王魯嬌 ,李育林,王文,張康樂,侯愛畫,司文濤*
1.山東中醫(yī)藥大學(xué),山東 濟(jì)南 250355
2.煙臺市中醫(yī)醫(yī)院,山東 煙臺 264013
根據(jù)世界衛(wèi)生組織下屬國際癌癥研究中心(IARC)統(tǒng)計,2020 年全球新發(fā)乳腺癌約230 萬例,占總體癌癥發(fā)病的11.7%,女性乳腺癌首次超過肺癌成為最常見的癌癥,乳腺癌是癌癥相關(guān)死亡的五大主要原因之一[1]。2020 年中國乳腺癌新發(fā)病例41.6萬例,死亡病例約11.7 萬例[2],已成為我國嚴(yán)重威脅女性健康的第一大惡性腫瘤[3]。激素受體(HR)陽性乳腺癌占乳腺癌總數(shù)的70%~80%,是乳腺癌中數(shù)量最常見的亞型[4]。對于HR 陽性的乳腺癌患者,內(nèi)分泌治療是最有效的治療手段。受益于內(nèi)分泌治療,HR 陽性乳腺癌患者的預(yù)后要比其他類型的乳腺癌好[5],而原發(fā)性或獲得性內(nèi)分泌治療耐藥是限制內(nèi)分泌治療療效的主要因素,是內(nèi)分泌治療面臨的難題。因此,尋找療效好、毒副反應(yīng)低的耐藥逆轉(zhuǎn)藥物已成為臨床上亟待攻克的問題。
近年來,已有大量研究結(jié)果表明,中醫(yī)藥具有多成分、多效應(yīng)的特點(diǎn),可多通路、多靶點(diǎn)作用于惡性腫瘤細(xì)胞,在增強(qiáng)抗癌藥物的敏感性和治療腫瘤耐藥方面發(fā)揮了獨(dú)特優(yōu)勢,在逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性方面,尤其是在治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥方面具有廣闊的發(fā)展前景[6-9]。本團(tuán)隊前期動物實(shí)驗已發(fā)現(xiàn)知柏地黃丸可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)/蛋白激酶B(Akt)通路,抑制腫瘤生長,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡,與乳腺癌內(nèi)分泌治療之間存在協(xié)同增效的作用[10]。研究證明,知柏地黃丸中知母、熟地黃和山藥等提取的化合物能夠通過調(diào)控磷脂酰肌醇-3 激酶(PI3K)/Akt 信號通路、mTOR 信號通路或Notch信號通路,逆轉(zhuǎn)阿霉素、多西他賽或奧沙利鉑等化療耐藥,提高抗腫瘤活性[11-13],但其在治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的機(jī)制研究方面鮮有報道?;诖耍狙芯繎?yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法進(jìn)一步探索知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的潛在關(guān)鍵靶點(diǎn)及作用機(jī)制,為基礎(chǔ)研究和臨床治療提供理論依據(jù)。
通過TCMSP 數(shù)據(jù)庫(https://tcmsp-e.com/tcmsp.php)[14]、TCM-ID 數(shù)據(jù)庫(https://www.bidd.group/TCMID/)[15]和BATMAN-TCM 數(shù)據(jù)庫(http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/)[16]檢索知柏地黃丸的組方藥物熟地黃、山藥、山茱萸、澤瀉、茯苓、牡丹皮、知母和黃柏的活性成分。根據(jù)TCMSP 的ADME參數(shù)[17-18],將口服生物利用度(OB)≥30%和類藥性(DL)≥0.18 作為標(biāo)準(zhǔn),篩選知柏地黃丸中活性較高的化合物。在相關(guān)靶點(diǎn)檢索框中篩選出活性成分對應(yīng)的靶標(biāo)蛋白,使用 UniProt 數(shù)據(jù)庫(https://www.uniprot.org/)[19]查詢靶標(biāo)蛋白對應(yīng)的基因名稱,并從中過濾出已被驗證的人類基因,建立數(shù)據(jù)集。使用Cytoscape 3.8.2 軟件,對知柏地黃丸活性成分-靶點(diǎn)的關(guān)系進(jìn)行可視化分析。
在GeneCards 數(shù)據(jù)庫(https://www.genecards.org/)[20]、OMIM 數(shù)據(jù)庫(https://www.omim.org/)[212]、TTD 數(shù)據(jù)庫(https://db.idrblab.net/ttd/)[22]和GEO 數(shù)據(jù)庫(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)[23]中以(“Breast Neoplasm*”O(jiān)R“Breast Tumor*”O(jiān)R“Breast Cancer”O(jiān)R“Mammary Cancer*”O(jiān)R“Human Mammary Carcinoma*”O(jiān)R“Breast Carcinoma*”)AND(“Endocrine therapy”O(jiān)R“Aromatase Inhibitor*”O(jiān)R“Letrozole”O(jiān)R“Anastrozole”O(jiān)R“Exemestane”O(jiān)R“Selective Estrogen Receptor Downregulator*”O(jiān)R“Fulvestrant”O(jiān)R“Selective Estrogen Receptor Modulator*”O(jiān)R“Tamoxifen”)AND(“Resistance”)為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索,獲取疾病靶點(diǎn),并將4 個數(shù)據(jù)庫的篩選結(jié)果合并刪除重復(fù)項后獲得相關(guān)靶點(diǎn)。
