基于網(wǎng)絡(luò)藥理學和分子對接探討黃精治療非小細胞肺癌的物質(zhì)基礎(chǔ)與分子機制

楊嘉妮 朱星枚 袁盼盼 郭凱麗 薛 妙 劉繼平 王 川 王 斌

1.陜西中醫(yī)藥大學陜西省中醫(yī)藥管理局中藥藥效機制與物質(zhì)基礎(chǔ)重點研究室，陜西咸陽 712046；2.陜西省中藥基礎(chǔ)與新藥研究重點實驗室，陜西咸陽 712046

非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）約占肺癌的85%[1]。化療及靶向治療有效，但易復發(fā)、易耐藥[2-3]。黃精可治療食管癌、胃癌、直腸癌、肺癌等惡性腫瘤[4-5]，協(xié)同化療或靶向藥物治療NSCLC 時，能顯著改善患者生活質(zhì)量、臨床療效和卡諾夫斯凱計分評分，并減輕毒性，延緩耐藥[6]，黃精抗NSCLC 作用的物質(zhì)基礎(chǔ)及分子機制需進一步討論。黃精成分多樣，對應(yīng)靶點豐富，具有不確定性，僅依靠傳統(tǒng)實驗方法很難確定其藥效成分及作用機制[7]。網(wǎng)絡(luò)藥理學通過構(gòu)建生物系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，選取特定信號節(jié)點進行多靶點藥物分子設(shè)計與分析，可解釋藥物多組分的協(xié)同作用[8-9]。本研究擬通過網(wǎng)絡(luò)藥理學方法探究黃精治療NSCLC的有效成分及分子機制，并通過分子對接技術(shù)及體外實驗初步驗證。

1 材料與方法

1.1 儀器與藥品

人NSCLC 細胞系A(chǔ)549 購自武漢普諾賽。3’-甲氧基大豆苷元（B31005）、黃芩素（C07M10Y87479）、甘草素（C15H1204）購自上海源葉；順鉑（C19PA3741B）購自北京普西唐；CCK-8（EG20201111）購自南京恩晶；Annexin V-FITC/PI（556547）購自BD Pharmingen。全波長酶標儀（TY2021000834）購自美國伯騰；流式細胞儀（Epics XL-MCL）購自BECKMAN COULTER。

1.2 黃精活性成分與疾病靶點收集

檢索中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫與分析平臺（traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform，TCMSP）獲得黃精活性成分及對應(yīng)靶點，口服利用度≥30%，類藥性≥0.18。檢索人類基因注釋、人類孟德爾遺傳和治療靶標數(shù)據(jù)庫收集NSCLC靶點。Version 2.1.0 繪制黃精與NSCLC 交集靶點。

1.3 基因本體（gene ontology，GO）和京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）富集分析

將交集靶點輸入DAVID 數(shù)據(jù)庫進行GO 和KEGG 富集分析，富集結(jié)果通過柱狀圖和氣泡圖呈現(xiàn)。

1.4 分子對接驗證

使用Cytoscape3.6.1 構(gòu)建“成分-靶點-通路”網(wǎng)絡(luò)圖，Network Analyzer 插件篩選黃精抗NSCLC 核心成分（degree≥5）與核心蛋白，利用AutoDock 4.2 進行分子對接，借助Pymol 實現(xiàn)可視化。

1.5 CCK-8 檢測藥物抗A549 細胞增殖能力

給予A549 細胞不同濃度的黃精黃酮類核心成分[3'-甲氧基大豆苷元（0、2.22、8.88、3.55×101、1.42×102、5.68×102μg/ml）、黃芩素（0、2.03、4.05、8.10、1.62×101、3.24×101μg/ml）、甘草素（0、6.4、1.28×101、2.56×101、1.024×102、2.048×102μg/ml）][10-12]處理48 h，每孔加入10 μl 的CCK8 溶液，37℃，5%CO2恒溫培養(yǎng)3.5 h，讀取450 nm 吸光值（OD），細胞生存率=[（OD實驗-OD空白）/（OD對照-OD空白）]×100%。每組藥設(shè)置5 個復孔，每種藥IC50重復測定5 次。

1.6 流式細胞術(shù)檢測藥物誘導細胞凋亡能力

給予A549 細胞不同濃度黃精黃酮類核心成分（8.1×101、1.62×102、3.24×102、6.48×102μg/ml）[13]處理48 h，消化、離心后加5 μl Annexin V-FITC 和PI，混勻，避光反應(yīng)15 min，流式細胞儀檢測細胞凋亡率。每組實驗重復3 次。

1.7 統(tǒng)計學方法

采用GraphPad Prism 7.0 進行數(shù)據(jù)分析，計量資料用均數(shù)±標準差（±s）表示，兩組間比較采用t 檢驗，多組間比較采用單因素方差分析。以P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 黃精活性成分及疾病靶點

