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基于网络药理学探讨苣荬菜治疗脓毒血症的化学成分及其作用机制

胡冰悦 张欣康 岑金凤 吕重宁 路金才 肖凯

邢信昊, 陈林林, 凌忠毅, 王彦. 免疫治疗纠正脓毒症免疫麻痹的研究进展[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(1): 1-7, 35. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202203113
引用本文: 胡冰悦, 张欣康, 岑金凤, 吕重宁, 路金才, 肖凯. 基于网络药理学探讨苣荬菜治疗脓毒血症的化学成分及其作用机制[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(4): 245-251. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001
XING Xinhao, CHEN Linlin, LING Zhongyi, WANG Yan. Research progress of immunotherapies on correction of immunoparalysis in sepsis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(1): 1-7, 35. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202203113
Citation: HU Bingyue, ZHANG Xinkang, CEN Jinfeng, LV Chongning, LU Jincai, XIAO Kai. Discussion on the chemical compositions and treatment mechanism of sepsis of Sonchus arvensis L. by network pharmacology[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(4): 245-251. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001

基于网络药理学探讨苣荬菜治疗脓毒血症的化学成分及其作用机制

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001
详细信息
    作者简介:

    胡冰悦,硕士研究生,研究方向:中药资源学,Email:hubingyue33@163.com

    通讯作者: 路金才,教授,博士生导师,研究方向:中药新药研究和道地药材资源研究,Email:jincailu@126.com肖 凯,教授,博士生导师,研究方向:天然产物活性研究,Email:kaixiaocn@163.com
  • 中图分类号: R96

Discussion on the chemical compositions and treatment mechanism of sepsis of Sonchus arvensis L. by network pharmacology

  • 摘要:   目的  基于文献挖掘及网络药理学探究苣荬菜中化学成分治疗脓毒血症的潜在作用机制。  方法  以文献中化学成分为研究对象,借助Swiss Target Prediction数据库预测成分的潜在作用靶点;使用GeneCards、OMIM、TTD数据库筛选脓毒血症相关靶点;通过Venny 2.1.0 获得苣荬菜成分与脓毒血症的共同靶点;采用Cytoscape软件构建“药物成分-疾病靶点”网络;运用STRING数据库构建蛋白质相互作用(PPI)网络;运用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。  结果  获得苣荬菜中化学成分71个,药物作用靶点579个,疾病相关靶点3437个,交集靶点272个。GO功能富集条目1366个,包括分子功能(MF)245个,生物过程(BP)1002个,细胞组成(CC)119个;KEGG信号通路166个。  结论  苣荬菜的主要活性成分包括亚油酸、亚麻酸、油酸等,它们可能通过作用于TNF、AKT1、IL-6、IL-1β、TP53等靶点,调节类固醇、鞘脂等各种激素以及表皮因子、趋化因子的表达,产生抗炎作用进而发挥治疗脓毒血症的功效。
  • 脓毒症是机体对感染的免疫反应失调而引发危及生命的多器官功能障碍[1],是感染致死的首要原因。据统计,全球每年有4 700万~5 000万脓毒症病例,脓毒症相关死亡人数至少为1 100万[2],约占全年总死亡人数的1/5。脓毒症的病理生理学过程包含宿主全身过度炎症反应和免疫抑制的复杂相互作用,其中,免疫抑制会导致院内感染和体内病毒重激活,甚至出院后长期持久的免疫失能状态,脓毒症患者在免疫麻痹期的累积病死率约为总病死率的90%[3]。脓毒症免疫麻痹主要表现为细胞因子分泌失调、抗原提呈细胞功能减弱、T细胞亚群稳态失衡[4],最终造成机会性感染的易感性增加。然而,临床上对于脓毒症的治疗手段十分有限,阻断TNF-α[5-6]、TLR4[7-8]等控制炎症级联反应的免疫抑制疗法在临床试验中也相继失败;幸运的是,纠正脓毒症免疫麻痹的免疫激活疗法异军突起,为脓毒症治疗带来了曙光,且许多疗法已被临床试验证实有效。本文对基于免疫麻痹纠正的脓毒症免疫疗法研究进展进行综述。

    细胞因子在脓毒症的发病和转归中发挥着重要作用,细胞因子表达谱的变化是免疫麻痹状态的重要标志。主要表现为IL-10等抑炎因子分泌增加,TNF-α等促炎因子分泌减少,进而负性调节免疫细胞功能,加重免疫抑制状态。细胞因子不仅可以作为生物标志物判断免疫麻痹状态,从而引导临床给药,还可以作为有效的脓毒症免疫治疗手段。

    粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)是一种造血生长因子,因能使骨髓祖细胞增殖分化形成粒细胞和巨噬细胞的集落而得名[9]。GM-CSF能激活单核细胞和粒细胞,促进树突细胞的成熟,促进T细胞增殖,并参与iNKT细胞和肺泡巨噬细胞的稳态分化[10]。GM-CSF受体下游包括JAK2/STAT5、ERK、NF-κB和PI3K-Akt等关键通路,能够上调单核/巨噬细胞中的MHC II类分子表达[11]。重组蛋白药物沙格司亭(Sargramostim)在临床上已用于各种原因引起的白细胞或粒细胞减少症。在肥胖伴糖尿病的脓毒症小鼠中,GM-CSF通过增强中性粒细胞和单核细胞的吞噬能力和ROS产生能力从而改善脓毒症的生存[12]。GM-CSF还能通过促进小鼠巨噬细胞选择性转化来减轻脓毒症诱导的急性肾损伤,并提高生存率[13]。Presneill等[14]纳入伴有急性呼吸窘迫综合征的18例重度脓毒症患者的II期临床试验显示,GM-CSF治疗使PaO2/FiO2改善,外周血中性粒细胞计数增加,但未能改善肺外器官功能以及生存率。Drossou-Agakidou等[15]对56例新生儿脓毒症患者的临床试验表明,GM-CSF能使表达HLA-DR的单核细胞数量显著增加。Meisel等[16]纳入38例脓毒症免疫抑制患者的II期临床试验表明,mHLA-DR引导的GM-CSF治疗对恢复单核细胞免疫功能安全有效,且能缩短通气时间并改善临床评分。Hall等[17]对17例小儿脓毒症患者的随机对照研究表明,GM-CSF可以恢复TNF-α产生能力,有效预防院内感染。Leentjens等[18]纳入18例健康志愿者的临床研究表明,GM-CSF对人内毒素血症后免疫麻痹具有逆转趋势。另有预计120例患者参与的IV期临床试验将研究GM-CSF对小儿脓毒症免疫麻痹的逆转作用,目前还在进行中(NCT03769844)。对于全球大流行的COVID-19,既有GM-CSF疗法走向临床试验(NCT04326920),也有针对炎症因子风暴的GM-CSF阻断疗法初见成效[19-20]。可见,GM-CSF是一种有潜力的脓毒症免疫疗法,但仍需准确有效的生物标志物来有效区分患者的免疫状态,以确定其给药时机。

    干扰素γ(IFN-γ)也称II型干扰素,是一种主要由NK细胞和T细胞等免疫细胞产生的细胞因子,在抗感染和抗肿瘤反应中发挥关键作用。能激活多种免疫细胞,并诱导抗原提呈细胞MHC分子的表达[21]。Döcke等[22]通过临床研究表明,IFN-γ能恢复脓毒症患者的单核细胞HLA-DR表达以及LPS诱导的TNF-α应答。Leentjens等[18]纳入18例健康志愿者的临床研究表明,IFN-γ能降低免疫麻痹状态下的IL-10水平,增加单核细胞HLA-DR表达,并增强LPS诱导的TNF-α应答。Delsing等[23]的研究为IFN-γ辅助免疫治疗可恢复真菌脓毒症患者的免疫功能提供了证据,评估IFN-γ治疗念珠菌血症患者的II期临床试验正在进行中(NCT04979052)。在COVID-19重症患者中,IFN-γ水平表现出严重低下[24]。有病例报告称,IFN-γ能恢复重症COVID-19患者的mHLA-DR,因此呼吁更多mHLA-DR低下的重症患者采用IFN-γ治疗[25]。虽然一般认为IFN-γ有助于增强病原清除能力,但也有研究表明脓毒症早期血浆IFN-γ升高不利于继发念珠菌感染的清除和个体生存[26],因此,仍需要更多的基础研究和临床试验来探索用药指征和给药时机。

    白介素7(IL-7)最初被认为是一种T细胞和B细胞前体的生长因子,该信号对整个淋巴细胞群体的发育和维持至关重要,包括T细胞、B淋巴细胞和先天淋巴细胞[27]。IL-7R信使RNA的低表达与脓毒性休克患者28 d病死率独立相关[28]。IL-7治疗有望改善脓毒症的淋巴细胞减少症以及T细胞功能障碍。在小鼠脓毒症模型中,IL-7可增强T细胞的生存、转运和功能,并改善小鼠生存情况[29]。IL-7改善小鼠脓毒症后的免疫功能障碍,并提高真菌二次打击模型[30]和铜绿假单胞菌二次打击模型[31]的存活率。IL-7治疗还可以通过γδ T细胞IL-17的产生,在脓毒症小鼠模型中加速中性粒细胞募集和细菌清除[32]。在脓毒症患者中,IL-7能恢复失能T细胞产生IFN-γ的能力,且效果优于PD-L1抗体和OX40L[33]。Venet等[34]纳入70例脓毒症休克患者的体外临床前研究表明,IL-7能恢复离体淋巴细胞增殖,恢复离体CD4+和CD8+效应T细胞增殖,恢复离体CD8+效应T细胞的IFN-γ产生。Venet等[35]还证明IL-7治疗改善脓毒症患者T淋巴细胞的mTOR激活、GLUT1表达和葡萄糖摄取,通过免疫代谢途径使T细胞增殖增强。Francois等[36]纳入27名患者的临床研究表明,IL-7治疗能促进T细胞增殖和激活,逆转CD4+和CD8+效应T细胞的减少,这是脓毒症免疫抑制的关键机制。遗憾的是,最近一项考察重组人IL-7(CYT107)对脓毒症患者淋巴细胞重构的大规模临床试验因药动学问题而终止(NCT03821038)。由于T细胞功能障碍和大量凋亡是严重COVID-19患者的重要特征[37],因此,IL-7可能对COVID-19相关脓毒症的治疗有广泛的前景。目前已经证实,IL-7能够恢复COVID-19患者离体T细胞的IFN-γ产生能力[38],恢复淋巴细胞计数至对照组的2倍以上[39]