將篩選后的藥物化學(xué)成分靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)分別輸入Venny 2.1.0(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)的List1 和List2,獲得交集基因,并制作出Venny 圖將結(jié)果可視化。
采用String 11.5 數(shù)據(jù)庫(https://cn.string-db.org/)[24],選擇多種蛋白模塊,導(dǎo)入藥物與疾病的交集靶點(diǎn),設(shè)置物種為人類,網(wǎng)絡(luò)連接線為“confidence”,最小交互閾值為“highest confidence(0.900)”,隱藏游離節(jié)點(diǎn),導(dǎo)出tsv 文件,導(dǎo)入到Cytoscape 3.8.2 軟件,使PPI 網(wǎng)絡(luò)可視化,運(yùn)用CytoNCA 插件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓樸學(xué)分析,從交集靶點(diǎn)中進(jìn)一步篩選知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的核心靶點(diǎn)。
將交集靶點(diǎn)導(dǎo)入Metascape 基因富集分析工具(https://metascape.org/)[25],進(jìn)行GO 分析和KEGG通路富集分析。物種設(shè)定為“Homosapience”,設(shè)置富集的統(tǒng)計學(xué)顯著性為“Pvalue cut off=0.01”,獲得知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌治療耐藥潛在靶點(diǎn)的主要基因功能及參與的信號通路。采用微生信在線作圖網(wǎng)站(http://www.bioinformatics.com.cn/)對GO 和KEGG 通路富集的前20 位條目以氣泡圖的方式進(jìn)行可視化展示。
將藥物活性成分、交集靶點(diǎn)、KEGG 富集分析富集的前20 條通路導(dǎo)入Cytoscape 3.8.2 軟件,構(gòu)建知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的藥物成分-靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò)圖。
通過 TCMSP 數(shù)據(jù)庫、TCM-ID 數(shù)據(jù)庫和BATMAN-TCM 數(shù)據(jù)庫,以O(shè)B≥30%和DL≥0.18為標(biāo)準(zhǔn),去除沒有對應(yīng)靶點(diǎn)的成分后得到知柏地黃丸活性成分共80 個,其中知母13 個、黃柏27 個、熟地黃4 個、山藥15 個、山茱萸17 個、澤瀉7 個、茯苓8 個和牡丹皮8 個,藥物之中重復(fù)的活性成分有11 個。通過UniProt 數(shù)據(jù)庫確認(rèn)并轉(zhuǎn)換,最終篩選出179 個藥物成分作用靶點(diǎn)。根據(jù)OB 進(jìn)行降序排列,選取排名前30 的活性成分見表1。藥物中重復(fù)的活性成分見表2。
表1 知柏地黃丸中OB 排名前30 位的活性成分Table 1 Active ingredients in Zhibai Dihuang Pills with top 30 OB
表2 藥物中重復(fù)的活性成分Table 2 Repeated active ingredients in herbs
通過GeneCards 數(shù)據(jù)庫收集到1 162 個疾病靶點(diǎn),OMIM 數(shù)據(jù)庫收集到502 個疾病靶點(diǎn),TTD 數(shù)據(jù)庫收集到121 個疾病靶點(diǎn),通過GEO 數(shù)據(jù)庫收集到1 429 個,將4 個數(shù)據(jù)庫的疾病靶點(diǎn)合并篩選刪除重復(fù)值后獲得2 972 個乳腺癌內(nèi)分泌耐藥相關(guān)靶基因。使用Venny 2.1.0 在線工具,將179 個藥物活性成分的作用靶點(diǎn)與2 972 個乳腺癌內(nèi)分泌耐藥相關(guān)靶基因取交集,獲得117 個交集靶點(diǎn),見圖1,即知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的作用靶點(diǎn)。知柏地黃丸與乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的交集靶點(diǎn)見表3。
圖1 知柏地黃丸成分靶點(diǎn)-乳腺癌內(nèi)分泌耐藥靶點(diǎn)的韋恩圖Fig.1 Venn diagram of targets of Zhibai Dihuang Pillsendocrine resistance of breast cancer
