北五味子在胸主动脉瘤发生发展中作用机制的网络药理学和分子对接技术分析

doi:10.13481/j.1671-587X.20220219

摘要/Abstract

摘要： 目的

探讨北五味子（SCF）在胸主动脉瘤（TAA）发生发展过程中的作用，并阐明其可能的机制。

方法

整合中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）、Uniprot、Swiss TargetPrediction、CTD、GeneCards、OpenTargets和OMIM多个数据库获取SCF作用于TAA的潜在靶点；利用String数据库和Cytoscape软件构建靶点蛋白-蛋白互作（PPI）网络，并进行拓扑网络分析得到SCF作用于TAA的核心靶点；借助Omicshare在线分析平台对潜在作用靶点进行潜在靶点的基因本体（GO）和京都基因组与基因百科全书（KEGG）富集分析；通过GEO数据库提取SCF有效成分—五味子酯乙（SchB）刺激大鼠主动脉平滑肌细胞基因表达谱，验证核心靶点表达水平；应用Autodock软件将核心靶点进行分子对接验证。

结果

获得SCF影响TAA的潜在靶点46个，GO富集分析主要涉及细胞增殖、催化活性和蛋白质代谢等生物学过程，KEGG富集分析主要涉及血管内皮生长因子（VEGF）、受体酪氨酸蛋白激酶（ErbB）和缺氧诱导因子1（HIF-1） 3条信号通路，拓扑网络分析得到信号转导与转录激活因子3（STAT3）和基质金属蛋白酶9（MMP9）等10个核心靶点。基因表达谱分析，与转化生长因子β1（TGF-β1）组比较，SchB-TGF-β1组核心靶基因STAT3和MMP9表达水平明显下调（P<0.05）。

结论

SCF的主要活性成分SchB等可能通过靶向STAT3等信号通路，抑制血管平滑肌中MMP9表达水平，进而减轻主动脉中细胞外基质降解，发挥抑制TAA发生发展的作用。

关键词: 网络药理学, 北五味子, 胸主动脉瘤, 分子对接

Abstract: Objective

To investigate the effect of Schisandrae Chinensis Fructus（SCF）in the occurrence and development of thoracic aortic aneurysm（TAA）， and to clarify its possible mechanism. Methords：The informations from multiple databases of Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform（TCMSP），Uniprot， Swiss TargetPrediction，CTD，GeneCards， OpenTargets， and OMIM were integrated to obtain the potential targets for the treatment of TAA by SCF； the protein-protein interaction （PPI） network was constructed by String database and Cytoscape software， and the key targets of SCF acted on TAA were selected by topological analysis； Omicshare online analysis platform was used to conduct GO and KEGG enrichment analysis on the potential targets； the gene expression profile of rat smooth muscle cells stimulated by Schisandra chinese（turcz.） baill （SchB）， the main active ingredients of SCF was obtained from GEO database to verify the expression levels of core targets； Autodock software was used for molecular docking validation of key targets.

Results

A total of 46 potential targets of SCF protected against TAA were obtained； GO enrichment analysis mainly involved biological processes such as cell proliferation， catalytic activity， protein metabolic process and so on； KEGG enrichment analysis mainly involved three signal pathways， including vascular endothelial growth factor （VEGF）， receptor tyrosine-protein kinase （ErbB） and hypoxia-inducible factor 1（HIF-1）.The 10 core targets such as signal transducer and activator of transcription 3 （STAT3） and matrix metalloproteinase 9 （MMP9） were obtained by topological network analysis. The results of gene expression profile showed that compared with TGF-β1 group， the expression levels of core target genes STAT3 and MMP9 in TGF-β1-SchB group were significantly down regulated（P<0.05）.

Conclusion

SchB， the main active component of SCF， may inhibit the expression of MMP9 in vascular smooth muscle by targeting STAT3 and other signal pathways， so as to reduce the degradation of extracellular matrix in aorta and inhibit the occurrence and development of TAA.

Key words: Network pharmacology, Schisandrae Chinensis Fructus, Thoracic aortic aneurysm, Molecular docking

中图分类号:

R543.1

李妍,侯月,牟星蔚,刘冰清,万红,刘畅,夏薇. 北五味子在胸主动脉瘤发生发展中作用机制的网络药理学和分子对接技术分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 414-425.