    白介素15(IL-15)是免疫调节细胞因子家族的成员,是一种具有治疗潜力的多能分子,主要由髓系细胞表达,作用于T细胞、B细胞、NK细胞等多种免疫细胞[40]。在动物模型中,IL-15可阻止免疫细胞凋亡,逆转先天和适应性免疫功能障碍,并提高脓毒症小鼠的生存率[41]。IL-15显著改善脓毒症诱导的T细胞耗竭,增加NK细胞和巨噬细胞数量,增加IFN-γ水平,从而改善脓毒症动物的生存情况[42-43]。由于IL-15能维持炎症细胞因子的平衡以及NKT细胞和CD8+ T细胞的稳态反应,有学者建议将其作为COVID-19免疫调节治疗的可行手段[40]。但IL-15用于脓毒症的治疗还存在争议,比如,IL-15强激动剂未能改善烧伤脓毒症小鼠的细菌清除和生存情况[43],IL-15能通过抑制糜蛋白酶活性抑制肥大细胞依赖的抗菌反应[44],甚至IL-15可能加重脓毒症的严重程度[45]。由此可见,需要更多的基础研究和临床试验来确定IL-15的安全性、有效性,并确定其合理的给药时机。

    免疫检查点是免疫细胞功能的关键调节因子。近年来,免疫检查点相关疗法在恶性肿瘤的治疗中逐渐趋于成熟。而脓毒症患者中存在着与恶性肿瘤相似的免疫抑制状态,这为脓毒症的治疗带来了新的思路,是目前脓毒症免疫治疗中最有潜力的策略之一。

    程序性死亡受体1/配体1(PD-1/PD-L1)是T细胞活化的负性共刺激信号,是重要的免疫检查点,近年来在肿瘤免疫治疗中大放异彩。PD-1/PD-L1在脓毒症中表达上调,且T细胞失能和耗竭是脓毒症免疫抑制的重要机制之一,因此,阻断PD-1/PD-L1轴有望纠正脓毒症免疫抑制,改善患者预后。动物实验表明,给予PD-1抗体能逆转免疫功能障碍,提高脓毒症小鼠的生存率[46]。对于原发和继发性的真菌脓毒症,PD-1/PD-L1抗体也显著恢复IFN-γ和MHC II类分子表达,提高生存率[47]。研究表明,脓毒症患者免疫功能缺陷与PD-1/PD-L1表达相关,阻断PD-1/PD-L1可通过抑制T细胞耗竭和逆转单核细胞功能障碍改善脓毒症患者的生存[48-49]。而上调PD-L1则会延迟患者中性粒细胞凋亡,并在脓毒症小鼠实验模型中促进肺损伤[50]。此外,阻断PD-1可以改善急性肝损伤中Kupffer细胞的细菌清除,并发挥对小鼠脓毒症的保护作用[51]。阻断PD-1/PD-L1轴的优势主要在于目前已上市多种成熟的抗体药物,并已经广泛用于肿瘤的治疗,具有相对高的安全性。对于具有明显免疫抑制指征的严重脓毒症患者,很多研究者都建议使用抗PD-1/PD-L1疗法,我们也期待大规模的临床试验以证明其治疗脓毒症的有效性。

    细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白(CTLA-4)也是重要的免疫检查点,能与膜受体CD80/CD86结合,负性调节T细胞活化。在脓毒症患者中,CTLA-4在T细胞表面表达上调[52]。在动物模型中,CTLA-4抗体能逆转淋巴细胞凋亡,提高原发性和继发性脓毒症小鼠的生存率[53]。对于原发和继发性的真菌脓毒症,CTLA-4抗体也显著恢复IFN-γ和MHC II类分子表达,改善小鼠生存率[47]。与抗PD-1/PD-L1疗法类似,抗CTLA-4疗法在肿瘤免疫治疗中有着广泛的研究和应用,为脓毒症相关免疫抑制的治疗奠定了基础。

    T细胞免疫球蛋白黏蛋白3(TIM-3)是一种免疫抑制性受体分子,主要表达在多种T细胞表面。TIM-3在脓毒症患者T细胞中表达上调,能介导T细胞耗竭,发挥负性免疫调节作用[52]。在脓毒症中,TIM-3基因多态性与脓毒症患者生存率以及G+菌的易感性有显著关联[54]。TIM-3能在CD4+ T细胞中抑制NF-κB通路,从而介导免疫抑制[55]。使用α-乳糖阻断TIM-3能够逆转CD8+ T细胞和NKT细胞凋亡,发挥对脓毒症的保护作用[56-57]。使用抗体阻断TIM-3能恢复脓毒症患者离体的单核细胞和淋巴细胞功能[58]。因此,TIM-3阻断疗法是一种有潜力的脓毒症免疫治疗手段,TIM-3抗体在肿瘤免疫治疗中的研究也为该手段提供了参考。

    淋巴细胞激活基因3(LAG-3)是一种表达在T细胞、NK细胞、B细胞等免疫细胞表面的免疫抑制性受体,能介导T细胞耗竭,发挥免疫抑制作用。LAG-3在脓毒症患者T细胞表面表达上调[52]。在脓毒症小鼠中,LAG-3敲除或阻断可保护其免受脓毒症相关免疫功能障碍,包括逆转T细胞凋亡和IFN-γ分泌等,从而改善细菌清除和生存率[59]。阻断LAG-3可能成为新的脓毒症免疫治疗手段,然而其对脓毒症转归的作用机制还需要进一步阐明。

