半夏治疗口腔癌的潜在机制研究
摘要
关键词
口腔癌;半夏;中草药;网络药理学
正文
分类号:R392.5 文献标识码:A
口腔癌是世界上第六大常见恶性肿瘤。口腔癌在东南亚备受关注,主要是因为人们普遍存在嚼槟榔、吸烟和饮酒的口腔习惯。尽管近年来在癌症诊断和治疗方面取得一定进展,但口腔癌患者的5年生存率仍未发生实质性的提升。近年来,癌症的诊断与治疗虽有突破,口腔癌患者的五年生存率仍未发生实质性的提升近年来随着我国口腔癌的发病率及死亡率逐年攀升,且随年龄的增长均呈上升 趋势,上涨幅度高于全球水平[1-2]。口腔癌临床体征和手术治疗结果均可造成患者相应解剖结构或神经功能受损,导致患者不同程度的外貌、语言、吞咽、咀嚼及肩颈等多种功能障碍和心理、社交问题[3-4]。
中草药具有毒副作用小、疗效作用佳等特点备受关注。半夏别名半半夏,小鬼头灯、性辛温、有小毒为天南星科多年生草本植物,广泛分布于中国长江流域以及中国东北部和南部等地区。是广泛分布于中国东北部、长江流域以及中国南部等地区的天南星科半夏属的多年生草本植物,主治降逆止呕、燥湿祛痰,近年来的研究表明半夏具有抗肿瘤的作用,半夏多糖类物质可诱导肿瘤细胞的凋亡和提高机体免疫力来发挥抗癌作用[5],为半夏治疗口腔癌提供一定理论依据。本研究利用网络药理学方法探究半夏治疗口腔癌的潜在作用靶点及机制,为进一度研究提供一定依据和方向。
1.方法及流程图

2.结果
2.1获取半夏筛选后的有效活性成分结果
从TCMSP数据库共检索到半夏的活性成分共计116种。根据OB≥30%和DL≥0.18对半夏活性成分筛选,最终获得13种有效活性成分,结果见表1。
表1:中草药半夏有效成分筛选结果 | |||
MOL ID | Molecule Name | OB (%) | DL |
MOL001755 | 24-Ethylcholest-4-en-3-one | 36.08 | 0.76 |
MOL002670 | Cavidine | 35.64 | 0.81 |
MOL002714 | baicalein | 33.52 | 0.21 |
MOL002776 | Baicalin | 40.12 | 0.75 |
MOL000358 | beta-sitosterol | 36.91 | 0.75 |
MOL000449 | Stigmasterol | 43.83 | 0.76 |
MOL005030 | gondoic acid | 30.7 | 0.2 |
MOL000519 | coniferin | 31.11 | 0.32 |
MOL006936 | 10,13-eicosadienoic | 39.99 | 0.2 |
MOL006937 | 12,13-epoxy-9-hydroxynonadeca-7,10-dienoic acid | 42.15 | 0.24 |
MOL006957 | (3S,6S)-3-(benzyl)-6-(4-hydroxybenzyl)piperazine-2,5-quinone | 46.89 | 0.27 |
MOL003578 | Cycloartenol | 38.69 | 0.78 |
MOL006967 | beta-D-Ribofuranoside, xanthine-9 | 44.72 | 0.21 |
2.2中草药半夏相关靶点基因的结果
将筛选后的13种有效活性成分利用Uniprot(www.uniprot.org/)数据库进行检索,并删除未验证、非人类基因靶点,共计获得98个基因靶点。
2.3口腔癌疾病基因检索结果
通过 GeneCards数据库获取口腔癌的基因靶点,检索的关键词为“Oral cancer”,GeneCards数据库共获取口腔癌靶点基因为9665个,取Score≥55对所获口腔癌的靶点基因进行筛选,最终获得口腔癌潜在核心靶点基因共1345个基因。
2.4中草药半夏-口腔癌共同交集靶点基因分析结果
将中草药半夏的有效药物活性成分相应的靶点基因和口腔癌潜在核心靶点基因,通过韦恩图的构建,可直观获得57个药物疾病共同交集靶点基因(见图1)。
图1: 中草药半夏-口腔癌共同交集靶点基因韦恩图
注:红色为中草药半夏靶点基因,绿色为口腔癌靶点基因,中间为药物-疾病交集基因。
2.5中草药半夏-口腔癌交集靶点基因蛋白互作(PPI)结果