表3 知柏地黃丸與乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的交集靶點(diǎn)Table 3 Intersection targets of Zhibai Dihuang Pills and endocrine resistance of breast cancer
將交集靶點(diǎn)導(dǎo)入String 11.5 數(shù)據(jù)庫,生成1 個具有117 個節(jié)點(diǎn),366 條邊,平均節(jié)點(diǎn)度6.26 的PPI網(wǎng)絡(luò),見圖2。使用CytoNCA 插件從交集靶點(diǎn)中篩選核心靶點(diǎn),要求同時滿足大于度中心性(DC)、特征向量中心性(EC)、中介中心性(BC)、緊密中心性(CC)這4 項平均值的條件,得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果,見表4。利用Cytoscape 3.8.2 軟件將核心靶點(diǎn)進(jìn)行可視化,見圖3。
圖2 知柏地黃丸與乳腺癌內(nèi)分泌耐藥交集靶點(diǎn)的PPI 網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 PPI network of intersection targets of Zhibai Dihuang Pills and endocrine resistance of breast cancer
圖3 知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥核心靶點(diǎn)PPI 網(wǎng)絡(luò)Fig.3 PPI network of core targets of Zhibai Dihuang Pills in treatment of endocrine resistance of breast cancer
表4 知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥核心靶點(diǎn)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果Table 4 Topological analysis of core targets of Zhibai Dihuang Pills in treatment of endocrine resistance of breast cancer
將知柏地黃丸治療內(nèi)分泌耐藥的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入Metascape 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行GO 和KEGG 富集分析。GO分析得到生物過程(BP)、細(xì)胞組分(CC)和分子功能(MF)各1 612、78、136 條。按P值大小升序排列,選取前20 項使用微生信在線作圖網(wǎng)站進(jìn)行可視化分析,見圖4。
圖4 知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥靶基因GO 富集Fig.4 GO enrichment of target genes of endocrine resistance in treatment of breast cancer with Zhibai Dihuang Pills
KEGG 富集分析共得到191 條信號通路,選取P值最小的前20 條信號通路進(jìn)行可視化展示,見圖5。知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥涉及多條信號通路,主要包括PI3K/Akt、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核因子-κB(NF-κB)、雌激素等。
圖5 知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥靶基因的KEGG通路分析Fig.5 KEGG pathway analysis of target genes of endocrine resistance in treatment of breast cancer with Zhibai Dihuang Pills
將藥物成分、交集靶點(diǎn)、KEGG 通路分析富集的前20 條通路導(dǎo)入Cytoscape 3.8.2 軟件,構(gòu)建活性成分-靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò),見圖6。該網(wǎng)絡(luò)共計217 個節(jié)點(diǎn)、818 條連接線,包含靶點(diǎn)117 個、知柏地黃丸活性成分80 個。按度值(degree)從大到小排列,獲得核心活性成分的拓?fù)浞治鼋Y(jié)果,見表5。
圖6 知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的“活性成分-靶點(diǎn)-通路”網(wǎng)絡(luò)Fig.6 Network of “active ingredient-target-pathway” of Zhibai Dihuang Pills in treatment of endocrine resistance of breast cancer
表5 知柏地黃丸核心活性成分拓?fù)浞治鯰able 5 Topological analysis of core active ingredients in Zhibai Dihuang Pills