    B/T-淋巴细胞衰减因子(BTLA)是一种重要的共抑制受体,能够负性调节T细胞活化。在脓毒症中,BTLA促进T细胞凋亡,已被证明是脓毒症免疫抑制的生物标志物和中介物[60]。BTLA在脓毒症小鼠CD4+ T细胞和B细胞中表达增加,与这些细胞在脓毒症中的减少有关[61]。BTLA负向调节髓系树突状细胞的成熟及其吞噬和杀菌能力[62]。在小鼠脓毒症模型中,BTLA敲除小鼠表现出更高的存活率和对器官损伤的保护[63]。但也有研究表明,低BTLA+ T细胞比例与脓毒症患者高病死率有关[64]。BTLA可抑制TLR4反应,激活BTLA可能对LPS诱导的内毒素休克有治疗作用[65]。综上所述,在脓毒症中阻断BTLA的安全性和有效性仍需论证,并且若在炎症因子风暴期间给予BTLA抗体很有可能不利于脓毒症的治疗。

    T细胞免疫球蛋白免疫受体酪氨酸抑制基序结构域(TIGIT)是淋巴细胞表面的一种负性免疫共刺激分子,其配体有CD155、CD112和CD113等。脓毒症和脓毒症休克患者T细胞上TIGIT表达显著上调,且TIGIT+ T细胞比例升高与炎症反应加重和器官损伤有关[66]。阻断TIGIT配体CD155可逆转树突状细胞功能障碍,改善脓毒症小鼠的生存[67]。在伴有恶性肿瘤的小鼠中,给予TIGIT抗体能够逆转脓毒症导致的T细胞凋亡并改善生存率[68]。引人注目的是,使用TIGIT抗体可以恢复脓毒症患者离体T细胞的功能[66],提示阻断TIGHT可能是脓毒症免疫治疗的新方法。

    肿瘤坏死因子受体超家族成员4(OX40,TNFRSF4)是一种主要表达在T细胞表面的正性免疫共刺激分子,能与其配体OX40L结合,介导T细胞增殖和活化。OX40激动性抗体不仅能逆转脓毒症诱导的T细胞凋亡和失能,提高脓毒症小鼠的存活率,还能改善脓毒症患者外周血淋巴细胞中的T细胞功能[69]。对脓毒症患者的T细胞离体给予OX-40L,能增加其IFN-γ产生能力[33]。激活OX40/OX40L轴可能对逆转脓毒症的免疫抑制状态具有积极意义,伴随着更多基础和临床研究,OX40激动性抗体可能成为脓毒症免疫治疗的新方法。

    胸腺肽α1(Thymosin α1, Tα1)是一种多肽类激素,主要作用于T细胞免疫,能够增强机体免疫,逆转免疫缺陷。合成多肽药物胸腺法新(Thymalfasin)作为一种免疫调节剂,临床上已应用于病毒性肝炎、脓毒症等多种疾病的免疫增强治疗。动物实验表明,Tα1能促进Treg细胞凋亡从而改善脓毒症小鼠生存率[70],通过Notch通路减轻脓毒症大鼠的肺损伤[71]。Tα1与激素联用能改善脓毒症小鼠免疫功能和生存情况[72-73]。Zhang等[74]纳入120例耐药菌感染的脓毒症患者的临床研究表明,联合Tα1和乌司他丁的免疫调节治疗可使T细胞增多,脓毒症患者的生存率升高。Han等[75]对纳入915名参与者的多项临床试验进行Meta分析,发现联合乌司他丁和Tα1的免疫调节治疗显著改善脓毒症患者的全因死亡率、炎症介质和机械通气持续时间。Chen等[76]纳入42例脓毒症休克患者的临床研究表明,Tα1能显著增加多种免疫细胞数量,患者的平均无热期、ICU住院天数、机械通气时间以及28天病死率均明显降低。Wu等[77]纳入361例重症脓毒症患者的临床研究表明,Tα1能逆转免疫抑制状态,改善mHLA-DR水平和28日生存率。另有一项纳入1106名患者的多中心临床试验研究了Tα1对脓毒症的安全性和有效性(NCT02867267),结果尚未公布。在COVID-19及其相关脓毒症中,Tα1能恢复淋巴细胞减少和逆转T细胞耗竭,从而降低患者病死率[78]。但也有研究认为,Tα1可能对恢复COVID-19患者的CD4+和CD8+ T细胞计数或清除病毒没有益处[79],不能降低COVID-19相关死亡率[80-81],甚至Tα1的使用可能不利于COVID-19患者的临床康复[82]。因此,还需要对Tα1在COVID-19以及脓毒症中的应用进行更谨慎和充分的研究,一项Tα1治疗COVID-19伴淋巴细胞减少症的临床试验正在进行中(NCT04487444)。

