基于數(shù)據(jù)庫的大黃素協(xié)同化療藥物抗腫瘤機(jī)制探討

秦春明 劉十華 李典典

[摘要]目的通過藥物靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫對大黃素分子機(jī)制進(jìn)行模擬探討，為研究大黃素協(xié)同抗腫瘤化療藥物提供新的研究策略。方法借助在線數(shù)據(jù)庫資源收集大黃素已知靶點(diǎn)，通過文獻(xiàn)及靶點(diǎn)功能數(shù)據(jù)庫篩選具有協(xié)同腫瘤化療藥物的潛在靶點(diǎn)，根據(jù)靶點(diǎn)構(gòu)建蛋白-蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，對潛在靶點(diǎn)KEGG通路分析，明確其發(fā)揮協(xié)同作用分子機(jī)制。結(jié)果大黃素發(fā)揮協(xié)同作用的靶點(diǎn)76個(gè)，通過PPI網(wǎng)絡(luò)分析篩選出中心基因12個(gè)，KEGG通路主要集中在腫瘤過程，神經(jīng)信號通路、急性髓性白血病等。結(jié)論通過數(shù)據(jù)庫再分析的方法研究大黃素協(xié)同腫瘤化療藥物的潛在靶點(diǎn)和機(jī)制，為分子藥理機(jī)制研究提供新的方向。

[關(guān)鍵詞]大黃素;協(xié)同作用;抗腫瘤藥物;分子機(jī)制

[中圖分類號]R285??? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A??? [文章編號]2095-0616（2022）05-0072-03

Database-based investigation on the anti-tumor mechanism of chemotherapeutic drugs synergized by emodin

QIN Chunming1??? LIU Shihua2??? LI Diandian1

1. Department of Pharmacy，Nanxishan Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guangxi，Guilin 541002，China;2. The Third Disease District of the Department of Medical Oncology，Nanxishan Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guangxi，Guilin 541002，China

[Abstract]Objective To explore the molecular mechanism of emodin based on the drug target database，so as to provide a new research strategy for the study of the synergistic effect of emodin on anti-tumor chemotherapeutic drugs. Methods Known targets of emodin were collected from online database resources，and potential targets that could synergize with anti-tumor chemotherapeutic drugs were screened by retrieving related literature and target function database. A targets-based protein-protein interaction （PPI）network was constructed to analyze the KEGG pathway of potential targets，and to further clarify the mechanism of the molecule that exerts synergistic effects. Results There were 76 targets of emodin exerting synergistic effects，and 12 central genes were screened by PPI network analysis，and the KEGG pathway was mainly concentrated in tumor process，neural signaling pathway，acute myeloid leukemia，etc. Conclusion The database reanalysis-based study on the potential targets and mechanisms of emodin synergized with anti-tumor chemotherapeutic drugs and provides a new direction for the study of molecular pharmacological mechanisms.

[Key words]Emodin;Synergetic effect;Anti-tumor drugs;Molecular mechanism

大黃素是大黃、何首烏、虎杖等常見中藥材中的一個(gè)重要的蒽醌類化合物，在抗腫瘤、抗炎和抗微生物等方面具有較好的活性和作用[1-2]，目前抗腫瘤藥物包括傳統(tǒng)化療藥物及新型的分子靶向藥物等，均具有不同的毒性，提高抗腫瘤藥物療效，減輕抗腫瘤藥物毒性成為目前需解決的問題，而本研究借助在線數(shù)據(jù)庫資源，分析大黃素已知靶點(diǎn)的生物學(xué)信息，篩選協(xié)同抗腫瘤化療藥物靶點(diǎn)，借助蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）網(wǎng)絡(luò)，建立“藥物-靶點(diǎn)-通路”信息，同時(shí)通過靶點(diǎn)通路分析，探索大黃素協(xié)同抗腫瘤藥物的潛在分子機(jī)制，為今后應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1??? 資料與方法

1.1??? 靶點(diǎn)分析

用Swiss Target Prediction（http：//swisstargetpredic- tion.ch/）數(shù)據(jù)庫工具，收集大黃素的已知活性靶蛋白[3]。通過文獻(xiàn)檢索及利用Genecards（https：//www.genecards.org）查找靶點(diǎn)相關(guān)信息，篩選具有協(xié)同抗腫瘤藥物作用的相關(guān)靶點(diǎn)。

