基于黄芩汤治疗结直肠癌作用机制的网络药理学和分子对接分析

doi:10.13481/j.1671-587X.20240125

摘要/Abstract

摘要：

目的通过网络药理学和分子对接技术分析黄芩汤治疗结直肠癌（CRC）的潜在作用靶点，阐明其相关分子机制。方法基于中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）构建黄芩汤活性成分和作用靶点数据集，通过GeneCards、人类在线孟德尔遗传（OMIM）、药物遗传学和药物基因组学知识库（PharmGKB）等数据库构建CRC疾病相关靶点数据集。利用R软件、Cytoscape软件和STRING数据库构建药物-疾病靶点交集、黄芩汤中药复方调控网络和蛋白-蛋白互作（PPI）网络。利用R软件和Metascape平台进行基因本体论（GO）功能富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）信号通路富集分析。采用AutoDock和PyMol软件进行分子对接验证，评估配受体结合情况。结果筛选黄芩汤有效活性成分136个，黄芩汤治疗CRC的潜在靶点242个，核心靶点18个，基于信号通路分析获得CRC密切相关核心关键靶点5个，分别为蛋白激酶B1（AKT1）、丝裂原活化蛋白激酶3（MAPK3）、原癌基因FOS、肿瘤蛋白P53（TP53）和原癌基因MYC。GO功能富集分析，主要参与多种细胞应激反应的生物过程。KEGG信号通路富集分析，潜在靶点在癌症通路高度富集；进一步对CRC核心靶点进行KEGG信号通路富集分析，主要涉及内分泌抵抗、细胞凋亡和表皮生长因子受体-酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）抵抗等通路。分子对接验证，黄芩汤活性成分槲皮素、山柰酚、汉黄芩素、7-甲氧基-2-甲基异黄酮和柚皮素与AKT1、MAPK3、FOS、TP53及MYC均对接稳定，其中槲皮素与AKT1结合性最好。结论黄芩汤活性成分可多靶点和多通路治疗CRC，核心配受体槲皮素和AKT1可能通过调控磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）／蛋白激酶B（AKT）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路影响细胞增殖、分化和凋亡进程，发挥治疗CRC作用。

关键词: 黄芩汤, 网络药理学, 分子对接, 结直肠肿瘤, 槲皮素

Abstract:

Objective To analyze the potential therapeutic targets of Huangqin Tang in treatment of colorectal cancer （CRC） by network pharmacology and molecular docking techniques，and to clarify the related molecular mechanism. Methods The active component and target dataset for Huangqin Tang were constructed based on the Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform （TCMSP）；the CRC-disease related target dataset was built by Databases such as GeneCards， Online Mendelian Inheritance in Man （OMIM），and pharmacogenetics and Pharmacogenomics Knowledge Base （PharmGKB）. Drug-disease target intersect， Huangqin Tang herbal formula network， and protein-protein interaction （PPI） networks were built by R software， Cytoscape software， and STRING Database； Gene Ontology （GO） functional enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG） signaling pathway enrichment analysis were conducted by R software and Metascape platform；molecular docking validation was performed with AutoDock and PyMOL software to assess the ligand-receptor binding. Results A total of 136 effective active components of Huangqin Tang were screened， and 242 potential targets were identified for treatment of CRC， including 18 core targets. Five core key targets closely related to CRC， identified through signaling pathway analysis， were protein kinase B1（AKT1）， mitogen-activated protein kinase 3 （MAPK3），proto-oncogene FOS，tumor protein p53 （TP53），and proto-oncogene MYC.The GO functional enrichment analysis results mainly involved various biological processes related to cellular stress responses. The KEGG signaling pathway enrichment analysis results showed that potential targets were highly enriched in the cancer pathway； further analysis on CRC core targets via KEGG signaling pathway revealed involvement primarily in pathways related to endocrine resistance， apoptosis， and epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase inhibitor （EGFR-TKI） resistance. The molecular docking results showed that the active components of Huangqin Tang， including quercetin， kaempferol， baicalein， 7-methoxy-2-methyl isoflavone， and naringenin， were stably docked with AKT1， MAPK3， FOS， TP53， and MYC， and quercetin exhibited the best binding with AKT1. Conclusion The active components of Huangqin Tang can treat CRC through multi-target and multi-pathway. The core ligand quercetin and AKT1 may exert the therapeutic effect in CRC by regulating the phosphatidylinositol 3-kinase （PI3K）/AKT and mammalian target of rapamycin （mTOR） signaling pathways to influence the cell proliferation， differentiation， and apoptosis processes.