知柏地黃丸最早出自明代名醫(yī)秦昌遇所著的《癥因脈治》,為中醫(yī)滋腎陰、瀉相火的經(jīng)典方劑。該方由熟地黃、山茱萸、山藥、知母、黃柏等八味中藥組成,主要用于治療以潮熱盜汗、腰膝酸軟、五心煩熱、體倦乏力、舌紅少苔、脈細(xì)數(shù)為特征的陰虛火旺之證,契合乳腺癌內(nèi)分泌耐藥肝腎陰虛為本,痰毒瘀為標(biāo)的基本病機(jī)[9,26-27]。有研究表明,知柏地黃丸能夠改善HR 陽性乳腺癌患者內(nèi)分泌治療期間出現(xiàn)的類更年期綜合征[28]。因此,知柏地黃丸可能有治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的重要作用。
本研究結(jié)果顯示,知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的核心活性成分為槲皮素、山柰酚、脫水淫羊藿素、β-谷甾醇、薯蕷皂苷元等,可能在乳腺癌內(nèi)分泌耐藥中發(fā)揮重要作用。槲皮素及其代謝物具有抗炎、抗增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和阻滯細(xì)胞周期的特性,能夠發(fā)揮抑制腫瘤的作用[29-30],其作用機(jī)制可能與槲皮素能夠抑制p38 MAPK 磷酸化發(fā)揮抗增殖作用和誘導(dǎo)NF-κB 信號通路或調(diào)節(jié)P53、Bcl-2、Fasl 等調(diào)控分子發(fā)揮促凋亡作用有關(guān)[31-37]。研究顯示,槲皮素可能是通過阻斷ERα 和Her-2 介導(dǎo)的信號通路之間的串話調(diào)節(jié),或抑制Pin1 的過表達(dá)、下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因轉(zhuǎn)錄,抑制腫瘤血管生成,逆轉(zhuǎn)乳腺癌他莫昔芬(TAM)耐藥[38-39]。山柰酚屬于黃酮類化合物,能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡,與其他黃酮類化合物聯(lián)合使用,對ABC 亞家族G亞型2(ABCG2)的表達(dá)有更強(qiáng)的抑制作用,增強(qiáng)其抗癌和逆轉(zhuǎn)耐藥的作用[40-42]。脫水淫羊藿素通過抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化發(fā)揮抗乳腺癌作用,其潛在機(jī)制可能與增強(qiáng)谷胱甘肽過氧化酶1(GPX1)、E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、敲除含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3(cleaved Caspase-3)的表達(dá),抑制Ncadherin、vimentin、Ki-67 的表達(dá)有關(guān)[43]。β-谷甾醇通過影響神經(jīng)酰胺代謝增強(qiáng)TAM對MCF-7和MDAMB-231 細(xì)胞增殖的抑制作用[44]。薯蕷皂苷元通過抑制MCF-7 和MDA-MB-231 細(xì)胞Skp2 的表達(dá)來抑制細(xì)胞增殖與遷移,誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[45]。上述研究結(jié)果表明,知柏地黃丸中的這些活性成分具有抗乳腺癌的作用,在治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥方面也發(fā)揮著重要作用。
本研究通過PPI 網(wǎng)絡(luò)和CytoNCA 插件對知柏地黃丸的核心靶點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測,結(jié)果顯示腫瘤蛋白p53(TP53)、蛋白激酶B1(Akt1)、腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素-6(IL6)、雌激素受體1(ESR1)、絲裂原活化蛋白激酶1(MAPK1)等可能是知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的關(guān)鍵靶點(diǎn)。TP53基因是第1 個被發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因[46-49]。TP53 功能失活或其相關(guān)途徑失活是人類腫瘤的共同特征,通常與惡性腫瘤增加、患者生存率低和治療耐藥相關(guān)[50-52]。Akt 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,可被多種生長信號激活,調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活、增殖和分化,促進(jìn)血管生成以及影響代謝的基本過程[53]。在接受內(nèi)分泌治療的乳腺癌患者中,Akt 激活與預(yù)后不良相關(guān),Akt 過度激活的患者臨床獲益進(jìn)一步降低[54]。研究顯示,過度激活A(yù)kt 的乳腺癌細(xì)胞對雌激素的依賴性降低,對內(nèi)分泌治療的敏感性也會下降[55-56]。腫瘤細(xì)胞和周圍微環(huán)境的炎癥信號促進(jìn)腫瘤生長[57-58]??鼓[瘤治療可誘導(dǎo)多種炎癥細(xì)胞因子水平的上調(diào),包括IL-6、IL-8 和TNF-α 等[59-61]。