Yan LI,Yue HOU,Xingwei MU,Bingqing LIU,Hong WAN,Chang LIU,Wei XIA. Network pharmacology and molecular docking analysis on mechanism of Schisandrae Chinensis Fructus in occurrence and development of thoracic aortic aneurysm[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2022, 48(2): 414-425.

图/表 14

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参考文献 43

1	XIA L， SUN C， ZHU H， et al. Melatonin protects against thoracic aortic aneurysm and dissection through SIRT1-dependent regulation of oxidative stress and vascular smooth muscle cell loss［J］. J Pineal Res， 2020， 69（1）： e12661.
2	CHEN S Y， SHI J J， ZOU L S， et al. Quality evaluation of wild and cultivated Schisandrae Chinensis Fructus based on simultaneous determination of multiple bioactive constituents combined with multivariate statistical analysis［J］. Molecules， 2019， 24（7）：1335.
3	SHI P Y， GENG Q Q， CHEN L F， et al. Schisandra chinensis bee pollen's chemical profiles and protective effect against H2O2-induced apoptosis in H9c2 cardiomyocytes［J］. BMC Complementary Med Ther， 2020， 20（1）： 1-14.
4	JANG M A， LEE S J， BAEK S E， et al. A-iso-cubebene inhibits PDGF-induced vascular smooth muscle cell proliferation by suppressing osteopontin expression［J］. PLoS One， 2017， 12（1）： e0170699.
5	JEONG J W， KIM J W， KU S K， et al. Essential oils purified from Schisandrae semen inhibits tumor necrosis factor-α-induced matrix metalloproteinase-9 activation and migration of human aortic smooth muscle cells［J］. BMC Complement Altern Med， 2015， 15： 7.
6	WANG F， TU Y， GAO Y， et al. Smooth muscle sirtuin 1 blocks thoracic aortic aneurysm/dissection development in mice［J］. Cardiovas Drugs Ther， 2020， 34（5）： 641-650.
7	LI G， WANG M， CAULK A W， et al. Chronic mTOR activation induces a degradative smooth muscle cell phenotype［J］. J Clin Invest， 2020， 130（3）： 1233-1251.
8	GILLIS E， LVAN LAER， LOEYS B L. Genetics of thoracic aortic aneurysm： at the crossroad of transforming growth factor-β signaling and vascular smooth muscle cell contractility［J］. Circ Res， 2013， 113（3）： 327-340.
9	CHEN X L， XIAO Q L， PANG Z H， et al. Molecular mechanisms of An-Chuan Granule for the treatment of asthma based on a network pharmacology approach and experimental validation［J］. Biosci Rep， 2021， 41（3）： BSR20204247.
10	HUANG B， XIONG J， ZHAO X， et al. Network pharmacology-based analysis of the pharmacological mechanisms of aloperine on cardiovascular disease［J］. Evid Based Complement Alternat Med， 2020， 2020： 5180716.
11	HUANG B， HUANG C， ZHU L， et al. Exploring the pharmacological mechanisms of tripterygium wilfordii hook F against cardiovascular disease using network pharmacology and molecular docking［J］. Biomed Res Int， 2021， 2021： 5575621.
12	LI L， YANG D， LI J， et al. Investigation of cardiovascular protective effect of Shenmai injection by network pharmacology and pharmacological evaluation［J］. BMC Complement Med Ther， 2020， 20（1）： 112.
13	KIRÇA M， YEŞILKAYA A. Losartan inhibits EGFR transactivation in vascular smooth muscle cells［J］. Turkish J Med Sci， 2018， 48（6）： 1364-1371.
14	MUGABE B E， YAGHINI F A， SONG C Y， et al. Angiotensin II-induced migration of vascular smooth muscle cells is mediated by p38 mitogen-activated protein kinase-activated c-Src through spleen tyrosine kinase and epidermal growth factor receptor transactivation［J］. J Pharmacol Exp Ther， 2010， 332（1）： 116-124.
15	SHEN Y H， ZHANG L， GAN Y， et al. Up-regulation of PTEN （phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten） mediates p38 MAPK stress signal-induced inhibition of insulin signaling. A cross-talk between stress signaling and insulin signaling in resistin-treated human endothelial cells［J］. J Biol Chem， 2006， 281（12）： 7727-7736.
16	LUO Z， FUJIO Y， KUREISHI Y， et al. Acute modulation of endothelial Akt/PKB activity alters nitric oxide-dependent vasomotor activity in vivo ［J］. J Clin Invest， 2000， 106（4）： 493-499.
17	LIU R， LO L， LAY A J， et al. ARHGAP18 protects against thoracic aortic aneurysm formation by mitigating the synthetic and proinflammatory smooth muscle cell phenotype［J］. Circ Res， 2017， 121（5）： 512-524.
18	BAI Z， GU J， SHI Y， et al. Effect of inflammation on the biomechanical strength of involved aorta in type A aortic dissection and ascending thoracic aortic aneurysm： An initial research［J］. Anatol J Cardiol， 2018， 20（2）： 85-92.
