紫苏叶预防肝癌的网络药理学机制解析
摘要
关键词
紫苏叶；药理学网络肝癌；靶点；信号通路
正文
原发性肝癌已成为全球癌症相关死亡的重要成因之一[1]。目前根治性肝切除和肝移植被视为临床上最推荐的治疗方案，但术后复发率高达70%，并且早期存在微血管侵润的特点，使得患者的长期生存率难以实现显著改善。传统的中医药在调节肿瘤方面展现出了独特的多靶点优势。前期研究证明紫苏作为“药食同源”的中医药材在临床应用广泛。现代药理学研究发现紫苏活性成分如紫苏醇和迷迭香酸等能够通过多种机制展现抗肿瘤的效果[6]。本研究利用网络药理学对紫苏叶在肝癌治疗中的潜在靶点和通路进行了探讨，期望为紫苏有效预防肝癌提供新思路。
1.材料和方法
1.1 紫苏叶活性成分筛选：首先从TCMSP数据库遴选候选化合物（OB≥30%、DL≥0.18），继而通过PubChem数据库获取SMILES结构式。采用SwissTargetPrediction平台进行多物种靶点预测（probability≥0.7），运用UniProtKB知识库完成基因符号标准化及种属校正，最终建立结构-靶标映射数据集。
1.2 肝癌相关靶标数据整合：①OMIM数据库获取遗传关联靶点；②GeneCards平台检索肝癌相关基因（Relevance score≥10）；③TTD数据库筛选临床验证靶标；④DrugBank提取已批准药物作用靶点。数据标准处理后，应用Venny 2.1进行多维度可视化分析，构建紫苏叶-肝癌交集靶标核心集合。基于STRING数据库构建高置信度PPI网络（combined_score>0.7），并运用Cytoscape的CytoHubba插件实施网络拓扑分析（MCC算法），筛选出拓扑特征值（Degree≥2倍中位数）显著的关键枢纽基因。
2.结果和分析
2.1 紫苏活性组分筛选 采用TCMSP数据库，设定药代动力学双重阈值（口服生物利用度OB≥30%，类药性指数DL≥0.18），排除低生物利用度化合物，最终获得活性成分共8种，见表 1。所有相关药物靶点61个。
编号 | 活性成分 | OB（%） | DL |
MOL000006 | luteolin | 36.16 | 0.25 |
MOL005030 | gondoic acid | 30.7 | 0.2 |
MOL006202 | LAX | 44.11 | 0.2 |
MOL006210 | eugenyl-β-D-glucopyranoside（cirtrusinc） | 40.52 | 0.23 |
MOL000358 | beta-sitosterol | 36.91 | 0.75 |
MOL000492 | （+）-catechin | 54.83 | 0.24 |
MOL000953 | CLR | 37.87 | 0.68 |
MOL001771 | poriferast-5-en-3beta-ol | 36.91 | 0.75 |
注：OB：口服生物利用度；DL：类药性指数
2.2 紫苏活性成分抗癌和抗肿瘤靶点收集 从GeneCards、OMIM数据库获得疾病靶标1303个；所有紫苏叶的相关靶点经过Uniprot数据库转换后，筛选出与肝癌相关的共同靶点，共计33个。
2.3 “中药-成分-靶点-疾病”网络的构建 利用 Cytoscape 3.7软件构建成分-靶标网络图；将这些共有的靶标上传至STRING（https://string-db.org/）进行蛋白质相互作用分析，选定Homo sapiens作为物种，筛选滤值设置为0.90，隐藏离散的节点，绘制PPI网络图；获取tsv格式的数据文件，使用Cytoscape 3.7软件进行导入，配合MCODE插件进行关键基因的聚类分析，并对生成的网络图进行拓扑特征的评分计算，并创建成分-靶标网络。
2.4 蛋白互作网络（PPI 网络）的构建 通过STRING平台分析获得共有靶标蛋白互作网络图（图1A），网络图中有节点33个、边284条、平均节点度17.2、平均局部聚类系数:0.772。通过运用Cytoscape 3.7版本的MCODE插件，对该网络进行了聚类分析，识别出两个子网络。通过分析得知，子网络B的得分为19.565，子网络C的得分为4.0，根据得分的比较，表明聚类B较为重要，可能是核心靶向网络。筛选得分前10靶点分别为：AKT1、VEGFA、MYC、CTNNB1、CASP3、CCND1、EGFR、ESR1 、PTGS2（前列腺素内过氧化物合成酶2/Prostaglandin-endoperoxide synthase 2）、MMP2（基质金属蛋白酶2/matrix metallopeptidase 2）。可能是紫苏叶对抗肝癌的重要基因。
A:PPI网络地图
子网络C
子网络B
