IPA案例十七:IPA在中药领域应用二例

2018-11-13 15:32:44 来源:源资信息科技(上海)有限公司

新闻摘要:

中药成分复杂,有效的成分和生物靶点之间存在及其复杂的网络关系。本案例列举两篇利用网络生物学模型来分析中药成分-靶点-机制的文献,为中药研究提供药效机制的新思路。

摘要:中药成分复杂,有效的成分和生物靶点之间存在及其复杂的网络关系。本案例列举两篇利用网络生物学模型来分析中药成分-靶点-机制的文献,为中药研究提供药效机制的新思路。

 

示例一:基于生物信息学方法探析补肺益肾方的分子网络及生物功能

 

摘要:本文将网络生物学的思想应用于中药复方药理学的研究中,以慢性阻性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)为例,使用IPA,对分子网络,生物功能及相关生物学通路进行挖掘和解析,为中药复方药理机制研究提供新的思路。

 

方法:

1、获得中药复方及其靶蛋白

利用在线中药数据库TCM Database@Taiwan、TCMID、HIT及《中药大辞典》(第二版) 查找由人参、黄芪、山茱萸、枸杞子,五味子等组成的补肺益肾方中每味中药的化学成份。并将这些化学成分在Pubchem中查找,获得其靶蛋白。

 

2、构建补肺益肾方的分子网络

将获得的靶蛋白导入IPA中,进行Network analysis分析,构建补肺益肾方的靶蛋白的分子网络,并展示网络的生物学功能。

 

3、挖掘补肺益肾方生物学功能及生物通路

对上述靶蛋白进行生物学功能及经典通路分析,获得补肺益肾方的靶蛋白参与的生物学功能及经典通路。

 

结果:

1、获得补肺益肾方的化合物及靶蛋白

 

表一. 补肺益肾方组方中药化合物及对应的靶蛋白数量,经过并集,获得靶蛋白239个。

 

2、分子网络构建

 

表二. IPA根据上述239个分子,进行Network analysis分析,构建了9个分子网络,本文展示前三个靶蛋白参与度最高的网络,其参与的功能为Cellular Development、Energy Production 和Cancer。在下图中,展示了这三个网络。

 

3、靶蛋白参与的生物功能及通路

示例二:基于活性筛选和靶标网络预测的蒲黄和赤芍选择性抑制血小板聚集作用

 

摘要:本案例以研究抗血小板活性的药物如:丹参、川芎、赤芍等24 种常见活血化瘀中药的醇提物为对象,以ADP,凝血酶作为激动剂评价药物的醇提取物抗血小板活性的作用。之后利用IPA 建立起血小板活化网络模型并预测选择性抗血小板中药的作用靶点,并加以实验验证,为选择性抗血小板中药新药开发及其药效机制研究提供新思路。

 

方法:

1、将24种药物的醇提取物与血小板富裕,检测ADP 诱导及凝血酶诱导血小板活性抑制率。

2、IPA 预测蒲黄、赤芍作用靶点:从TCMID,TCMDatabase@ Taiwan数据库整理出蒲黄和赤芍中单体信息并结合Pubchem 数据库,附上对应的Pubchem CID 上传至IPA 工作界面。将IPA 所识别的单体添加到血小板活化通路中,将单体信息定义为A,通路靶点信息定义为B,利用IPA“Path Explore”功能分析二者作用关系。

3、实验验证。

 

结果:

1、24种药物中仅对ADP 诱导有强抑制活性的为苏木、蒲黄; 仅对凝血酶诱导有强抑制效果的为赤芍、大黄。实验检测出蒲黄、赤芍ADP 和凝血酶诱导的大鼠血小板聚集有选择性抑制作用(结果详见参考文献)。

 

2、通过IPA能够整理出蒲黄的化合物有109个,其中有18个与血小板活化通路有关,预测出抑制血小板聚集的靶点有13个;整理出赤芍的化合物有219个,其中有29个与血小板活化通路有关,预测出抑制血小板聚集的靶点有18个。通过化合物成分和与之对应预测靶点的作用频次统计,两者最有可能通过调节Ca2+ ,cAMP,NO 这3个第二信使水平抑制血小板聚集。

 

3、实验验证蒲黄、赤芍对血小板内钙、cAMP 水平、血小板内NO 水平影响,蒲黄明显抑制ADP 诱导的血小板内Ca2 + 的升高,赤芍显著提高凝血酶激活血小板所致NO 水平降低作用,蒲黄、赤芍对cAMP 水平均没有调节作用。

 

结论:

1、两篇文献均从网络药理学/网络生物学的角度使用IPA对中药成分及其药物靶点进行了功能/靶点的挖掘。

2、案例一围绕网络药理学,分析药物靶点所参与的生物学功能,IPA能够根据靶点列表,给出相应的网络预测和功能聚类。

3、案例二利用IPA研究中药成分及药物靶点在特定的生物学功能中的联系,寻找最有可能的机制分子。

4、由于中药成分复杂,其作用靶点的繁多,为中药研究带来了极大的挑战。通过IPA进行网络功能的挖掘,并且进行相应的实验验证,能够降低研究难度,增加研究准确性,加快中药有效成分作用机制的研究进程。

 

参考文献:

 

案例一:

李立, 冯素香, 白菁安,等. 基于生物信息学方法探析补肺益肾方的分子网络及生物功能[J]. 世界科学技术-中医药现代化, 2015, 17(4):773-778.

 

案例二:

王潇毅, 田晓轩, 张砚,等. 基于活性筛选和靶标网络预测的蒲黄和赤芍选择性抑制血小板聚集作用[J]. 中国实验方剂学杂志, 2017(1):120-126.



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