19	ISOLA G， POLIZZI A， RONSIVALLE V， et al. Impact of matrix metalloproteinase-9 during periodontitis and cardiovascular diseases［J］.Molecules，2021，26（6）： 1777.
20	YABLUCHANSKIY A， MA Y， IYER R P， et al. Matrix metalloproteinase-9： Many shades of function in cardiovascular disease［J］.Physiology （Bethesda）， 2013， 28（6）： 391-403.
21	WANG L， ASTONE M， ALAM S K， et al. Suppressing STAT3 activity protects the endothelial barrier from VEGF-mediated vascular permeability［J］. bioRxiv， Mol，Biol， 2020， 28（20）.DOI：10.1242/dmm.049029 . doi: 10.1242/dmm.049029
22	HU X， MA R， CAO J，et al.PTPN₂ negatively regulates macrophage inflammation in atherosclerosis［J］. Aging（Albany NY）， 2020， 13（2）： 2768-2779.
23	TANG H X， QIN X P， LI J. Role of the signal transducer and activator of transcription 3 protein in the proliferation of vascular smooth muscle cells［J］. Vascular， 2020， 28（6）： 821-828.
24	CHUN J N， PARK S， LEE S， et al. Schisandrol B and schisandrin B inhibit TGFβ1-mediated NF-κB activation via a Smad-independent mechanism［J］. Oncotarget， 2018， 9（3）： 3121-3130.
25	PICCOLO S R， SUN Y， CAMPBELL J D， et al. A single-sample microarray normalization method to facilitate personalized-medicine workflows［J］. Genomics， 2012， 100（6）： 337-344.
26	章晓云，李华南，陈锋，等. 网络药理学结合分子对接技术揭示桂枝芍药知母汤治疗痛风性关节炎的潜在分子机制［J］. 中国组织工程研究， 2022， 26（2）： 245-252.
27	LINDSAY M E， DIETZ H C. Lessons on the pathogenesis of aneurysm from heritable conditions［J］. Nature， 2011， 473（7347）： 308-316.
28	SHI X， GUO L W， SEEDIAL S M， et al. TGF-β/Smad3 inhibit vascular smooth muscle cell apoptosis through an autocrine signaling mechanism involving VEGF-A［J］. Cell Death Dis， 2014， 5（7）： e1317.
29	LIAO X H， XIANG Y， LI H， et al. VEGF-A stimulates STAT3 activity via nitrosylation of myocardin to regulate the expression of vascular smooth muscle cell differentiation markers［J］. Sci Rep， 2017， 7（1）： 2660.
30	LIAO X H， WANG N， ZHAO D W， et al. STAT3 protein regulates vascular smooth muscle cell phenotypic switch by interaction with myocardin［J］. J Biol Chem， 2015， 290（32）： 19641-19652.
31	WANG L， WU H， XIONG L， et al. Quercetin downregulates cyclooxygenase-2 expression and HIF-1α/VEGF signaling-related angiogenesis in a mouse model of abdominal aortic aneurysm［J］. Biomed Res Int， 2020， 2020： 9485398.
32	GEISSLER A， RYZHOV S， SAWYER D B. Neuregulins： protective and reparative growth factors in multiple forms of cardiovascular disease［J］. Clin Sci （Lond）， 2020， 134（19）： 2623-2643.
33	SUN Y， ZHANG S， YUE M， et al. Angiotensin Ⅱ inhibits apoptosis of mouse aortic smooth muscle cells through regulating the circNRG-1/miR-193b-5p/NRG-1 axis［J］. Cell Death Dis， 2019， 10（5）： 362.
34	MCCAFFREY T A. TGF-beta signaling in atherosclerosis and restenosis［J］. Front Biosci （Schol Ed）， 2009， 1： 236-245.
35	RUIZ-ORTEGA M， RODRíGUEZ-VITA J， SANCHEZ-LOPEZ E， et al. TGF-beta signaling in vascular fibrosis［J］. Cardiovasc Res， 2007， 74（2）： 196-206.
36	GOMEZ D， OWENS G K. Smooth muscle cell phenotypic switching in atherosclerosis［J］. Cardiovasc Res， 2012， 95（2）： 156-164.
37	FISHER S A. Vascular smooth muscle phenotypic diversity and function［J］. Physiol Genomics， 2010， 42A（3）： 169-187.
38	CHUN J N， KIM S Y， PARK E J， et al. Schisandrin B suppresses TGFβ1-induced stress fiber formation by inhibiting myosin light chain phosphorylation［J］. J Ethnopharmacol， 2014， 152（2）： 364-371.
39	PARK E J， CHUN J N， KIM S H， et al. Schisandrin B suppresses TGFβ1 signaling by inhibiting Smad2/3 and MAPK pathways［J］.Biochem Pharmacol，2012，83（3）： 378-384.
40	BEN P， HU M， WU H， et al. L-theanine down-regulates the JAK/STAT3 pathway to attenuate the proliferation and migration of vascular smooth muscle cells induced by angiotensin Ⅱ［J］. Biol Pharm Bull， 2018， 41（11）： 1678-1684.
41	DANIEL J M， DUTZMANN J， BIELENBERG W， et al. Inhibition of STAT3 signaling prevents vascular smooth muscle cell proliferation and neointima formation［J］. Basic Res Cardiol， 2012， 107（3）： 261.
42	LIU C， ZHANG C C， JIA L X， et al. Interleukin-3 stimulates matrix metalloproteinase 12 production from macrophages promoting thoracic aortic aneurysm/dissection［J］. Clin Sci， 2018， 132（6）： 655-668.
43	SCHMITT R， TSCHEUSCHLER A， LASCHINSKI P，et al. A potential key mechanism in ascending aortic aneurysm development： Detection of a linear relationship between MMP-14/TIMP-2 ratio and active MMP-2［J］. PLoS One， 2019， 14（2）： e0212859.

