基于网络药理学的虎杖治疗结直肠癌作用机制研究

2019-04-15 - 通讯作者：阮善明，E-mail：shanmingruan@zcmu.edu.cn

严卿莹1，叶晔 2，冯冠1，郭凯波1，阮善明3，沈敏鹤 3

1.浙江中医药大学第一临床医学院，浙江杭州 310053；2.杭州职业技术学院，浙江杭州 310018；

3.浙江中医药大学附属第一医院，浙江杭州 310000

摘要：目的基于网络药理学方法分析虎杖治疗结直肠癌的药理机制，为新药研发提供参考。方法通过TTD、Dis 数据库提取结直肠癌的主要靶点，从 TCMSP 数据库中提取虎杖的主要化学成分，以口服生物利用

度（OB）≥30、药物半衰期（HL）≥4 h、类药性（DL）≥0.18 筛选活性成分，通过 HIT、ChemMapper、STITCH数据库提取活性成分主要靶点，采用 Cytoscape3.2.1 软件构建成分-靶点网络，并分析主要通路。结果经筛选，共获得9种主要活性成分，作用于56个靶点，其中核心靶点有 ESR1、KRAS、TYMS、AKT1、PPARD、PTGS1、

FNTB、PTGS2、PPARG、ALDH2、PDE5A 等，主要作用于调控生长因子及其受体信号通路、白细胞介素介导的信号通路、细胞凋亡及生物氧化等多种信号通路。结论本研究初步揭示了虎杖治疗结直肠癌的多成分、多靶点、多通路的作用机制，可为虎杖开发利用提供参考。关键词：网络药理学；虎杖；结直肠癌；活性成分

中图分类号：R285；R273.53 文献标识码：A 文章编号：1005-5304(2019)04-0096-05

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2019.04.020 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Mechanism of Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix in Treatment of Colorectal Cancer Based on Network Pharmacology

YAN Qingying1, YE Ye2, FENG Guan1, GUO Kaibo1, RUAN Shanming3, SHEN Minhe3

1. The First Clinical Medical College of Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053, China;

2. Hangzhou Vocational Technical College, Hangzhou 310018, China;

3. The First Affiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310000, China Abstract: Objective To explore the pharmacological mechanism of Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix in the treatment of colorectal cancer based on network pharmacology; To provide references for research and development of new drug. Methods The main target of colorectal cancer was extracted by TTD and Dis database, and the main chemical components of Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix were extracted from TCMSP database. The active components were selected by oral bioavailability (OB) ≥ 30, drug half-life (HL) ≥ 4 h, drug like ness (DL) ≥ 0.18, and the main targets of the active components were extracted by HIT, ChemMapper, and STITCH databases. A component-target network was constructed by using Cytoscape 3.2.1 software and the main pathways were analyzed. Results After screened, totally nine major active components were obtained, which contained 56 targets. The key targets were ESR1, KRAS, TYMS, AKT1, PPARD, PTGS1, FNTB, PTGS2, PPARG, ALDH2 and PDE5A, which mainly affected in various signaling pathways such as the growth factors and receptors, interleukin-mediated, apoptosis and biological oxidation pathways. Conclusion This study explores the multi-component, multi-target and multi-pathway of Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix in treating colorectal cancer based on network pharmacology, which can provide references for development utilization of Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix.

Keywords: network pharmacology; Polygoni Cuspidati Rhizoma et Radix; colorectal cancer; active components结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，随着饮食结构及生活习惯的改变，我国结直肠癌发病率呈上升趋势，在恶性肿瘤中发病率和病死率均分别居第 4位和第5 位[1]。

虎杖为蓼科植物虎杖 Polygonum cuspidatum Sieb. Et Zucc.的干燥根茎，性微寒，味微苦，有利湿退黄、清热解毒、散瘀止痛功效，其化学成分主要有蒽醌类、二苯乙烯类、黄酮类等。虎杖具有抗炎、抗病毒、抗菌、调血脂、抗血栓、改变血流变、扩张血

管、抗氧化、抗肿瘤等作用[2]。研究表明，虎杖及其主要化学成分白藜芦醇在结直肠癌的治疗中发挥重

要作用[3]。复方研究中，白藜芦醇含量高的虎杖发挥

着主导作用[4]。柏连松临床治疗结直肠癌以虎杖作为

常用药，疗效显著[5]。虎杖成分较多，抗结直肠癌的主要机制尚未明确。本研究主要筛选结直肠癌的潜在治疗靶点，通过网络药理学方法对虎杖的主要活性成分进行筛选，分析活性成分的作用靶点及生物通路，从而阐明虎杖治疗结直肠癌可能的作用机制。

1 资料与方法

1.1 结直肠癌靶点预测

以“colorectal cancer”为关键词，挖掘 TTD 数据库（https://db.idrblab.org/ttd/）及 Dis 数据库（http:// www.disgenet.org/web/DisGeNET/menu/home）中治疗结直肠癌的潜在靶点。在Dis数据库中，得分越高，