TCMSP 數(shù)據(jù)庫獲12 個黃精活性成分和85 個相應(yīng)靶點，與1693 個NSCLC 靶點交集得到43 個共有靶點，見圖1。靶點映射得8 個有效成分，即3’-甲氧基大豆苷元、黃芩素、甘草素、5，4’-二羥基黃酮、（2R）-7-羥基-2-（4-羥基苯基）-4-黃酮、谷甾醇、β-谷甾醇和薯蕷皂苷。

2.2 GO 和KEGG 富集分析

GO 富集分析顯示，生物過程以RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉(zhuǎn)錄的正向調(diào)控、炎癥反應(yīng)、胚胎植入為主；細胞組成以細胞核、細胞溶質(zhì)、線粒體為主；分子功能主要富集到序列特異性DNA 結(jié)合、類固醇激素受體作用、血紅素結(jié)合等功能上。繪制排名前5 的GO 富集分析結(jié)果見圖2；排名前20 的KEGG 通路見圖3，涉及癌癥、細胞凋亡、低氧誘導因子-1、腫瘤壞死因子信號通路等通路。

2.3 分子對接驗證

黃精抗NSCLC 核心成分主要是黃酮類成分：黃芩素（degree=34）、3’-三甲氧基大豆苷元（degree=17）、甘草素（degree=10）和5，4’-二羥基黃酮（degree=6）。對應(yīng)7 個關(guān)鍵靶點：二羥基黃酮與TP53、AKT 激酶、V-Rel 網(wǎng)狀內(nèi)皮增生病毒癌基因同源物A、B 細胞淋巴瘤/白血病-2 基因、細胞凋亡相關(guān)半胱氨酸肽酶-3、雄激素受體和低氧誘導因子1A。分子對接展示對接結(jié)合能最低者（圖4），對接結(jié)合能均＜-7.5 kcal/mol（表1），說明配體與受體結(jié)合穩(wěn)健。

表1 黃精中黃酮類化合物與主要靶點對接參數(shù)及相應(yīng)計算結(jié)果

2.4 不同黃酮類物質(zhì)對A549 細胞的IC50

不同濃度3’-甲氧基大豆苷元、黃芩素、甘草素處理A549 細胞48 h，3’-三甲氧基大豆苷元、黃芩素、甘草素IC50分別是6.88×10、7.99 和4.34×10 μg/ml。表明黃精黃酮（5，4’-二羥基黃酮因溶解性差，未進行生物學驗證）對A549 細胞有較強的抗增殖能力。

2.5 流式細胞術(shù)測定黃芩素誘導A549 凋亡作用

黃精中黃芩素抗NSCLC 作用明顯，故流式細胞術(shù)選擇研究黃芩素誘導A549 細胞凋亡作用，見圖5。高劑量黃芩素（8.1×10、1.62×102、3.24×102、6.48×102μg/ml）作用A549 細胞48 h 后，給藥組（圖5b～5e）凋亡率高于陽性對照組（順鉑）（圖5f），差異有統(tǒng)計學意義（P ＜0.05）。

3 討論

黃精為我國著名藥食兩用藥材，具有抗腫瘤、抗衰老、調(diào)節(jié)免疫等多種藥理作用[14-16]。本文篩選出黃精抗NSCLC 潛在活性成分與張嬌等[17]綜述的黃精中黃酮化合物的化學結(jié)構(gòu)一致，該類成分被證實具有抗腫瘤增殖、誘導細胞凋亡、抑制腫瘤遷移的能力[18-20]。TP53 是重要的抑癌基因[21]，AKT 過度活化促進NSCLC的侵襲和轉(zhuǎn)移，與患者預(yù)后不良密切相關(guān)[22-24]。分子對接顯示黃芩素、3’-三甲氧基大豆苷元、甘草素、5，4’-二羥基黃酮均與TP53、AKT 具有較好的結(jié)合能力，黃精具備多點靶向TP53、AKT 的潛力。B 細胞淋巴瘤/白血病-2 基因、細胞凋亡相關(guān)半胱氨酸肽酶-3 則是腫瘤中的凋亡因子[25-27]，黃精中黃酮組分可以通過活化B細胞淋巴瘤/白血病-2 基因、細胞凋亡相關(guān)半胱氨酸肽酶-3，誘導NSCLC 細胞凋亡，與化療藥物發(fā)揮協(xié)同作用。本文以細胞毒性最強的黃芩素為例，通過流式細胞實驗證實了高劑量黃芩素可以誘導A549 凋亡，與網(wǎng)絡(luò)藥理學的預(yù)測一致，進一步證實了網(wǎng)絡(luò)藥理學的可靠性。實驗中亦嘗試應(yīng)用低劑量黃芩素作用A549，其誘導凋亡作用不明顯。

總之，本文首次通過網(wǎng)絡(luò)藥理學揭示了黃精抗NSCLC 的物質(zhì)基礎(chǔ)及可能作用靶點。提出黃精中4 個黃酮類物質(zhì)可以與NSCLC 相關(guān)的7 個靶點緊密結(jié)合發(fā)揮抗NSCLC 作用，具有潛在的抗NSCLC 增殖、誘導NSCLC 凋亡的藥理作用。亦為臨床合理應(yīng)用黃精協(xié)同化療藥物治療NSCLC 提供了新的思路。