    富含IgA和IgM的免疫球蛋白(IgGAM)是一类多组分的免疫效应物质,主要通过介导调理作用、中和抗原以及调节Fc受体表达等方式发挥在脓毒症中的治疗作用[83]。相关药物五球蛋白(Pentaglobin)已在临床试验中表现出对脓毒症的有益作用[84-85]。在小鼠脓毒症模型中,静注IgGAM能够改善小鼠的行为学缺陷[86]。在重症耐药菌感染患者中使用IgGAM,能改善免疫功能和生存情况[87],提示IgGAM是脓毒症中一种有潜力的免疫辅助疗法。然而,IgGAM的使用还存在争议,存在多种不良反应的风险,而且缺乏明确的生物标志物来指导给药。目前,一项针对脓毒症休克患者的基于血清IgM滴度的IgGAM治疗的临床试验正在进行中(NCT04182737)。IgGAM作为辅助疗法,是一种有潜力的脓毒症免疫治疗手段。

    免疫麻痹是导致脓毒症中晚期患者死亡的主要原因,纠正免疫麻痹状态是脓毒症治疗的重要方向,需要基础研究和临床研究的共同努力。细胞因子疗法、免疫检查点相关疗法以及其他免疫疗法已经成熟应用于肿瘤的免疫治疗,也有望纠正脓毒症中的免疫麻痹。脓毒症免疫治疗面临的主要问题是判断患者的免疫状态,从而确定最佳干预策略和干预时机。专家共识[88]推荐mHLA-DR作为考察天然免疫抑制的首选指标,同时结合监测中性粒细胞功能、NK细胞计数和功能及补体水平来了解患者天然免疫状态;淋巴细胞计数可作为脓毒症患者适应性免疫功能障碍的快速筛查指标;通过检测T淋巴细胞计数、分化、增殖和分泌功能来监测脓毒症患者T淋巴细胞功能;通过血清Ig定量来监测B淋巴细胞功能。最近开展的一项多国多中心的脓毒症个性化免疫治疗试验(NCT04990232),试验根据脓毒症患者血清铁蛋白升高(表明过度炎症)或单核细胞HLA-DR量降低(表明免疫抑制),分别给予炎症抑制剂IL-1R拮抗剂阿那白滞素或免疫激活剂IFN-γ治疗,这项研究通过检测区分脓毒症患者的免疫学特征,从而确定最佳干预策略和干预时机。总之,随着免疫麻痹生物标志物研究的深入,脓毒症免疫治疗将有更广阔的应用前景。

  • 图  1  苣荬菜相关靶点与脓毒血症相关靶点的Venn图

    图  2  苣荬菜“化学成分-疾病靶点”相互作用网络

    图  3  苣荬菜活性成分和疾病交集靶点相互作用网络图

    图  4  苣荬菜化学成分GO基因功能富集分析

    图  5  苣荬菜化学成分KEGG基因富集分析

    表  1  苣荬菜化学成分基本信息

    成分编号成分名称成分编号成分名称
    SA1taraxasterol[10]SA371-tricosanol[16]
    SA2β-Amyrin[10]SA382-vinylnaphthalene[16]
    SA3α-Amyrin[10]SA39methyl laurate[16]
    SA4lupeol[10]SA40linolenic acid[16]
    SA5psi-taraxasterol[10]SA41phytol[16]
    SA6taraxasterol acetate[17]SA42linoleic acid[16]
    SA7β-sitosterol[18]SA43methyl linoleate[16]
    SA8daucosterol[18]SA44rutin[19]
    SA9santamarine[17]SA45stigmasterol[20]
    SA10fraxetin[21]SA46ursolic acid[20]
    SA11fraxetin[21]SA47α-amyrenyl acetate[20]
    SA12apigenin[20]SA48β-amyrin acetate[20]
    SA13apigenin-7-O-glucuronide[19]SA49esculetin[22]
    SA14acacetin[23]SA50emodin[22]
    SA15linarin[10]SA511-heptacosanol[15]
    SA16luteolin[20]SA52β-amyrenone[15]
    SA17luteolin-7- O- glucopyranoside[19]SA53taraxasterone[15]
    SA18luteolin 7-galacturonide[10]SA54squalene[15]
    SA19lonicerin[10]SA55taraxeryl acetate[15]
    SA20chrysoeriol[23]SA56balansenate I[15]
    SA21kaempferide[23]SA57dioctyl phthalate[15]
    SA22isorhamnetin[23]SA58stigmast-4-en-3-one[15]
    SA23isorhamnetin-3-O-galactoside[10]SA592,4-di-tert-butylphenol[15]
    SA24quercetin[19]SA60oleic acid[15]
    SA25hyperoside[10]SA61ethyl 4-hydroxyphenylacetate[15]
    SA26friedelin[9]SA62dihydroreynosin[15]
    SA27taraxerylacetate[9]SA63ethyl2-(3,4-dihydroxyphenyl)acetate[15]
    SA28β-amyrone[9]SA64caffeic acid ethyl ester[15]
    SA29bauerenyl acetate[9]SA65syringaresinol[15]
    SA30oleanane[9]SA66phytenoic acid[15]
    SA31palmitic acid[19]SA671-heneicosanol[15]
    SA32methyl hexadecanoate[16]SA68lauric acid[15]
    SA33chrysanthenone[16]SA69dammarenediol II[15]
    SA34anisole[16]SA7011β,13-dihydro-santamarin[15]
    SA35methyl-14
    methylpentadecanoate[16]
    SA711-hexacosanol[15]
    SA36eugenol[16]
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-01
  • 修回日期:  2023-02-17
  • 刊出日期:  2023-04-25

基于网络药理学探讨苣荬菜治疗脓毒血症的化学成分及其作用机制

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001
    作者简介:

    胡冰悦,硕士研究生,研究方向:中药资源学,Email:hubingyue33@163.com

    通讯作者: 路金才,教授,博士生导师,研究方向:中药新药研究和道地药材资源研究,Email:jincailu@126.com肖 凯,教授,博士生导师,研究方向:天然产物活性研究,Email:kaixiaocn@163.com
  • 中图分类号: R96

摘要:   目的  基于文献挖掘及网络药理学探究苣荬菜中化学成分治疗脓毒血症的潜在作用机制。  方法  以文献中化学成分为研究对象,借助Swiss Target Prediction数据库预测成分的潜在作用靶点;使用GeneCards、OMIM、TTD数据库筛选脓毒血症相关靶点;通过Venny 2.1.0 获得苣荬菜成分与脓毒血症的共同靶点;采用Cytoscape软件构建“药物成分-疾病靶点”网络;运用STRING数据库构建蛋白质相互作用(PPI)网络;运用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。  结果  获得苣荬菜中化学成分71个,药物作用靶点579个,疾病相关靶点3437个,交集靶点272个。GO功能富集条目1366个,包括分子功能(MF)245个,生物过程(BP)1002个,细胞组成(CC)119个;KEGG信号通路166个。  结论  苣荬菜的主要活性成分包括亚油酸、亚麻酸、油酸等,它们可能通过作用于TNF、AKT1、IL-6、IL-1β、TP53等靶点,调节类固醇、鞘脂等各种激素以及表皮因子、趋化因子的表达,产生抗炎作用进而发挥治疗脓毒血症的功效。

English Abstract

邢信昊, 陈林林, 凌忠毅, 王彦. 免疫治疗纠正脓毒症免疫麻痹的研究进展[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(1): 1-7, 35. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202203113
引用本文: 胡冰悦, 张欣康, 岑金凤, 吕重宁, 路金才, 肖凯. 基于网络药理学探讨苣荬菜治疗脓毒血症的化学成分及其作用机制[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(4): 245-251. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001
XING Xinhao, CHEN Linlin, LING Zhongyi, WANG Yan. Research progress of immunotherapies on correction of immunoparalysis in sepsis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(1): 1-7, 35. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202203113
Citation: HU Bingyue, ZHANG Xinkang, CEN Jinfeng, LV Chongning, LU Jincai, XIAO Kai. Discussion on the chemical compositions and treatment mechanism of sepsis of Sonchus arvensis L. by network pharmacology[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(4): 245-251. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202301001
  • 脓毒血症(sepsis)是指由细菌等病原微生物侵入机体引起的全身炎症反应综合征[1-2]。机体产生脓毒血症时会出现免疫功能失衡的现象,即抗炎反应和促炎反应交替发生,多器官炎症同时爆发最终引起炎症风暴[3-4]。中医上将炎症称为热症或湿热火毒,主要使用清热解毒或清湿热类的药物。目前对于脓毒血症缺乏专门的预防和治疗方法[5],寻找治疗脓毒血症的新方法及作用机制是医学亟待解决的问题[6]

    苣荬菜(Sonchus arvensis L.)是菊科苦苣菜属的干燥全草,茎直立,全株有白色乳汁,又称败酱草、曲麻菜,最早记载于《植物名实图考》,性寒,味苦,具有清热解毒,补虚止咳的功效,常用于治疗虚弱咳嗽,咽喉肿痛及菌痢等疾病[7-8]。其嫩茎可食用,属于药食同源的植物。苣荬菜分布范围十分广泛,在西北、华北、东北地区都有生长。苣荬菜中主要含有烷烃类、倍半萜类[8]、三萜类[9-10]、黄酮类[11]等化学成分。研究发现,苣荬菜内化学成分具有抗炎的作用[12-13],但苣荬菜治疗脓毒血症的原理及机制研究尚未见报道。

    网络药理学作为生物信息学的新型工具,其“多成分、多途径、多靶点”的研究方法可高效预测植物化学成分的作用机制[14]。基于此,本研究利用网络药理学预测苣荬菜中潜在作用靶点及其机制,为改善脓毒血症提供新的思路。

    • Sonchus arvensis L.为关键词在中国知网、Pubmed和Web of sciences数据库中检索,挖掘苣荬菜的成分信息,结合本实验室的化学分离情况[15]确定苣荬菜总成分。将收集到的成分依次通过 Pubmed 数据库检索,得到成分的Smiles结构和2D结构的SDF格式文件。将获得的苣荬菜成分Smiles结构或2D结构的SDF格式文件导入Swiss Target Prediction数据库,预测其作用靶点,然后使用Uniprot数据库对化合物靶点进行校对。

    • 使用 GeneCards (https://www.genecards.org/)、OMIM(https://omim.org/)、TTD(http://db.idrblab.net/ttd/)数据库,以“sepsis”为关键词进行疾病相关基因查询。将各数据库得到的疾病相关基因进行合并去重以得到疾病的靶基因。将去重后的疾病靶点与化学成分预测的潜在靶点共同输入Venny 2.1.0(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)网站中获取成分靶点与疾病靶点的交集,即得到苣荬菜治疗脓毒血症的潜在靶点。

