人參治療乳腺癌的分子機制網絡藥理學研究摘要：利用網絡藥理學對人參治療腫瘤所存在的潛在靶點和機制進行分析。結果表明，人參共有22個有效成分，其中與目標疾病相關的成分有15個，人參與目標疾病有35個共同作用靶點，經過富集分析后的PPI核心基因的分別為TNF、NCOA1、PTGS2、MAPK8、ACHE、PPARG、IL1B、SLC6A4、M4OA、HTR3A、CYP3A4、OPRMI、AR、ADRB2、HTR2A；經過對比后得到了877條GO生物學過程，和114條KEGG相關信號通路，包括腫瘤壞死因子信號通路、刺激神經組織中的交互作用、鈣信號通路、流體剪切應力與動脈粥樣硬化通路等。該研究為有效治療乳腺癌奠定了基礎。關鍵詞：網絡藥理學；核心基因；腫瘤；富集分析

引言人參近幾百年來，被人們用來煲湯、燉菜，更有人喜歡用來泡水喝以緩解疲勞[1]。人參為上藥，性平，味甘微寒，歸心、脾、肺經，具有大補元氣，復脈固脫，補脾益肺，生津養血，安神益智的功效，大量的研究表明人參在抗腫瘤方面具有較高的藥用價值，使人參制劑廣泛應用于腫瘤患者[2]。據統計，截止到2020年，我國癌癥發病率有近2500萬人。人參主要的化學成分有人參皂苷、人參烯、人參炔醇等。現代中醫家多以扶正祛邪為治療準則，應用包括人參在內的中醫藥物，而人參可通過增強淋巴細胞增殖、增強機體免疫功能，同時誘導細胞凋亡來抑制腫瘤發展，但其確切的抗腫瘤作用機制尚未完全闡明[3,4]。腫瘤是一種惡性疾病，我國很多居民在不知情的情況下患上了有關疾病而無法根治，有多數人死于該種病因，我國最近統計資料表明，腫瘤引起的死亡人數極高，是導致城市及農村居民死因的重要因素[5]。自古以來腫瘤都是人們所頭疼且難以解決的問題，古代的時候萬民愚鈍不知腫瘤弊害，而敬畏它的存在。即使有部分醫師如孫思邈、李時珍等耗時多年總結出的醫術也難以分類歸總所謂的腫瘤。這也影響了后世對腫瘤的研究和記載。現代醫學認為人體細胞中都潛伏著腫瘤因子，當機體某些外源或內源性因素發生時，將誘導腫瘤基因表達，致使細胞變異無限增殖，最終形成腫瘤[6-8]。中醫理論普遍認知的情況是“正氣存內，邪不可干”、“邪不能獨傷人”，正氣虛弱是腫瘤發病的主要因素，五臟六腑長年累月如此就會發生不可想象的疾病，因此有效的改善身體內環境是治療乳腺癌所必須的條件[9,10]。我國關于乳腺癌的死亡率和發病率都是按照正比的曲線向上遞增，且城市里的人病發率遠高于農村人民。而配套的、有效的治療手段卻遲遲沒有研究出來。我翻閱部分參考文獻和古代書籍發現，并沒有多少對關于人參治療乳腺癌這個病理作用機制有過多的研究，究其原因還是過去的醫療設備不達標，難以系統的劃分何為乳腺癌，該怎么去治療乳腺癌。而更多的是對乳腺癌的發病條件進行籠統的贅述，這遠遠達不到治療目的。人參屬于五加科，木蘭綱，傘形目，它的主產地主要是分布在亞洲多個區域，比如中國東北、朝鮮、俄羅斯東部等地。人參的營養價值極高，入藥所達到的效果遠高于預期所想。人參富含多種化學成分，包括且不僅限于人參皂苷、人參烯、人參炔醇等[11-12]。在此基礎上還富含各種維生素、氨基酸等元素，所以研究得到，人參對于治療乳腺癌有重要作用。本研究利用傳統中藥系統藥理學數據庫(TCMSP)篩選人參活性成分和靶基因，使用基因組注釋數據庫平臺(Genecards)獲得乳腺癌相關基因的作用靶點，利用uniport數據庫搜索其相對應的基因名稱，使用Cytoscape軟件構建“藥物成分-疾病-靶點"網絡圖，通過String數據庫平臺構造出蛋白互作網絡，獲得GO富集分析和KEGG富集分析。本研究可為進一步探討人參對腫瘤治療奠定理論基礎。1資料與方法1.1人參化學成分及其有效靶點篩選通過TCMSP數據庫檢索，人參化學成分,檢索中藥藥物“人參”，在檢索結果中根據生物利用度（OB）和類藥性（DL）篩選人參有效成分，將兩個值設定篩選條件為“OB值≥30、且DL值≥0.18”之后進行篩選，制表歸總。1.2乳腺癌相關靶點的篩選將“breastcancer”設為查找關鍵詞，通過Uniprot進行基因ID的注釋通過GeneCards數據庫搜索乳腺癌的靶點基因。1.3人參-乳腺癌靶點PPI網絡構建利用Excel收集人參和乳腺癌的相關關鍵靶點用相關公式將其交集配對并保存，后搜索String數據平臺將數據導入Multipleproteins后，選取Homosapiens制作PPI網絡，再使用Cytoscape3.8.2軟件對導出的數據進行圖像化處理，在PPI網絡導出同時會獲得與其相關的節點數、邊數、平均局部聚類系數、設計邊數、PPI濃縮p值等數據，從而判斷人參的主要活性成分是否能夠治療乳腺癌。1.4GO功能富集分析和KEGG的通路富集分析將人參和乳腺癌的關鍵交集靶點導入到String網頁中進行富集分析，將P值設定為＜0.05，再通過下載下來的Excel表格進行升序排列得到排名前20的生物學過程和代謝通路。最后制表進行圖像化處理使其更直觀。1.5人參-乳腺癌-通路網絡的構建根據GO功能富集分析所得到的差異化體現，預測治療乳腺癌的主要靶點，再使用Cytoscape3.8.2軟件構建出人參-乳腺癌-通路網絡圖，通過所得圖對人參進行分析，判斷其有效成分的關鍵靶點能否真正意義上的對乳腺癌有發揮出藥效的主要活性。2結果與分析2.1人參活性靶點經過TCMSP數據庫平臺篩選有190個，如“Methylmyristate”，“PENTADECYLICACID”，“2,6-dimethyl-3,7-octadiene-2,6-diol”，“Methylpalmitelaidate”，“20-Hexadecanoylingenol”，“Kaempferol-3-arabofuranoside”等等。