表明该靶点与疾病的相关性越高。设定得分＞0.01的目标靶点为结直肠癌的潜在靶点。删除2个数据库间的重复靶点。为标准化靶点基因信息，将不同 ID 类型转换为 Swiss-Prot 号。

1.2 化学成分收集与活性成分筛选

在 TCMSP 数据库（http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp. php）查找虎杖相关的分子信息及相应的生物学测试，在此基础上以口服生物利用度（oral bioavailability，

OB）≥30%、药物半衰期（half-life，HL）≥4 h、类药性（drug likeness，DL）≥0.18 作为活性成分筛选条件。

1.3 目标靶点收集

已验证的靶点从HIT 数据库（http://lifecenter.sgst. cn/hit/）中提取，根据Pubchem 数据库（https://pubchem. ncbi.nlm.nih.gov）中各活性成分的分子结构图，从ChemMapper（http://lilab.ecust.edu.cn/chemmapper/）、STITCH 数据库（http://stitch.embl.de/）中获得潜在的预测靶点。ChemMapper 在线工具基于 3D 相似性预测靶点，本研究设定各活性成分的靶点预测参数为分子的3D相似性＞0.85，且均来源于DrugBank数据库。

1.4 网络构建与分析

使用 Cytoscape3.2.1 软件构建成分-靶点网络。使用插件 CentiScape 分析网络以计算拓扑参数，包括自由度、介数。自由度越大，参与的生物功能越多，生物学重要性越强；介数越大，表明节点在网络中越重要。

1.5通路分析

通过 Cytoscape 插件，Reactome FI软件进一步分析虎杖治疗结直肠癌预测靶点的相关通路。将相关靶点导入 Reactome FI，设定 P≤0.01，错误发现率（false discovery rate，FDR）≤0.01 进行通路分析。

2 结果

2.1 结直肠癌相关靶点基因

从 TTD数据库共获得31个靶点基因，从 Dis 数据库中获得 2753 个潜在靶点基因（其中得分＞0.01的有 124 个靶点），删除重复基因，共获得 150 个可能与结直肠癌相关的靶点基因。

2.2 虎杖化学成分及目标靶点

从 TCMSP 数据库中提取虎杖化学成分 63 种，经筛选，获得 9 种主要活性成分：木犀草素、槲皮

素、β-谷甾醇、大黄素甲醚苷、大黄酸、Torachrysone8-O-beta-D-(6'-oxayl)-glucoside、6,8-Dihydroxy-7methoxyxanthone、囊毒碱及鸭脚树叶碱，见表1。

2.4活性成分-靶点网络分析及主要活性成分

构建 9 种活性成分成分-靶点网络，该网络由 65个节点构成，包括 9 个成分节点和 56 个目标靶点，见图1。

网络分析表明，β-谷甾醇自由度为 36，介数为0.435 28，预测为虎杖治疗肿瘤中发挥的主要成分，其次为木犀草素（自由度为31、介数为 0.435 28）、大黄酸（自由度为22、介数为 0.108 20），见表 3。

ESR1 为 9 种活性成分共有的目标靶点，因此我们认为 ESR1 是虎杖治疗结直肠癌的最主要靶点，

KRAS、TYMS、AKT1、PPARD、PTGS1、FNTB、

PTGS2、PPARG、ALDH2、PDE5A 亦为相对重要靶点，见表4。

2.5 基因功能及通路分析

应用 Reactome FI对虎杖治疗结直肠癌相关靶点进行信号通路分析，根据设定，共富集到 38 条信号通路。相关靶点主要富集于免疫系统中的细胞因子信号、通用转录途径、白细胞介素介导的信号通路、

PI3K/AKT 信号通路、B 细胞受体介导的信号通路、EGFR 信号通路、ERBB 信号通路、TP53 信号通路，同时与细胞凋亡、生物氧化、调节胰岛素样生长因

子、P21的转录激活等密切相关，见表5。

3 讨论结直肠癌属中医学“癥瘕”“肠蕈”“积聚”等范畴，起病较为隐匿。目前化疗仍为大部分转移性结直肠癌的首选，尽管靶向药物在一定程度上提高了客观缓解率和总生存率，但多药耐药及不良反应影响了疗效及患者生存质量。因此，中医药干预结直肠癌相关研究越来越受到重视。

本研究通过网络药理学方法初步筛选出虎杖治疗结直肠癌的活性成分为β-谷甾醇、木犀草素和大黄酸。β-谷甾醇是存在于植物和蔬菜中的主要生物活性成分，可清除活性氧诱导结直肠癌细胞凋亡，发挥抗

