温州医科大学陈马云团队强势出击，中医药纯生信模板翻新，网药搭载分子对接，你敢接招吗？- 大数跨境

温州医科大学陈马云团队强势出击，中医药纯生信模板翻新，网药搭载分子对接，你敢接招吗？

生信日报

2024-02-05

最近有小伙伴咨询小记着，网络药理学还能发文吗？当然能啦，不仅发文分数不低，而且在国自然申请项目中的数量也是越来越高！网络药理学既能够系统地分析出中药复方“多成分”的作用机制，也能独立呈现某种特定疾病相关的“活性成分-靶点-通路”，能有效地推动中药复方的深入研究。此外，国家也在大力弘扬中医药传统文化，支持中医药的快速发展。所以，中药网络药理学目前正是发文的好时机，小伙伴们还在等什么，快点上车吧！

今天小记者就为大家带来了一篇超容易复现的网络药理学文章。该文章的创新点是结合了网络药理学和生信对肺动脉高压进行分子机制研究，内容完整，研究思路明确。首先，采用网药分析三部曲（药物-疾病靶点交集、PPI网络、DO/GO/KEGG通路分析）引出研究内容，而且采用分子对接的方法评估和验证核心靶点与顶级中草药单体之间的相互作用。最后利用GEO PH微阵列数据对血府逐瘀汤（XFZY）相关靶点进行验证，充分展现了生物信息学作为工具所发挥的作用。宝子们抓紧时间学起来~ （ps：想了解更多生信分析思路，就来关注生信日报，这里有新鲜出炉的生信热点方向，还有一大波的可复现的创新思路哦~）

题目：结合网络药理学和生物信息学分析血府逐瘀汤治疗肺动脉高压的分子机制，验证分子对接
杂志：Computers in Biology and Medicine
影响因子：IF=7.7
发表时间：2023年12月
后台回复“999”获取原文，文献编号240205

研究背景

肺动脉高压(PH)是一种严重的心血管疾病，其特征是肺动脉血管重构和狭窄，导致肺动脉血压持续升高。血府逐瘀汤（XFZY）一种典型的中药方剂，具有活血化瘀的功效。该配方主要由柴胡、赤芍、地黄、川芎、当归、甘草、红花、桃仁、桔梗、枳实、牛膝等11种草药组成。目前，XFZY在PH的临床治疗中表现出显著的疗效，这为XFZY作为治疗PH的候选药物提供了依据。然而，XFZY治疗PH的确切机制尚不完全清楚，需要进一步分析。

数据来源

数据集/队列	数据库	数据类型	详细信息
GSE53408	GEO	微阵列数据	23例重度肺动脉高压患者样本
GSE113439	GEO	微阵列数据	26例肺动脉高压患者样本
活性化合物及其相互作用的蛋白质数据	TCMSP	活性化合物及其相互作用的蛋白质数据	活性化合物及其相互作用的蛋白质数据
活性化合物及其相互作用的蛋白质数据	ChEMBL	活性化合物及其相互作用的蛋白质数据	活性化合物及其相互作用的蛋白质数据
活性化合物及其相应的靶点数据	UniProt	活性化合物及其相应的靶点数据	活性化合物及其相应的靶点数据
三维晶体结构数据	RCSB	三维晶体结构数据	三维晶体结构数据
ZFZY - PH靶点在不同器官组织中的mRNA数据	BioGPS	mRNA数据	XFZY - PH靶点在不同器官组织中的mRNA数据

研究思路

首先，通过TCMSP、ChEMBL和UniProt数据库下载XFZY的主要活性化合物及其相应靶点数据。通过OMIM、GeneCards和TTD数据库筛选与PH相关的靶蛋白。在R软件的辅助下，通过疾病本体(DO)、基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析对常见的“XFZY-PH”靶点进行评价。通过 Cytoscape软件和STRING构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和化合物-靶点-通路网络，采用分子对接的方法评估和验证核心靶点与顶级中草药单体之间的相互作用。最后，利用GEO PH微阵列数据对XFZY相关靶点进行验证。

主要结果

1. XFZY的候选靶点及其相应的活性化合物

作者从ChEMBL和TCMSP数据库中收集到的XFZY中11种中药成分，筛选出213种分子化合物，并确定268个共同靶点为XFZY活性化合物靶点和PH疾病靶点共有的基本靶点(图1A, 表1)。通过Cytoscape完成了“herbcompound- target”网络的构建，该网络由11种草药、213种化合物和268个靶点组成(图1B)。

图1 XFZY在PH中的活性化合物及靶点的筛选

表1 XFZY活性化合物靶点与PH疾病靶点的268个共同靶点

2. 共同目标PPI网络的分析与构建

为了研究XFZY治疗PH的机制，本研究利用STRING和Cytoscape构建了一个以268个共同靶点为基础的PPI网络(图2A)。在网络分析中，本研究基于拓扑分析的筛选标准确定了29个核心目标 (图2C)。前29个核心目标以柱状图的形式显示(图2D)。此外，Cytoscape中的MCODE插件进行了聚类分析，构建了高度连接的子网络，并将目标分为11类(图2B)。