所得人參實際有效的活性成分有22個，如表1。各有效成分進行合并重復剔除后所得實際作用靶點有222個，見圖1。該有效數據經過文獻參考篩選具有一定的可信性。表1TCMSP數據庫篩選的人參22種有效成分MolID分子名稱生物利用度類藥性MOL002879Diop43.590.39MOL000449Stigmasterol43.830.76MOL000358beta-sitosterol36.910.75MOL003648Inermin65.830.54MOL000422kaempferol41.880.24MOL004492Chrysanthemaxanthin38.720.58MOL005308Aposiopolamine66.650.22MOL005314Celabenzine101.880.49MOL005317Deoxyharringtonine39.270.81MOL005318Dianthramine40.450.2MOL005320arachidonate45.570.2MOL005321FrutinoneA65.90.34MOL005344ginsenosiderh236.320.56MOL005348Ginsenoside-Rh4_qt31.110.78MOL005356Girinimbin61.220.31MOL005357GomisinB31.990.83MOL005360malkangunin57.710.63MOL005376Panaxadiol33.090.79MOL005384suchilactone57.520.56MOL005399alexandrin_qt36.910.75MOL005401ginsenosideRg5_qt39.560.79MOL000787Fumarine59.260.83圖1藥物-成分-疾病靶點網絡圖2.2乳腺癌相關靶點利用GeneCards數據庫搜索乳腺癌的靶點基因，最終得到的關鍵化學成分共16個，Diop、Stigmasterol、beta-sitosterol、Inermin、Aposiopolamine、Celabenzine、Deoxyharringtonine、Dianthramine、archidonate、FrutinoneA、ginsenosiderh2、Ginsenoside-Rh4_qt、Girinimbin、suchilactone、alexandrin_qt、Fumarine。將所得的靶點基因導入進Excel表格當中進行數據化處理，該數據對其與人參有效成分的比對有積極作用。2.3人參-乳腺癌靶點PPI網絡的構建經過數據化處理后，發現了人參與乳腺癌的共同靶點76個將所獲得的關鍵靶點基因傳入String平臺，通過Cytoscape3.8.2軟件的關鍵處理后得到可以觀察的人參-乳腺癌PPI網絡，如圖2所示。經過數據統計分析后，所有的包含了76個節點，368個邊數，平均節點度為9.68，Avg局部聚類系數0.505，預期邊數103。圖SEQ圖表\*ARABIC2PPI蛋白互助網絡將人參與乳腺癌的所共同擁有的76個靶點基因輸入到我們所使用的String數據庫平臺上，將蛋白之間的關系制作成圖，詳情見圖2。這個網絡包含了76個節點，368個邊數，平均節點度為9.68，Avg局部聚類系數0.505，預期邊數103。PPI核心基因，如圖3所示，高于平均值的關鍵靶點有15個，分別是TNF、NCOA1、PTGS2、MAPK8、ACHE、PPARG、IL1B、SLC6A4、M4OA、HTR3A、CYP3A4、OPRMI、AR、ADRB2、HTR2A。該數據或成為印證人參的化學成分能夠有效治療乳腺癌的疾病。圖SEQ圖表\*ARABIC3PPI核心基因2.4關鍵靶點通路與功能分析通過Merascape數據庫對人參治療乳腺癌的76個關鍵靶點進行富集分析，Merascape基因列表分析報告得出條形圖如下，圖4條形圖顏色按照-lg（P）從大到小，從上到下，按順序排列，該數值越大，代表其在各種靶點中的顯著性越強，橫過來的軸代表的數值越大則富集程度越大。根據分析結果所得，人參主要參與的生物學過程（biologicalproceses）包括脂肪酸的代謝和降解、ChREBP激活代謝基因表達乙酰輔酶A代謝過程等。相關靶點主要影響的分子功能（molecularfunctions,MF）富集于異亮氨酸的降解、丙酸酯代謝、ABC運輸車、通過河馬和非河馬機制進行YAP/TAZ的機械調節和病理、多細胞生物體內平衡、色氨酸代謝、異源代謝過程、對類固醇激素的反應、病毒性心肌炎、止血效果、化學突觸傳遞的調節、視覺感知等。人參參與治療乳腺癌的通路主要有腫瘤壞死因子信號通路、刺激神經組織中的交互作用、鈣信號通路、流體剪切應力與動脈粥樣硬化通路含血清素的神經突觸通路、化學致癌通路、癌癥通路等。