1.2??? 蛋白-蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析

通過String 數(shù)據(jù)庫（https：//string-db.org/）搜尋蛋白質(zhì)相互作用，該數(shù)據(jù)庫是一個(gè)檢索相互作用基因的搜索工具，通過搜尋蛋白質(zhì)之間相互作用來用于預(yù)測蛋白質(zhì)之間的相互作用（PPI）信息的最重要的生物數(shù)據(jù)庫[4]。將從Swiss Target Prediction數(shù)據(jù)庫所得基因的標(biāo)準(zhǔn)名稱信息導(dǎo)入到String網(wǎng)站，設(shè)置置信度評分≥0.7，通過Cytoscape 3.6.1軟件構(gòu)建可視化的PPI網(wǎng)絡(luò)，中心基因確定標(biāo)準(zhǔn)為閾值degree≥10。

1.3??? KEGG通路分析

DAVID 數(shù)據(jù)庫（https：//david.ncifcrf.gov/）是一個(gè)生物學(xué)信息注釋數(shù)據(jù)庫，它提供了綜合及全面的生物功能注釋信息，是找出最具顯著富集的生物學(xué)注釋的重要工具，KEGG通路分析（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）則是通過David 數(shù)據(jù)庫對潛在靶點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，閾值以尸<0.05為標(biāo)準(zhǔn)，篩選最具顯著性差異的生物過程及生物通路[5]。

2??? 結(jié)果

2.1??? 協(xié)同抗腫瘤藥物的靶點(diǎn)篩選

通過Swiss Target Prediction檢索，對已知靶點(diǎn)通過文獻(xiàn)及利用Genecards數(shù)據(jù)庫協(xié)同篩選，兩者共篩選出可能具有協(xié)同抗腫瘤藥物作用的靶點(diǎn)76個(gè)。

2.2??? 中心基因確定

PPI網(wǎng)絡(luò)確定的基因靶點(diǎn)是由String數(shù)據(jù)庫中生成了70個(gè)節(jié)點(diǎn)和168條邊組成，P=10-16，具有顯著富集。將String數(shù)據(jù)庫中所得的分析結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape 3.6.1軟件，從而可進(jìn)行可視化，見圖1，通過閾值degree≥10為確定中心基因的標(biāo)準(zhǔn)，確定中心基因共15個(gè)，分別有EGFR、ESR1、SIRT1、MMP9、APP、PPARG、AKR1B1、KDR、PRKCD、IDH1、MMP2、CDK2、ABCG2、LCK、IGFBP3。

2.3??? 基因通路分析

將靶點(diǎn)導(dǎo)入KEGG數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行通路注釋，P<0.01的KEGG通路共有20條，根據(jù)P值從小到大排列出前5名的KEGG通路主要涉及腫瘤的過程、神經(jīng)信號通路、急性髓性白血病通路、miRNA腫瘤的過程以及雌激素信號通路，涉及基因包括EGFR、ESR1、SIRT1、MMP9、APP、PPARG、AKR1B1、KDR、PRKCD、IDH1、MMP2、CDK2、ABCG2、LCK、IGFBP3、RAF1、MET等，其中急性髓性白血病、miRNA腫瘤過程和雌激素信號通路與協(xié)同腫瘤化療藥物關(guān)系密切，見表1。

3??? 討論

大黃素是傳統(tǒng)中藥如大黃、何首烏、虎杖等中重要的蒽醍類化合物，在抗腫瘤、抗炎和抗微生物具有重要的生物活性、同時(shí)在保護(hù)肝腎及改善微循環(huán)等方面也具有一定作用[6]。在過去的幾年中，大黃素在細(xì)胞和分子水平上的研究表明大黃素可能成為一種重要的抗腫瘤藥物，大黃素可以通過細(xì)胞內(nèi)多信號通路減弱腫瘤細(xì)胞的侵襲能力、抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用[7]。

腫瘤化療仍是目前多數(shù)腫瘤的治療手段之一，惡性腫瘤在多數(shù)情況下均存在不同程度的耐藥程度，因此尋找一種毒副作用較小的化合物與化療藥物如順鉆等聯(lián)用，從而盡可能提升化療藥物治療惡性腫瘤的效果，提高患者生存期，改善患者的預(yù)后具有顯著意義[8]。有學(xué)者研究認(rèn)為大黃素聯(lián)合順治化療用于食管鱗癌患者中有助于降低WIG-1 mRNA的表達(dá)水平，有助于改善患者的預(yù)后，兩者具有協(xié)同作用，但具體機(jī)制仍有待研究[9]。

本研究通過篩選確定的中心基因總共12個(gè)，其中EGFR、ESR1的表達(dá)和激活與許多癌前病變和惡性腫瘤有關(guān)，在乳腺癌、膀胱癌、肺癌及前列腺癌等許多惡性腫瘤中都發(fā)現(xiàn)有EGFR的過度表達(dá)，對腫瘤治療預(yù)后有重大影響[10]，而EGFR、MMP9的過度表達(dá)對與卵巢癌患者的化療耐藥有密切的關(guān)系，在化療耐藥患者的表達(dá)異常更為明顯[11]。ESR1與腫瘤耐藥也有密切關(guān)系，有研究認(rèn)為ESR1對宮頸癌的放化療敏感性有直接關(guān)系，影響患者預(yù)后[12]。