图2 通过蛋白-蛋白相互作用(PPI)分析鉴定候选靶点

3. DO、GO和KEGG富集分析

作者使用R软件对268个“药物-疾病”靶点进行DO、GO和KEGG富集分析。DO分析在956个疾病类别中得到了富集，本研究通过创建柱状图和气泡图显示了前30个疾病类别。结果显示，排名较高的COPD和OLD等疾病可能诱发肺动脉高压的发生(图3A)。同时，本研究还进行了GO分析，共获得3295个GO项，其中2902个归属于生物过程(BP)，130个归属于细胞成分(CC)，263个归属于分子功能(MF)(图3B)。富集程度最高的BP项主要与对外源刺激、氧化应激、营养水平和活性氧(ROS)的响应有关。CC术语主要集中在膜筏、膜微域和质膜筏上。此外，高度富集的MF术语包括DNA结合转录因子结合、RNA聚合酶Ⅱ特异性DNA结合转录因子结合和核受体活性。KEGG通路富集分析共鉴定出193条信号通路。在前30个高度富集的KEGG通路中，流体剪切应力、IL-17信号通路、TNF信号通路和细胞凋亡相关的高富集通路与肺动脉高压的发生和进展密切相关(图3C)。

图3 DO、GO和KEGG富集分析结果

4. 化合物-靶标-途径分析及PH核心靶标的鉴定

使用Cytoscape构建化合物、靶点和通路网络，图4A显示了KEGG通路及其相应的靶点和化合物。表2列出了构建的网络中按程度排序的前20个目标。8个共同核心靶点采用维恩图进行选择，其揭示了“XFZY-PH”的PPI前29个靶点与上述前20个靶点之间的共享靶点(图4B)。进一步，本研究从上述网络中得到了前10位化合物，如表3所示。

图4 化合物-靶点-通路网络构建及核心靶点识别

表2 PH的化合物-靶标-通路网络中按程度排列的前20个靶标

表2 PH的化合物-靶标-通路网络中排名前10位的化合物

5. COPD和OLD相关PH的复合靶点通路分析及核心靶点鉴定

在临床实践中，慢性阻塞性肺病或老年痴呆症导致PH的发生率很高。DO分析显示XFZY-PH靶点在COPD和OLD疾病中均表现出高富集。因此，本研究选取DO分析中COPD和OLD共82个靶点构建PPI网络(图5A)。以≥2倍中位数度中心性(DC)为标准，选取前7个核心目标，如图5B所示。结合上述核心靶点，结合活性化合物及所有通路，构建化合物-靶点-通路网络，阐明XFZY与COPD、OLD相关PH的关系，表4为化合物-目标-通路网络中按程度排序的前20个靶点，表5为前10个靶点。利用维恩图，本研究通过前7个PPI目标与网络中前20个目标的重叠，确定了5个共同的核心目标(图5C)。

图5 通过网络药理学鉴定COPD和OLD的核心靶点

表4 COPD-PH化合物-靶点-通路网络中排名前20位的靶点，按程度排序

表5 COPD-PH的化合物-靶标-通路网络中排名前10位的化合物

6. 分子对接结果的验证和可视化

为了证实网络药理学分析的发现，本研究使用分子对接软件AutoDock Vina来研究筛选的分子化合物配体如何与核心靶蛋白相互作用。热图显示的结合能结果表明，当目标蛋白和化合物的结合能显著低于-7 kcal/mol时，其结合能力较强。PH中57对配体受体结合能和COPD-PH中20对配体受体结合能均低于-7kJ•mol-1(图6)。可以看出，ESR1、HSP90AA1、MAPK1、MAPK3、PRKACA和MAPK8与化合物的对接评分低于其他蛋白，表明这些蛋白可能是XFZY治疗PH的潜在结合靶点。而在与COPD和OLD相关的XFZY- PH靶点中，TNF和CXCL8的结合能高于其他靶蛋白。利用PyMOL可视化具有高自由结合能分数的化合物和靶点的相互作用和结合模式如图7所示。

图6 分子对接的验证与筛选

图7 PH核心靶点与活性化合物的对接模式

7. 利用GEO PH数据对XFZY相关目标进行验证

基于GEO数据库中的两个PH数据集进行差异分析，差异表达基因(DEGs)的火山图如图8A所示。随后，作者分析了药物靶点与两个数据集之间的共同核心靶点，从而鉴定出13个枢纽基因(图8B)。其中HSP90AA1和CXCL8是经网络药理学鉴定的XFZY作用于PH和COPD相关PH的核心靶点。

图8 XFZY核心目标在GEO (GSE53408和GSE113439)数据集上的验证

文章小结

本研究通过网络药理学和分子对接全面研究XFZY治疗肺动脉高压的药理学分子机制。而且，本研究强调XFZY的多组分和通路特征，揭示其作用机制。这些发现有望为XFZY在PH中的应用和未来的发展提供有价值的资源。这篇文章的研究内容与分析思路可谓是相当滴精彩，0实验拿下7.7分！这个思路对于中医药方向的小伙伴就是大大的福利，小记者真诚建议大家赶紧抄作业，换个中药复方和疾病下一篇发表高分网药分析文章的就是你！想复现思路的朋友快快联系小记者吧！