圖4人參-疾病關鍵靶點的GO富集分析表2GO生物學過程富集分析表術語描述強度錯誤發現率responsetochemical0.583.37E-24cellularresponsetochemicalstimulus0.73.37E-24responsetoorganicsubstance0.682.57E-23responsetostimulus0.373.81E-21responsetodrug0.974.22E-21responsetooxygen-containingcompound0.822.65E-19cellularresponsetoorganicsubstance0.71.09E-18cellcommunication0.471.59E-18cellularresponsetostimulus0.422.02E-18signaling0.473.96E-18responsetoorganiccycliccompound0.933.26E-17responsetoendogenousstimulus0.813.44E-17positiveregulationofbiologicalprocess0.448.48E-16regulationofbiologicalquality0.541.80E-15signaltransduction0.472.76E-153結論本研究的結果顯示，人參中的許多化合物都具有關鍵意義，并且它有許多可以通過靶基因，信號通路對乳腺癌的可能性發展進行一定程度的影響。通過GO富集分析得到人參參與許多有關乳腺癌的治療反應，人參主要參與的生物學過程（biologicalproceses）包括ChREBP激活代謝基因表達乙酰輔酶A代謝過程等。相關靶點主要影響的分子功能（molecularfunctions,MF）富集于ABC運輸車、通過河馬和非河馬機制進行YAP/TAZ的機械調節和病理、多細胞生物體內平衡、色氨酸代謝、異源代謝過程、對類固醇激素的反應、病毒性心肌炎、止血效果、化學突觸傳遞的調節、視覺感知等。從該分析中不難得出，人參在治療乳腺癌方面的效果異常顯著，其多種靶基因與乳腺癌有高度的吻合。而其多種關鍵的靶基因包括TNF、NCOA1、PTGS2、MAPK8、ACHE、PPARG、IL1B、SLC6A4、M4OA、HTR3A、CYP3A4、OPRMI、AR、ADRB2、HTR2A。能夠有效地抑制乳腺癌的發展。而通過富集分析所得，人參有多種信號通路對腫瘤細胞的部分轉移可能性起到了抑制效果。該情況與研究的富集效果是高度一致的。綜上所述，通過網絡藥理學的研究可以有效地歸總所需要的研究目標的活性成分，然后與目標疾病高效地對比，從而達到實驗數據的收集。而網絡藥理學也節省了一大部分需要花費在具體實驗的時間，從而更有效地利用閑暇的時間去進行數據分析和糾錯。通過該方法，得到了人參在對抗乳腺癌疾病發展方面具有特別的作用原理，為以后研究該疾病提供了有效的理論數據依據，從而奠定了堅實的基礎。參考文獻[1]姚卓汝,劉紅波,唐志書,等.基于網絡藥理學探討秦七風濕方治療類風濕性關節炎的作用機制[J].世界中醫藥:2021,1(11):5-10.[2]王雪,人參有效成分對三陰性乳腺癌的作用機制及相關實驗研究[D].青島大學,2020.[3]李丹,鮑淑紅.基于網絡藥理學探討人參對乳腺癌的作用機制[D].海南醫學院學報.2020,26(06):411-417.[4]朱明玥,呂志剛.近代名老中醫治療乳腺癌經驗淺析[J],中華中醫藥雜志.2019,34(07):3162-3166.[5]ChenW,ZhengR,BaadePD,etal.CancerstatisticsinChina,2015[J].CACancerJClin，2016,66(2):115-132.[6]MortadazaSAS,SimJA,NeubrandVE,etalAcriti-calroleofTRPM2channelinAβ42-inducedmicroglialactivationandgenerationoftumornecrosisfactor-a[J].Glia,2017,66(6):562.[7]AbdolahiM,TafakhoriA,ToghaM.Thesynergisticeffectsofwr3fattyacidsandnano-curcuminsupplemen-tationontumornecrosisfactor(TNF)-ageneexpressionandserumlevelinmigrainepatients[J].Immunogenetics,2017,69(6):1-8.[8]JilinYE,AilianwU,DongyanW.Effectsofgambogn-icacidcombinedwithtumornecrosisfactorrelatedap-optosis-inducingligandonapoptosisofhumancoloncancerHT-29cellsandtheirmechanisms[J].ChinaOn-col,2018,28(4):256-262.[9]陳喜全.中藥扶正祛瘤對乳腺癌干細胞MDA-MB-231增殖、凋亡的影響及其機制的研究[J].中國地方病防治雜志,2017,32(11):1293-1294.[10]宋雪,司徒紅林,林毅.林毅運用扶正祛邪法辨治復發轉移性乳腺癌經驗介紹[J]..新中醫,2017，49(06):177-178.[11]楊紅艷,龔韋凡,李竣.抗抑郁20(S)-原人參二醇型人參皂苷成分分析[J].現代食品科技,2018(5):251-256.23[12]鄭堯,雷蕾,艾嬌.人參鮮藥干制復水過程水分狀態與化學成分變化規律研究[J].中草藥,2019(14):3302-3312.MolecularmechanismnetworkpharmacologicalstudyofginsenginthetreatmentofbreastcancerZhengShaoweiClass

