IPA案例十七:IPA在中藥領域應用二例

2018-11-13 15:32:44 來源:源資信息科技(上海)有限公司

新聞摘要:

中藥成分復雜,有效的成分和生物靶點之間存在及其復雜的網絡關系。本案例列舉兩篇利用網絡生物學模型來分析中藥成分-靶點-機制的文獻,為中藥研究提供藥效機制的新思路。

摘要:中藥成分復雜,有效的成分和生物靶點之間存在及其復雜的網絡關系。本案例列舉兩篇利用網絡生物學模型來分析中藥成分-靶點-機制的文獻,為中藥研究提供藥效機制的新思路。

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示例一:基于生物信息學方法探析補肺益腎方的分子網絡及生物功能

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摘要:本文將網絡生物學的思想應用于中藥復方藥理學的研究中,以慢性阻性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)為例,使用IPA,對分子網絡,生物功能及相關生物學通路進行挖掘和解析,為中藥復方藥理機制研究提供新的思路。

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方法:

1、獲得中藥復方及其靶蛋白

利用在線中藥數據庫TCM Database@Taiwan、TCMID、HIT及《中藥大辭典》(第二版) 查找由人參、黃芪、山茱萸、枸杞子,五味子等組成的補肺益腎方中每味中藥的化學成份。并將這些化學成分在Pubchem中查找,獲得其靶蛋白。

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2、構建補肺益腎方的分子網絡

將獲得的靶蛋白導入IPA中,進行Network analysis分析,構建補肺益腎方的靶蛋白的分子網絡,并展示網絡的生物學功能。

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3、挖掘補肺益腎方生物學功能及生物通路

對上述靶蛋白進行生物學功能及經典通路分析,獲得補肺益腎方的靶蛋白參與的生物學功能及經典通路。

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結果:

1、獲得補肺益腎方的化合物及靶蛋白

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表一. 補肺益腎方組方中藥化合物及對應的靶蛋白數量,經過并集,獲得靶蛋白239個。

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2、分子網絡構建

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表二. IPA根據上述239個分子,進行Network analysis分析,構建了9個分子網絡,本文展示前三個靶蛋白參與度最高的網絡,其參與的功能為Cellular Development、Energy Production 和Cancer。在下圖中,展示了這三個網絡。

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3、靶蛋白參與的生物功能及通路

示例二:基于活性篩選和靶標網絡預測的蒲黃和赤芍選擇性抑制血小板聚集作用

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摘要:本案例以研究抗血小板活性的藥物如:丹參、川芎、赤芍等24 種常見活血化瘀中藥的醇提物為對象,以ADP,凝血酶作為激動劑評價藥物的醇提取物抗血小板活性的作用。之后利用IPA 建立起血小板活化網絡模型并預測選擇性抗血小板中藥的作用靶點,并加以實驗驗證,為選擇性抗血小板中藥新藥開發及其藥效機制研究提供新思路。

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方法:

1、將24種藥物的醇提取物與血小板富裕,檢測ADP 誘導及凝血酶誘導血小板活性抑制率。

2、IPA 預測蒲黃、赤芍作用靶點:從TCMID,TCMDatabase@ Taiwan數據庫整理出蒲黃和赤芍中單體信息并結合Pubchem 數據庫,附上對應的Pubchem CID 上傳至IPA 工作界面。將IPA 所識別的單體添加到血小板活化通路中,將單體信息定義為A,通路靶點信息定義為B,利用IPA“Path Explore”功能分析二者作用關系。

3、實驗驗證。

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結果:

1、24種藥物中僅對ADP 誘導有強抑制活性的為蘇木、蒲黃; 僅對凝血酶誘導有強抑制效果的為赤芍、大黃。實驗檢測出蒲黃、赤芍ADP 和凝血酶誘導的大鼠血小板聚集有選擇性抑制作用(結果詳見參考文獻)。

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2、通過IPA能夠整理出蒲黃的化合物有109個,其中有18個與血小板活化通路有關,預測出抑制血小板聚集的靶點有13個;整理出赤芍的化合物有219個,其中有29個與血小板活化通路有關,預測出抑制血小板聚集的靶點有18個。通過化合物成分和與之對應預測靶點的作用頻次統計,兩者最有可能通過調節Ca2+?,cAMP,NO 這3個第二信使水平抑制血小板聚集。

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3、實驗驗證蒲黃、赤芍對血小板內鈣、cAMP 水平、血小板內NO 水平影響,蒲黃明顯抑制ADP 誘導的血小板內Ca2 + 的升高,赤芍顯著提高凝血酶激活血小板所致NO 水平降低作用,蒲黃、赤芍對cAMP 水平均沒有調節作用。

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結論:

1、兩篇文獻均從網絡藥理學/網絡生物學的角度使用IPA對中藥成分及其藥物靶點進行了功能/靶點的挖掘。

2、案例一圍繞網絡藥理學,分析藥物靶點所參與的生物學功能,IPA能夠根據靶點列表,給出相應的網絡預測和功能聚類。

3、案例二利用IPA研究中藥成分及藥物靶點在特定的生物學功能中的聯系,尋找最有可能的機制分子。

4、由于中藥成分復雜,其作用靶點的繁多,為中藥研究帶來了極大的挑戰。通過IPA進行網絡功能的挖掘,并且進行相應的實驗驗證,能夠降低研究難度,增加研究準確性,加快中藥有效成分作用機制的研究進程。

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參考文獻:

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案例一:

李立, 馮素香, 白菁安,等. 基于生物信息學方法探析補肺益腎方的分子網絡及生物功能[J]. 世界科學技術-中醫藥現代化, 2015, 17(4):773-778.

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案例二:

王瀟毅, 田曉軒, 張硯,等. 基于活性篩選和靶標網絡預測的蒲黃和赤芍選擇性抑制血小板聚集作用[J]. 中國實驗方劑學雜志, 2017(1):120-126.



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