通過KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)，大黃素具有協(xié)同化療藥物抗惡性腫瘤的作用，機(jī)制可能通過影響腫瘤的過程、神經(jīng)營養(yǎng)素信號通路、miRNA腫瘤過程而發(fā)揮協(xié)同腫瘤化療藥物抗腫瘤作用，腫瘤過程通路涉及腫瘤的轉(zhuǎn)移、腫瘤耐藥等[13]，在卵巢癌多藥耐藥相關(guān)基因及通路研究表明，神經(jīng)營養(yǎng)素信號通路可能與卵巢癌多藥耐藥形成相關(guān)口可，在結(jié)腸癌的化療耐藥機(jī)制的研究中，miRNA與結(jié)腸癌的化療耐藥有著密切的關(guān)系[15]。

總之，本文通過大黃素的靶點(diǎn)分析預(yù)測，PPI網(wǎng)絡(luò)的生成、KEGG數(shù)據(jù)庫中的通路分析等不同程度對大黃素協(xié)同化療藥物抗惡性腫瘤的潛在作用機(jī)制進(jìn)行研究探討，為今后研究這一類藥物的協(xié)同腫瘤化療藥物作用機(jī)制提供依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉靜，王麗.大黃素的研究進(jìn)展[J].中國藥房，2014 （35）：3351-3354.

[2] Dong X，F(xiàn)u J，Yin X，et al.Emodin：A Review of its Pharmacology，Toxicity and Pharmacokinetics[J]. Phytotherapy Research，2016，30：1207-1218

[3] David G，Grosdidier Aurelien，Matthias W，et al. Swiss Target Prediction：A web server for target prediction of bioactive small molecules[J].Nuclc Acids Research，2014，42（Web Serverissue）：32-38.

[4] Crosara KTB，Moffa EB，Xiao Y，et al.Merging in- silico and in vitro salivary protein complex partners using the STRING database：A tutorial[J].Journal of Proteomics，2017：S187439191730266X.

[5] Huang DW，Sherman BT，Lempicki RA.Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID Bioinformatics Resources[J].Nature Protoc，2009，4（1）：44-57.

[6] Iyer VV，Priya PY，Kangeyavelu J.Effects of increased accumulation of doxorubicin due to emodin on efflux transporter and LRP1 expression in lung adenocarcinoma and colorectal carcinoma cells[J].Molecular & Cellular Biochemistry，2018，449（1-2）：91-104

[7]石娜娜，何若琳，陳旭義，等.大黃素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展[J].環(huán)球中醫(yī)藥，2019，12（4）：641-644.

[8]張旭，程遠(yuǎn)方，張江霞，等.吉西他濱聯(lián)合大黃素對胰腺癌SW1990細(xì)胞多耐藥基因-1，miRNA-1271 及上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的影響[J].安徽醫(yī)藥，2020，24（5）：19-23.

[9]肖仁斌，彭輝，王江濤，等.術(shù)前大黃素聯(lián)合順箱化療對人食管鱗癌WIG-1mRNA的影響及其機(jī)制的研究[J]. 中國當(dāng)代醫(yī)藥，2019，26（11）：67-69，73.

[10]葛維娟.抗腫瘤藥物EGFR抑制劑的最新研究進(jìn)展[J].化工管理，2020（7）：29-30，143.

[11]王英.EGFR、COX-2、Caspase-3、Blc-2 及MMP 與卵巢癌患者化療耐藥的關(guān)系[J].實(shí)用癌癥雜志，2018，33（5）：721-723，727.

[12]沈蘭，陳春華，葉冬云，等.ESR1，MYOD1和hTERT基因啟動子DNA甲基化與宮頸癌放化療敏感性的關(guān)系[J].河北醫(yī)藥，2020，42（1）：33-37.

[13] Farooqi AA，de la Roche M，Djamgoz MBA，et al. Overview of the oncogenic signaling pathways in colorectal cancer：Mechanistic insights[J].Semin Cancer Biol，2019，58：65-79.

[14]陳昌賢，胡艷玲，李力.卵巢癌多藥耐藥相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析[J].腫瘤防治研究，2016，43 （6）：492-496.

[15]陳敏，張錦松，徐霖，等.結(jié)腸癌化療耐藥相關(guān)miRNA表達(dá)譜的初步研究[J].中國病理生理雜志，2020，36（1）：178-183.