TNF-α 是腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中重要的促炎細(xì)胞因子,在乳腺癌獲得性耐藥中發(fā)揮著重要作用[62-63]。具體機(jī)制可能與TNF-α 誘導(dǎo)ABCG2、趨化因子配體1(CXCL1)和趨化因子配體2(CXCL2)的過度表達(dá),促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長有關(guān)[64-66]。研究發(fā)現(xiàn),藥物敏感的乳腺癌細(xì)胞不表達(dá)IL-6,而多藥耐藥的乳腺癌細(xì)胞會產(chǎn)生高水平的IL-6[67]。因此,IL-6 表達(dá)水平的升高,可能是導(dǎo)致抗腫瘤治療效果差、腫瘤復(fù)發(fā)和侵襲性生長的機(jī)制之一[59-60,68]。ESR1 突變既預(yù)先存在于原發(fā)腫瘤中,又能在轉(zhuǎn)移過程中富集[69]。在ESR1 配體結(jié)合域(LBD)中發(fā)現(xiàn)的ESR1 突變會導(dǎo)致ER 結(jié)構(gòu)的改變,使乳腺癌細(xì)胞能夠以非雌激素依賴途徑激活ER 轉(zhuǎn)錄功能,促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖[70]。臨床上轉(zhuǎn)移性ER 陽性乳腺癌患者在接受芳香化酶抑制劑治療的過程中,獲得非配體依賴的ESR1 突變,導(dǎo)致內(nèi)分泌耐藥的發(fā)生和腫瘤的復(fù)發(fā)[71]。在HR 陽性乳腺癌患者TAM 治療后,MAPK1、AKT1基因的早期表達(dá)變化可能作為耐藥和未來不良預(yù)后的早期標(biāo)志[72]。以上研究結(jié)果均表明,知柏地黃丸作用的TP53、Akt1、TNF、IL-6、ESR1、MAPK1 這些靶點(diǎn)是治療HR 陽性乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的關(guān)鍵靶點(diǎn)。
KEGG 通路富集分析的結(jié)果顯示,有多條信號通路參與知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥,其中主要包括PI3K/Akt 信號通路、MAPK 信號通路、NF-κB 信號通路、雌激素信號通路等。研究表明,PI3K/AKT/mTOR 通路的激活是對長期雌激素剝奪導(dǎo)致的獲得性耐藥的重要機(jī)制之一,抑制該通路可改善乳腺癌內(nèi)分泌耐藥,防止腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)[73-75]。MAPK 信號通路在細(xì)胞增殖、分化、凋亡、血管生成和凋亡等過程中發(fā)揮著重要作用[76]。其中,P38 MAPK 信號通路主要與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、TAM 耐藥和疾病的不良預(yù)后有關(guān)[77-81]。在TAM 耐藥的乳腺癌細(xì)胞中,VEGF 的表達(dá)水平升高,p38 MAPK 信號通路被激活,導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞對TAM 治療的敏感性下降[81]。NF-κB 信號通路的激活是乳腺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移和耐藥的另一重要機(jī)制[82]。抑制NF-κB 信號通路可以抑制TAM 或芳香化酶抑制劑(AI)耐藥的乳腺癌細(xì)胞的增殖,恢復(fù)耐藥細(xì)胞對TAM或AI 的敏感性[83-84]。研究發(fā)現(xiàn),E3 泛素連接酶TRIM47 與NF-κB 信號通路之間存在正反饋調(diào)節(jié),TRIM47 持續(xù)激活NF-κB 信號通路可能是乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的潛在機(jī)制[85]。前梯度蛋白3(AGR3)與雌激素相關(guān),AGR3 激活雌激素信號通路,會導(dǎo)致乳腺癌對TAM 的耐藥[86]。研究發(fā)現(xiàn),雌激素信號通路與關(guān)鍵代謝調(diào)控因子之間存在串話調(diào)節(jié),乳腺癌細(xì)胞為適應(yīng)代謝的改變,從而對內(nèi)分泌治療產(chǎn)生耐藥性[87]。上述研究結(jié)果表明,通過調(diào)控PI3K-Akt信號通路、MAPK 信號通路、NF-κB 信號通路和雌激素信號通路,能夠治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥。
綜上所述,知柏地黃丸中的槲皮素、山柰酚、脫水淫羊藿素、β-谷甾醇、薯蕷皂苷元等核心活性成分,能夠作用于TP53、Akt1、TNF、IL6、ESR1、MAPK1 等多個關(guān)鍵靶點(diǎn),調(diào)節(jié)PI3K/Akt、MAPK、NF-κB、雌激素等信號通路,發(fā)揮治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的作用。本研究為深入探索知柏地黃丸治療乳腺癌內(nèi)分泌耐藥的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ),但其確切的作用機(jī)制仍需要體內(nèi)外實(shí)驗的進(jìn)一步驗證。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突