氧化性，从而抑制结直肠癌的发生发展[6]。木犀草素是一种天然黄酮类化合物，可抑制CREB1的转录，从而

阻断上皮间质转化，发挥抗结直肠癌的作用[7]。大黄酸作为虎杖的重要成分，能逆转卵巢癌中阿霉素多药耐

药[8]，还可减轻恶病质[9]。因此，虎杖治疗结直肠癌主要通过β-谷甾醇、木犀草素和大黄酸发挥作用。

ESR1 是结直肠癌发生、进展和转移中最重要的

调节基因[10]，同时 KRAS、TP53 等可能在结直肠癌

诊断中起关键作用[11]。KRAS 突变、p53 缺失可能是

结肠癌转移的潜在生物标志物[12]。本研究结果表明，虎杖治疗结直肠癌的靶点主要集中在ERS1，而KRAS亦为重要靶点之一，尽管目前 EGFR 抗体对 RAS 野生型结直肠癌显示出较好的疗效，但不能使KRAS 突

变型患者获益[13]，故以虎杖为主药的中药制剂及复方可能在一定程度上提高KRAS突变患者的疗效。

虎杖主要成分大黄酸可通过 MAPK、PI3K/AKT、ERK等多条信号通路发挥抑制肿瘤细胞活化、增殖、

侵袭和迁移的作用[14]。本研究结果显示，虎杖治疗结直肠癌的相关靶点主要富集于调控生长因子及其受体，包括 EGFR 信号通路、ERBB 信号通路、PI3K/AKT

信号通路、TP53 信号通路。通过对活性成分的靶点预测，筛选出虎杖治疗结直肠癌的主要靶点还有

TYMS、AKT1、PPARD、PTGS1、FNTB、PTGS2、

PPARG、ALDH2、PDE5A 等基因，表明虎杖可通过多靶点、多通路发挥治疗结直肠癌的作用。

本研究初步探讨了虎杖治疗结直肠癌的药理机制，但虎杖活性成分较多，在肿瘤治疗中发挥重要作用的许多成分如白藜芦醇因OB、HL 及 DL未达到要求，未进一步分析。因此，本研究结果仍需要进一步实验验证。

参考文献：

[1] CHEN W, ZHENG R, BAADE P D, et al. Cancer statistics in China,

2015[J]. CA：A Cancer Journal for Clinicians,2016,66(2)：115132.

[2] 时圣明,潘明佳,王文倩,等.虎杖的化学成分及药理作用研究进

展[J].药物评价研究,2016,39(2)：313-317.

[3] 何蕾,倪敏,樊志敏.虎杖提取物白藜芦醇抗肿瘤机制的研究进展[J].

中医药导报,2017,23(8)：40-43.

[4] 阮善明,缪昊均,严卿莹,等.解毒三根汤调节肿瘤相关成纤维细胞

Sirt1-NF-κB 途径抗结肠癌侵袭转移[J].中华中医药杂志,2015,

30(9)：3082-3086.

[5] 王昱,柏连松.柏连松教授临床用药经验举隅[J].中医药导报,2017,

23(16)：41-45.

[6] BASKAR A A, IGNACIMUTHU S, PAULRAJ G M, et al. Chemopreventive potential of beta-sitosterol in experimental colon cancer model-an in vitro and in vivo study[J]. BMC Complement Altern

Med,2010,10(1)：24.

[7] LIU Y, LANG T, JIN B, et al. Luteolin inhibits colorectal cancer cell epithelial-to-mesenchymal transition by suppressing CREB1 expression revealed by comparative proteomics study[J]. J

Proteomics,2017,161：1-10.

[8] HAN N N, LI X, TAO L, et al. Doxorubicin and rhein loaded nanomicelles attenuates multidrug resistance in human ovarian cancer[J]. Biochem Biophys Res Commun,2018,498(1)：178-185.

[9] HU L, CUI R, LIU H, et al. Emodin and rhein decrease levels of hypoxia-inducible factor-1α in human pancreatic cancer cells and attenuate cancer cachexia in athymic mice carrying these cells[J]. Oncotarget,2017,8(50)：88008-88020.

[10] ASGHARI M, ABAZARI M F, BOKHARAEI H, et al. Key genes and regulatory networks involved in the initiation, progression and invasion of colorectal cancer[J]. Future Sci OA,2018,4(3) ：

FSO278.

[11] 郑燕芳,李纪强,姜茂竹,等.结直肠癌诊断相关基因的文献计量学与

生物信息学分析[J].中国老年学杂志,2015,35(4)：968-970.

[12] HUANG D, SUN W, ZHOU Y, et al. Mutations of key driver genes in colorectal cancer progression and metastasis[J]. Cancer Metastasis Rev,2018,37(1)：173-187.

[13] OKI E, ANDO K, NAKANISHI R, et al. Recent advances in treatment for colorectal liver metastasis[J]. Ann Gastroenterol Surg,2018,

2(3)：167-175.

[14] WU C, CAO H, ZHOU H, et al. Research progress on the antitumor effects of rhein：literature review[J]. Anticancer Agents Med

Chem,2017,17(12)：1624-1632.

（收稿日期：2018-07-28）

（修回日期：2018-08-16；编辑：向宇雁）