Key words: Huangqin Tang, Network pharmacology, Molecular docking, Colorectal neoplasm, Quercetin

中图分类号:

R285.5

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图/表 13

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参考文献 39

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Mol ID	Molecular name	OB（η/%）	DL	Herb	Degree
MOL000098	Quercetin	46.43	0.28	Dazao, Gancao	136
MOL000422	Kaempferol	41.88	0.24	Baishao, Gancao	53
MOL000173	Wogonin	30.68	0.23	Huangqin	39
MOL003896	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	42.56	0.20	Gancao	36
MOL004328	Naringenin	59.29	0.21	Gancao	35
MOL002714	Baicalein	33.52	0.21	Huangqin	33
MOL000497	Licochalcone A	40.79	0.29	Gancao	30
MOL000392	Formononetin	69.67	0.21	Gancao	30
MOL000354	Isorhamnetin	49.60	0.31	Gancao	28
MOL002565	Medicarpin	49.22	0.34	Gancao	27
MOL000449	Stigmasterol	43.83	0.76	Dazao, Huangqin	27
MOL000358	Beta-sitosterol	36.91	0.75	Baishao, Dazao, Huangqin	27
MOL000500	Vestitol	74.66	0.21	Gancao	26
MOL004978	2-[（3R）-8,8-dimethyl-3,4-dihydro-2H-pyrano[6,5-f] chromen-3-yl]-5-methoxyphenol	36.21	0.52	Gancao	26
MOL004891	Shinpterocarpin	80.30	0.73	Gancao	26
MOL004835	Glypallichalcone	61.60	0.19	Gancao	25
MOL005003	Licoagrocarpin	58.81	0.58	Gancao	24
MOL004974	3'-Methoxyglabridin	46.16	0.57	Gancao	24
MOL004957	HMO	38.37	0.21	Gancao	24
MOL002928	Oroxylin A	41.37	0.23	Huangqin	23
OB：Oral bioavailability；DL：Drug-likeness.

Target	Target name	BC	CC	Degree
STAT3	Signal transducer and activator of transcription 3	393.235 814 3	0.670 886 076	27
AKT1	Protein kinase B1	176.409 101 2	0.609 195 402	21
HSP90AA1	Heat shock protein 90 alpha family class A member 1	207.695 211 6	0.595 505 618	21
MAPK3	Mitogen-activated protein kinase 3	147.378 085 6	0.616 279 070	20
FOS	FOS proto-oncogene	201.558 640 0	0.609 195 402	20
TP53	Tumor protein p53	173.513 651 2	0.576 086 957	19
ESR1	Estrogen receptor 1	107.373 380 9	0.588 888 889	17
MYC	MYC proto-oncogene	83.621 194 3	0.595 505 618	17
TNF	Tumor necrosis factor	139.960 208 6	0.557 894 737	17
MAPK14	Mitogen-activated protein kinase 14	90.592 859 5	0.588 888 889	16
RELA	Nuclear factor kappa-B p65 subunit	115.213 967 0	0.576 086 957	16
IL-6	Interleukin-6	128.678 836 9	0.552 083 333	16
CTNNB1	Catenin beta 1	112.855 398 0	0.569 892 473	16
MAPK1	Mitogen-activated protein kinase 1	66.109 788 1	0.582 417 582	15
CCND1	Cyclin D1	103.066 384 4	0.569 892 473	15
CDKN1A	Cyclin dependent kinase inhibitor 1A	88.195 300 7	0.540 816 327	15
EGFR	Epidermal growth factor receptor	20.689 214 2	0.535 353 535	13
HIF1A	Hypoxia inducible factor 1 subunit alpha	20.502 639 3	0.557 894 737	13
BC:Betweenness centrality; CC:Closeness centrality.

Target	Uniprot-ID	PDB-ID	Ligand	TCMSP-ID	Binding energy （kcal?mol^－1）
AKT1	P31749	7NH5	Quercetin	MOL000098	－10.4
AKT1	P31749	7NH5	Kaempferol	MOL000422	－9.2
AKT1	P31749	7NH5	Wogonin	MOL000173	－9.6
AKT1	P31749	7NH5	Naringenin	MOL004328	－9.5
AKT1	P31749	7NH5	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	MOL003896	－9.5
MAPK3	P27361	4QTB	Quercetin	MOL000098	－9.3
MAPK3	P27361	4QTB	Kaempferol	MOL000422	－9.0
MAPK3	P27361	4QTB	Wogonin	MOL000173	－9.2
MAPK3	P27361	4QTB	Naringenin	MOL004328	－9.4
MAPK3	P27361	4QTB	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	MOL003896	－9.6
FOS	P01100	1A02	Quercetin	MOL000098	－8.2
FOS	P01100	1A02	Kaempferol	MOL000422	－8.0
FOS	P01100	1A02	Wogonin	MOL000173	－7.7
FOS	P01100	1A02	Naringenin	MOL004328	－7.8
FOS	P01100	1A02	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	MOL003896	－7.2
TP53	P04637	7BWN	Quercetin	MOL000098	－8.9
TP53	P04637	7BWN	Kaempferol	MOL000422	－8.4
TP53	P04637	7BWN	Wogonin	MOL000173	－8.8
TP53	P04637	7BWN	Naringenin	MOL004328	－8.4
TP53	P04637	7BWN	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	MOL003896	－8.1
MYC	P01106	1A93	Quercetin	MOL000098	－5.3
MYC	P01106	1A93	Kaempferol	MOL000422	－5.2
MYC	P01106	1A93	Wogonin	MOL000173	－5.1
MYC	P01106	1A93	Naringenin	MOL004328	－5.0
MYC	P01106	1A93	7-Methoxy-2-methyl isoflavone	MOL003896	－4.9

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