    • 将苣荬菜的成分及潜在靶点导入Cytoscape 3.8.2软件中,绘制“成分-潜在靶点”网络图。将交集靶点导入到STRING数据库(https://cn.string-db.org/),选择物种为“Home sapiens”,最低相互作用阈值为0.4,得到PPI网络图,再运用Cytoscape 3.8.2 软件将PPI网络进行可视化处理。

    • 将成分与疾病的交集靶点输入DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)数据库中进行基因本体(GO)功能及京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。将结果以P值从小到大进行排序,分别筛选前15条绘制气泡图。

    • 通过文献挖掘及结合本课题组分离实验结果共得到71种化学成分,成分对应的潜在靶点579个。具体信息见表1

      表 1  苣荬菜化学成分基本信息

      成分编号成分名称成分编号成分名称
      SA1taraxasterol[10]SA371-tricosanol[16]
      SA2β-Amyrin[10]SA382-vinylnaphthalene[16]
      SA3α-Amyrin[10]SA39methyl laurate[16]
      SA4lupeol[10]SA40linolenic acid[16]
      SA5psi-taraxasterol[10]SA41phytol[16]
      SA6taraxasterol acetate[17]SA42linoleic acid[16]
      SA7β-sitosterol[18]SA43methyl linoleate[16]
      SA8daucosterol[18]SA44rutin[19]
      SA9santamarine[17]SA45stigmasterol[20]
      SA10fraxetin[21]SA46ursolic acid[20]
      SA11fraxetin[21]SA47α-amyrenyl acetate[20]
      SA12apigenin[20]SA48β-amyrin acetate[20]
      SA13apigenin-7-O-glucuronide[19]SA49esculetin[22]
      SA14acacetin[23]SA50emodin[22]
      SA15linarin[10]SA511-heptacosanol[15]
      SA16luteolin[20]SA52β-amyrenone[15]
      SA17luteolin-7- O- glucopyranoside[19]SA53taraxasterone[15]
      SA18luteolin 7-galacturonide[10]SA54squalene[15]
      SA19lonicerin[10]SA55taraxeryl acetate[15]
      SA20chrysoeriol[23]SA56balansenate I[15]
      SA21kaempferide[23]SA57dioctyl phthalate[15]
      SA22isorhamnetin[23]SA58stigmast-4-en-3-one[15]
      SA23isorhamnetin-3-O-galactoside[10]SA592,4-di-tert-butylphenol[15]
      SA24quercetin[19]SA60oleic acid[15]
      SA25hyperoside[10]SA61ethyl 4-hydroxyphenylacetate[15]
      SA26friedelin[9]SA62dihydroreynosin[15]
      SA27taraxerylacetate[9]SA63ethyl2-(3,4-dihydroxyphenyl)acetate[15]
      SA28β-amyrone[9]SA64caffeic acid ethyl ester[15]
      SA29bauerenyl acetate[9]SA65syringaresinol[15]
      SA30oleanane[9]SA66phytenoic acid[15]
      SA31palmitic acid[19]SA671-heneicosanol[15]
      SA32methyl hexadecanoate[16]SA68lauric acid[15]
      SA33chrysanthenone[16]SA69dammarenediol II[15]
      SA34anisole[16]SA7011β,13-dihydro-santamarin[15]
      SA35methyl-14
      methylpentadecanoate[16]
      SA711-hexacosanol[15]
      SA36eugenol[16]
    • 将苣荬菜成分的Smiles号或2D结构输入SwissTarget Prediction数据库中,以probability>0为筛选依据,共得到苣荬菜成分潜在靶点579个。

      在OMIM、GeneCards、TTD数据库检索得到脓毒血症相关靶点,合并去重后共得到3437个靶点。将579个成分靶点和3437个疾病靶点绘制韦恩图,共得到272个交集靶点(见图1)。

      图  1  苣荬菜相关靶点与脓毒血症相关靶点的Venn图

    • 将苣荬菜的化学成分潜在靶点导入Cytoscape 3.8.2软件中进行可视化分析,获取“化学成分-潜在靶点”网络图(见图2)。其中包括71个成分节点,用菱形表示;272个成分潜在靶点,用长方形表示。化学成分根据度值前5个从大到小排序为:亚油酸、亚麻酸、二氢炔诺酸、油酸、14-甲基十五烷酸甲酯。相关靶点根据度值排序前5个分别是TNF(肿瘤坏死因子)、AKT1(丝氨酸/苏氨酸激酶)、IL-6(白介素-6)、IL-1β(白介素-1β)、TP53(肿瘤蛋白P53)。

      图  2  苣荬菜“化学成分-疾病靶点”相互作用网络

    • STRING数据库中得到PPI网络图(图3),共有272个节点、4464条边,平均节点度值为32.8,其中排名前10的靶点为TNF、AKT1、IL-6、IL-1β、TP53、VEGFA(血管内皮生长因子A)、MAPK3(人丝裂原活化蛋白激酶3)、EGFR(人表皮生长因子受体)、SRC(非受体酪氨酸激酶)、STAT3(信号转导及转录激活蛋白3)。

      图  3  苣荬菜活性成分和疾病交集靶点相互作用网络图

    • 将苣荬菜化学成分相关靶点和疾病的交集靶点输入DAVID数据库进行GO基因功能富集分析,得到GO富集条目1366个,其中涉及生物过程(BP)有关条目1002条,包括蛋白质磷酸化、炎症反应、胞浆钙离子浓度的正调节、药物反应等多种功能;涉及细胞组成(CC)有关条目119条,包括质膜、胞液、细胞质、高分子复合物、薄膜筏等;涉及分子功能(MF)相关条目245条,包括酶结合位点、蛋白激酶活性、同一蛋白质结合、RNA聚合酶II转录因子活性、配体活化序列特异性DNA结合、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶活性等多种功能。各类富集评分值排名前5的通路见图4