2.5 GO功能和 KEGG 通路富集分析 运用“ClusterProfiler”包对关键基因进行GO功能和KEGG信号通路富集分析。研究表明，BP与生殖系统的发育、雌二醇的介导反应以及上皮细胞的增殖等因素密切相关。CC与线粒体内膜的小腔与细胞膜的离子通道存在密切关系。MF与转录共激活因子及半胱氨酸型内肽酶的活性相关，参与细胞凋亡的进程。KEGG分析结果表明，交集基因集合共富集至202个信号通路，其中基因数超过10个的有15条，这些通路主要涉及到化学物质和AGE-RAGE信号传导等方面。
3讨论
紫苏多种活性成分如挥发油､脂肪酸､黄酮等具有抗菌､抗病毒､抗炎､抗癌作用[1][2]｡AGEs的积累与肿瘤的发生和发展密切相关，该通路的多个关键指标RAGE、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、Janus酪氨酸蛋白激酶2（JAK2）、信号转导及转录激活因子3（STAT3）与细胞凋亡关系密切[3][4]。AGEs通过与RAG结合，可诱导肿瘤细胞中炎症相关因子的产生，促进肿瘤血管生成和增殖能力，此外，RAGEs与AGEs的相互作用可以促进肿瘤细胞侵袭和转移，抑制肿瘤细胞凋亡，从而促进肿瘤生长和扩散[5]。各种肿瘤细胞可以高水平表达RAGE并与其配体AGEs结合，通过激活炎症反应，调节肿瘤微环境。AGEs-RAGE诱导的NADPH氧化酶加速ROS的产生，增加细胞内氧化应激。触发NrF2防御系统，调节糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）、脂肪酸代谢和谷胱甘肽代谢中的关键酶，滋养肿瘤细胞。此外，AGEs通过RAGE激活NF-κB信号通路，增加炎症因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的产生，显著增高并增强肝脏中的炎症信号,进而促使炎-癌转化,促进肝癌形成[6][7]。其次，AGEs-RAGE信号通路通过激活，影响肿瘤相关细胞的活化、浸润和转移，促进血管生成，促进远处转移[8]。
研究结果表明紫苏治疗肝癌可能通过抑制AGEs-RAGE信号通路作用于AKT1、VEGFA、PTGS2、MMP2，EGFR、CCND1、MYC等蛋白的表达，起到抑制肝癌细胞增殖及代谢，抑制血管生成，抑制肿瘤微环境形成，从而抑制肝癌的侵袭和转移等。同时，AGE-RAGE信号通路作为代谢-炎症-免疫交叉调控的核心枢纽，其多活性成分可能通过抗炎、抗氧化、调节糖脂代谢等作用，减少肝脏的炎症损伤，改善肝纤维化。
参考文献
[1]何育佩, 郝二伟, 谢金玲, 等. 紫苏药理作用及其化学物质基础研究进展 [J]. 中草药, 2018, 49（16）: 3957-3968.
[2]LIN Z, HUANG S, LINGHU X, et al. Perillaldehyde inhibits bone metastasis and receptor activator of nuclear factor-κB ligand （RANKL） signaling-induced osteoclastogenesis in prostate cancer cell lines [J]. Bioengineered, 2022, 13（2）: 2710-2719.
[3]SNELSON M, LUCUT E, COUGHLAN M T. The role of AGE-RAGE signalling as a modulator of gut permeability in diabetes [J]. International journal of molecular sciences, 2022, 23（3）: 1766.
[4]TESAROVA P, KALOUSOVA M, ZIMA T, et al. HMGB1, S100 proteins and other RAGE ligands in cancer-markers, mediators and putative therapeutic targets [J]. Biomedical Papers of the Medical Faculty of Palacky University in Olomouc, 2016, 160（1）:1-10.
[5]TANASE D M, GOSAV E M, ANTON M I, et al. Oxidative Stress and NRF2/KEAP1/ARE Pathway in Diabetic Kidney Disease （DKD）: New Perspectives [J/OL] 2022, 12（9）:1227.
基金项目：临沂市重点研发项目（医学类）（2024YX0086）。
作者简介：李玉卿，助教。
通讯作者：钱程，副教授。
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