中藥黃芪抗腫瘤作用分子機(jī)制網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究

王 偉

(天津市靜海區(qū)醫(yī)院藥劑科，天津 301600)

黃芪是臨床上常用的一味中藥，主要生長(zhǎng)于我國(guó)北方地區(qū)如華北北部、東北等，黃芪的生物有效成分主要為黃芪甲苷，具有抗菌消炎、解毒等功效[1-2]，近年來(lái)相關(guān)研究還顯示黃芪同樣具有抑制腫瘤細(xì)胞分裂增殖的作用[3]。關(guān)于黃芪抗腫瘤分子機(jī)制及蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)并不是十分清楚[4]。因此，本研究采用生物信息學(xué)分析方法探討中藥黃芪抗腫瘤作用的藥理學(xué)基礎(chǔ)及其相互作用基因網(wǎng)絡(luò)，為黃芪的臨床應(yīng)用提供更為科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源：檢索策略ETCM[5]中對(duì)中藥黃芪進(jìn)行檢索，分析其主要化學(xué)成分、歸經(jīng)、治療適應(yīng)證。檢索詞為：黃芪；檢索限制條件為：中草藥。

1.2生物學(xué)功能及信號(hào)通路分析：David(https://david.ncifcrf.gov/)、KEGG(https://www.genome.jp/kegg/pathway.html)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)黃芪及抑制腫瘤相關(guān)基因進(jìn)行相關(guān)生物學(xué)功能富集，同時(shí)在STRING數(shù)據(jù)庫(kù)(http://string-db.org/cgi/input.pl)[6]中對(duì)進(jìn)行相關(guān)蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，構(gòu)建條件為置信度不低于0.4。

1.3蛋白網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵基因表達(dá)與主要腫瘤預(yù)后關(guān)系：根據(jù)黃芪相關(guān)基因蛋白網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因mRNA表達(dá)水平將腫瘤患者分為高、低表達(dá)組，Cox回歸模型log-rank檢驗(yàn)比較高低表達(dá)組腫瘤患者總生存期有無(wú)差異，并計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)比(Hazard ratio，HR)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：黃芪相關(guān)基因、蛋白網(wǎng)絡(luò)等采用在線軟件分析，關(guān)鍵基因篩選采用cytocscape進(jìn)行，并計(jì)算整個(gè)蛋白網(wǎng)絡(luò)中的前3個(gè)關(guān)鍵基因，生存數(shù)據(jù)采用風(fēng)險(xiǎn)比例模型，并進(jìn)行l(wèi)og-rank檢驗(yàn)，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)比HR，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1黃芪相關(guān)抗腫瘤關(guān)鍵基因及相互作用蛋白網(wǎng)絡(luò)(PPI)：ETCM數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，黃芪對(duì)多種實(shí)體科學(xué)腫瘤有抑制作用。PPI中存在21個(gè)蛋白節(jié)點(diǎn)，184個(gè)作用關(guān)系， Cluster為0.92，富集顯著 (P<0.05)。見圖1。網(wǎng)絡(luò)中核心基因包括POLR2A，POLR2D及POLR2G。

圖1 黃芪生物學(xué)功能相關(guān)基因蛋白網(wǎng)絡(luò)

2.2黃芪相關(guān)基因生物學(xué)功能及信號(hào)通路富集：黃芪相關(guān)基因生物學(xué)過(guò)程(BP)：主要富集于谷氨酰胺代謝；細(xì)胞成分(CC)與谷氨酸代謝復(fù)合體、分子功能與氨基酸代謝有關(guān)。見圖2；KEGG通路主要與代謝條件及TP53通路有關(guān)。見圖3。

圖2 GO對(duì)黃芪相關(guān)基因功能富集

圖3 KEGG對(duì)黃芪相關(guān)基因信號(hào)通路進(jìn)行富集

2.3黃芪關(guān)鍵基因表達(dá)水平與主要腫瘤生存期：黃芪抑制關(guān)鍵基因與宮頸癌、非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌和胃癌生存曲線見圖4。

圖4 黃芪抗腫瘤信號(hào)通路中關(guān)鍵基因與常見腫瘤預(yù)后關(guān)系生存曲線

3 討論

黃芪具有排水、愈合傷口、化膿、升中、解除障礙、排毒等藥理功能[7-9]，主要生長(zhǎng)于我國(guó)山西、黑龍江等地區(qū)[10-11]，相關(guān)醫(yī)學(xué)古籍認(rèn)為黃芪為“補(bǔ)藥之長(zhǎng)”，迄今為止，在黃芪中已鑒定出200多種化合物包括皂甙、多糖、類黃酮等。黃芪化學(xué)成分的多樣性是其廣泛藥理作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。文獻(xiàn)報(bào)道黃芪具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用，在細(xì)胞模型中，黃芪甲苷可抑制宮頸癌的侵襲，通過(guò)調(diào)節(jié)宮頸癌細(xì)胞表面的各種蛋白質(zhì)誘導(dǎo)自噬。此外，一項(xiàng)關(guān)于骨髓瘤的研究表明黃芪皂甙具有時(shí)間和濃度依賴性的抗細(xì)胞存活和增殖作用[12]，另有研究表明黃芪多糖抑制卵巢癌的增殖和轉(zhuǎn)移[13]。然而，關(guān)于黃芪對(duì)腫瘤細(xì)胞或細(xì)胞因子的影響及其可能分子機(jī)制的研究鮮有報(bào)道。黃芪的抗腫瘤機(jī)制包括：①提高機(jī)體免疫力，細(xì)胞免疫監(jiān)視功能減低有關(guān)[14]，黃芪可活化T細(xì)胞核NK細(xì)胞，從而達(dá)到抗腫瘤的效果[15]。②誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，黃芪有效成分與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)，能夠明顯促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，抑制增殖[16-17]。

在本研究中采用生物信息學(xué)方法探討了中藥黃芪抗腫瘤作用的藥理學(xué)基礎(chǔ)及其相互作用基因網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果提示黃芪可能通過(guò)對(duì)多個(gè)基因進(jìn)行調(diào)控從而達(dá)到抗腫瘤作用。本研究結(jié)論主要依據(jù)生物信息分析結(jié)果，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行體內(nèi)外細(xì)胞試驗(yàn)，從分子層面證實(shí)黃芪的抗腫瘤功效。