[1]	李薇, 于佳卉, 王新婷, 王春梅, 李贺, 陈建光, 孙靖辉. 北五味子总木脂素对环磷酰胺诱导的免疫功能低下小鼠的调节作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(02): 294-299.
[2]	治丁铭, 隋殿军, 岂蕊, 苗永迪, 韩冬, 娄石磊, 邱悦, 孙聪. 基于网络药理学探讨葛根治疗高脂蛋白血症的潜在作用靶点[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(04): 724-730.
[3]	苑荣爽, 李贺, 孙靖辉, 庄文越, 陈建光, 王春梅. 北五味子多糖对高脂诱导非酒精性脂肪性肝病大鼠的降血脂作用及其抗氧化活性[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(06): 1103-1108.
[4]	李贺, 刘聪, 李宁, 王春梅, 敬舒, 孙靖辉, 孙红霞, 张成义, 陈建光. 北五味子酸性多糖对阿尔茨海默病模型小鼠学习记忆能力的改善作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(06): 1115-1120.
[5]	孙晓红, 李嘉仪, 李洪涛, 谢宇, 孙新, 孔繁利. 北五味子多糖对脂多糖诱导中性粒细胞炎症的抑制作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(05): 928-931.
[6]	. 北五味子总木脂素对D-半乳糖诱导的小鼠脑衰老自噬和凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(06): 1210-1215.
[7]	李宜轩，陈建光，李凤，曲绍春，于晓风，睢大筼. 北五味子提取物对实验性肝纤维化大鼠肝损伤的保护作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(02): 285-288.
[8]	陈宝芝，李生，吴金滢，李贺，高晓旭，陈建光，王春梅. 北五味子粗多糖对四氯化碳致小鼠急性肝损伤的保护作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(01): 92-96.
[9]	姜恩平, 吴金义, 陈建光. 北五味子总木脂素对H₂O₂诱导PC12细胞凋亡的影响[J]. J4, 2009, 35(3): 466-469.
[10]	孙潇，姜恩平，陈建光. 北五味子总木脂素对高脂血症大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用及其机制[J]. J4, 2009, 35(2): 276-279.