善了患者預(yù)后,還在提高患者生存率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[12]。相對(duì)西藥而言,中藥具有多成分、多靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì),其化學(xué)成分可以參與多個(gè)生物學(xué)進(jìn)程影響機(jī)體的生理狀況[13]。研究[14]表明,澤漆具有治療癌癥和抑制炎癥的功效,并被應(yīng)用于胰腺癌以及炎癥的治療。本研究通過建立H22荷瘤小鼠肝癌腫瘤模型,評(píng)價(jià)澤漆對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用;建立二甲苯誘導(dǎo)的耳腫脹炎癥模型,評(píng)價(jià)澤漆對(duì)荷瘤小鼠炎癥的影響。本研究結(jié)果表明,與腫瘤模型組小鼠相比,澤漆給藥組能夠顯著抑制小鼠的腫瘤體積生長(zhǎng),腫瘤抑瘤率為42.31%(P<0.05),同時(shí),與炎癥模型組小鼠相比,澤漆給藥組能夠顯著抑制二甲苯誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)(P<0.01)。
本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法,分析澤漆多成分、多靶點(diǎn)治療肝癌的可能的機(jī)制。通過篩選,找到澤漆抗炎抗腫瘤的10 個(gè)核心靶點(diǎn),分別為JUN、TP53、MAPK1、IL6、MAPK8、VEGFA、TNF、EGF、MAPK3、APP。澤漆的核心靶點(diǎn)中TP53 基因參與DNA 損傷修復(fù),且TP53 的錯(cuò)義突變會(huì)影響患者的生存率。研究[15]表明,TP53 基因錯(cuò)義的患者對(duì)普鈉替尼等藥物具有耐藥性,影響患者預(yù)后。IL?6 是一種急性反應(yīng)期的重要媒介,IL?6 可以促進(jìn)PGE2的合成調(diào)節(jié)體溫,而在肌肉和脂肪組織中IL?6 會(huì)影響能量流動(dòng),從而導(dǎo)致體溫升高。IL?6 的表達(dá)失調(diào)與許多疾病有關(guān),在炎癥反應(yīng)的發(fā)生與腫瘤形成的過程中IL?6 會(huì)快速生成,并且外周血中的VEGFA,可作為肺癌轉(zhuǎn)移的觀測(cè)指標(biāo)[16]。EGF 作為內(nèi)皮生長(zhǎng)因子,可以刺激細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,因而可以促進(jìn)細(xì)胞增殖并加速創(chuàng)傷愈合,EGF 參與的部分信號(hào)通路可以刺激癌細(xì)胞增殖[17]。TNF 具有強(qiáng)烈的細(xì)胞殺傷能力,可以有效殺傷癌細(xì)胞,抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng),TNF 水平降低與機(jī)體抗癌免疫力降低有直接關(guān)系,TNF 可以在腫瘤組織中誘導(dǎo)抑癌炎癥環(huán)境,抑制癌細(xì)胞的分裂增殖以及侵襲轉(zhuǎn)移能力[18]。MAPK級(jí)聯(lián)是細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶超家族,在各腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥過程中發(fā)揮了不同調(diào)控作用。p38MAPK 信號(hào)通路可以通過泛素化細(xì)胞周期蛋白D1,從而抑制肺癌細(xì)胞的增殖[19]。JNK 和p38MAPK 信號(hào)通路共同參與了由ROS 介導(dǎo)的伊立替康誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞的自噬凋亡。MAPK/p38 信號(hào)通路的激活與乳腺癌細(xì)胞EMT 進(jìn)程有直接關(guān)系,從而促進(jìn)了乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[20]。IL?17A 可以通過增強(qiáng)p38MAPK 的磷酸化,間接的增加了肺癌細(xì)胞中MMP?2 和MMP?9 的表達(dá),從而促進(jìn)了肺癌的遷移和侵襲[21]。VEG?FA 在肝癌組織中表達(dá)上調(diào),其在氧化應(yīng)激狀態(tài)下誘導(dǎo)形成促癌炎癥微環(huán)境,在抑制肝癌細(xì)胞凋亡的同時(shí)促進(jìn)了癌組織中血管的生成以及癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力[22]。目前,從澤漆中分離發(fā)現(xiàn)的150 多種化學(xué)成分,主要包括黃酮類、萜類及多酚類等。其中,大戟素M 被證實(shí)具有較強(qiáng)的腫瘤抑制作用[23?25]。
綜上所述,澤漆水煎液能夠多成分、多靶點(diǎn)的參與多個(gè)生物進(jìn)程,影響機(jī)體的生理功能,進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤和抗炎的功效。