      图  4  苣荬菜化学成分GO基因功能富集分析

    • 将苣荬菜化学成分相关靶点和疾病的交集靶点输入DAVID数据库进行KEGG基因功能富集分析,得到富集通路166个,对其P值排名前15的通路进行可视化分析,绘制气泡图(见图5)。结果显示靶点主要富集于癌症通路、脂质与动脉粥样硬化、人巨细胞病毒感染、HIF-1信号通路、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染、鞘磷脂信号通路、化学致癌-活性氧、C型凝集素受体信号通路、趋化因子信号通路、类固醇激素生物合成、催乳素信号通路等多条通路上。

      图  5  苣荬菜化学成分KEGG基因富集分析

    • 《黄帝内经·热论》曰:“今夫热病者,皆伤寒之类也”。脓毒血症发病病因是外感或内伤温热毒邪,传于脏腑,属于热病、温病的范畴。在治疗上应该以清热解毒,凉血化瘀为主。脓毒血症在发病过程中炎症因子或内毒素会随血液循环到达各脏器,引起多器官的衰竭及凝血功能障碍,严重时会危及生命。临床病理特征主要表现为TNF、IL-6、IL-1β、COX-2和iNOS等促炎因子的增加。

      本研究在文献数据挖掘的基础上基于网络药理学对苣荬菜中化学成分的相关靶点及脓毒血症相关靶点进行预测,并进行一系列的计算分析。结果发现苣荬菜化学成分有71个,相关靶点579个,疾病靶点3437个,交集靶点272个。其中主要的化学成分是亚油酸、亚麻酸、二氢炔诺酸、油酸等,其主要作用靶点为TNF、AKT1、IL-6、IL-1β等。

      亚油酸可以与一氧化氮和亚硝酸盐衍生物反应生成亲电脂肪酸硝基烯烃衍生物,具有抗炎特性。实验研究发现小鼠全身给药亚油酸硝基化物后降低中性粒细胞和单核细胞对脂多糖的动员反应,减弱5-羟基二十碳烯酸的形成抑制肺损伤[24]。并且亚油酸作为ω-3型的不饱和脂肪酸可以通过下调COX-2、一氧化氮合酶(NOS)和TNF-α的表达来缓解血管内皮紊乱[25]。龙碧莹[26]研究了油酸对脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞的炎症作用,利用EDU细胞增殖等实验研究发现,油酸可以通过调控NF-κB通路抑制炎症因子的表达。

      TNF是肿瘤坏死因子家族中一种可以引起细胞死亡或细胞凋亡的细胞因子。在脓毒血症实验中主要研究由巨噬细胞产生的TNF-α。IL-6是一种炎症介质,与细胞膜上的IL-6R和糖蛋白gp130结合激活信号通路。IL-1β是IL-1家族的重要成员,可以上调黏附分子,促进淋巴细胞的聚集,激活免疫细胞,产生强促炎活性。当TNF-α与TNFR1受体结合时会产生促炎作用,与IL-6等炎症因子协同导致炎症反应;同时,TNF-α也会协同IL-1等因子产生炎症风暴,导致组织损伤或心肌阻滞等[27]

      脓毒血症中宿主的防御反应主要体现在炎症[28],表现为炎症细胞会分泌细胞因子和免疫趋化因子作用于癌症信号通路,影响肿瘤微环境。NF-κB通路在癌症信号通路中起着重要作用。NF-κB是炎症相关基因的重要转录调节因子,该通路激活后会增加IL-6和TNF-α等细胞因子的分泌,产生病理性损伤[29]。药物可以通过调控NF-κB,减轻脓毒血症大鼠中炎症因子的表达,从而减轻炎症反应[30]

      另外,在炎症条件下,活性氧、肝素酶和其他蛋白酶会破坏血管内皮细胞中的糖萼结构,使其产生脱落,进而使E-选择素、细胞间黏附分子1和其他黏附分子暴露在血管内皮中,同时召集血小板和中性粒细胞,形成血栓和纤维蛋白[31]。杨汉东等[32]研究证明TNF-α可通过调控丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶来促进血管内皮VEGFA的增生,转录过程与脂质和动脉粥样硬化通路相关。

      综上,本研究在收集苣荬菜化学成分的基础上,运用网络药理学的方法预测其抗脓毒血症的靶点及作用机制,发现亚油酸、亚麻酸、二氢炔诺酸、油酸和14-甲基十五烷酸甲酯等抗脓毒血症的活性成分通过作用于TNF、AKT1、IL-6、IL-1β、TP53等潜在关键靶点以及癌症和脂质与动脉粥样硬化等重要的相关通路发挥其抗炎作用,为进一步开展苣荬菜抗脓毒血症的临床应用提供依据。

      本研究依然存在很多不足之处,如苣荬菜化学成分相关报道较少,化学成分相关靶点预测精确度存在局限等,不能完整地反映苣荬菜抗脓毒血症的整体情况,需要进一步的实验验证。

参考文献 (32)

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