1

of

Biotechnology,

Grade

2017,

School

of

Biology

and

Food

EngineeringAdvisor:

Chen

JunAbstract:

Thepotentialtargetsandmechanismsofginsenginthetreatmentoftumorswereanalyzedbynetworkpharmacology.Theresultsshowedthattherewere22activecomponentsinginseng,15ofwhichwererelatedtotargetdiseases,and35ofwhichwereco-actingtargetsoftargetdiseases.Afterenrichmentanalysis,thePPIcoregeneswereTNF,NCOA1,PTGS2,MAPK8,AChE,PPARG,IL1B,SLC6A4,M4OA,HTR3A,CYP3A4,OPRMI,AR,ADRB2,andHTR2A.Aftercomparison,877biologicalprocessesofGOand114KEGG-relatedsignalingpathwayswereidentified,includingtumornecrosisfactorsignalingpathways,interactionsinstimulatingnervetissues,calciumsignalingpathways,fluidshearstressandatherosclerosispathways.Thestudypavesthewayforeffectivetreatmentofbreastcancer.

Key

words:

network

pharmacology;Coregene;

Tumor;

Analysis

of

enrichment致謝寫到致謝的時候，突然回想起過去大學四年的生活。以前覺得上完高中之后，到了大學就會輕松了，然后呀就心心念念的想著什么時候能夠到大學的教堂里，認識不同的人，學到不一樣的技巧。后來終于走入大學了，終于可以體味大學的美好校園生活了，才發現，其實上了大學也并不輕松，說實話，在大學中的人很有趣，也碰見了可以交心的好友。我很幸運，來到了宿州學院，也很榮幸，作為生物與食品工程學院的學子在大學里度過了這不虛的四年。在生工院我也遇到了不同的老師，首先要感謝我的輔導員，是她不分日夜的關心著我們這個班級群體，在每一個同學遇到困難時都會有她通過各種方式表達自己的擔心。也依然是她在我們處理班級事務和個人資料時，提出了寶貴的指導意見。接下來要感