将中草药半夏-口腔癌交集靶点基因导入String网站中,设置“Homo sapiens”为分析条件,最低相互作用评分设置中度置信度(“Medium confidence<0.400>”)并下载TSV格式数据文件,导入Cytoscape 3.6.1软件获得蛋白互作PPI网络图,图中共计节点数:57;边数:342;其平均节点度:12;平均局部聚类系数:0.641;预期的边数:133;PPI浓缩P值:<1.0e-16,如图根据PPI网络图可直观看出前十三位核心基因,分别为AKT1、PTGS2、TP53、MMP9、BCL2、HIF1A、PPARG、JUN、CASP3、TGFB1、RELA、PRKACA、NR3C1,结果见图2,3。
图2:中草药半夏药物—活性成分—靶点网络图
注:红色椭圆形表示中草药半夏(BX表示),蓝色锥形表示半夏的13种药物活性成分(BX1~BX5表示),绿色椭圆形表示药物活性成分所对应的靶点基因。
图3:药物疾病交集基因PPI网络图
注:颜色越红表示其degree值越高。
2.6 GO生物过程富集分析
采用DAVID数据库对中草药半夏-口腔癌共同交集靶点基因进行GO功能富集分析,设定标准为P<0.01,共获得435条GO功能条目。对Pvalue值最小的前20条结果制作柱状图(如图4示)。经分析中草药半夏治疗口腔癌的GO功能主要富集在GO:0005515~protein binding(蛋白质结合过程)、GO:0005886~plasma membrane(细胞质膜作用过程)、GO:0005829~cytosol(细胞溶质作用过程)、GO:0005737~cytoplasm(细胞质过程过程), GO:0005634~nucleus(细胞核作用过程)等,由图可以直观看出中草药半夏治疗口腔癌主要通过细胞功能及蛋白质结合过程来发挥治疗作用。
图4:中草药半夏-口腔癌交集基因的GO分析柱状图
2.7 KEGG途径富集分析
通过DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)对中草药半夏-口腔癌的共同交集靶点基因进行KEGG通路分析后,共计获得127条通路。选择与抗结核相关且Pvalue值最小的前20条通路制作桑基图图进行可视化分析。其中草药半夏治疗口腔癌主要发挥作用的通路包括hsa05200:Pathways in cancer(癌症通路)、hsa04080:Neuroactive ligand-receptor interaction(神经活性配体-受体相互作用)、hsa04151:PI3K-Akt signaling pathway(PI3K-Akt 信号通路 )等
讨论
口腔癌是头颈部较常见的恶性肿瘤之一,大部分属于鳞状上皮细胞癌,即所谓的黏膜发生变异。目前手术技术的改进结合术后放射或化放疗的常规使用已导致生存率的提高,但创面大并且影响美观,对患者身心发展存在一定隐患。然而中草药具有低毒性、副作用小、疗效佳等特点[6],同时随着近年来研究发现中草药在抗肿瘤、增强机体免疫力等方面作用效果较高,为半夏治疗口腔癌提供了一定科学依据。
从结果可以看出半夏主要通过卡维丁、黄芩苷、β-谷甾醇、豆甾醇活性成分发挥治疗口腔癌的作用,卡维丁的衍生物脱氢卡维丁可以明显抑制Tca8113细胞的增殖,并显著降低其端粒酶活性及hTERT的表达来发挥抗癌的疗效,还可与顺铂联用可能作用于下调survivin和上调caspase-3表达进而抑制人肺癌A549细胞的增殖并促进其凋亡从而发挥抗肺癌作用[7]。黄芩苷在癌细胞系中显示出明显的抗增殖作用,还可通过抑制 PERK/TXNIP/NLRP3 轴减少细胞凋亡作用[8],研究发现β-谷甾醇在肾癌发生中的抗癌潜力模型,β-谷甾醇可能通过调控血管生成、细胞增殖和凋亡基因的表达来发挥抗癌作用[9]。豆甾醇可通过介导PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路以及肿瘤细胞增殖、凋亡、血管再生等生物学过程来发挥抗癌作用[10]。
从交集基因上看AKT1、PTGS2、TP53、MMP9、BCL2、HIF1A、PPARG、JUN、CASP3、TGFB1、RELA、PRKACA、NR3C1可能为半夏治疗口腔癌的靶点基因。AKT1基因通过AKT/蛋白激酶B信号通路调控细胞增殖、生长和细胞凋亡[10]。Cox-2 是一种诱导型酶,参与多种肿瘤的发生、血管生成、侵袭及转移等病理过程[11],Cox-2 在肿瘤发生、发展的多个环节发挥重要作用,当过度表达可能引起促进细胞恶性转化、抑制肿瘤细胞凋亡、促进肿瘤血管新生、促进肿瘤侵袭及转移、抑制肿瘤免疫等进而影响着肿瘤的发生和进展[12];MMP-9 是一种重要的蛋白酶,在许多生物过程中发挥着至关重要的作用。MMP-9 可以裂解许多细胞外基质 (ECM) 蛋白来调节 ECM 重塑。它还可以裂解许多血浆表面蛋白,将其从细胞表面释放出来。
综上所述,中草药半夏是通过12种有效活性成分作用于57个口腔癌的潜在治疗基因靶点发挥抗癌作用,半夏治疗口腔癌的潜在治疗靶点基因的 KEGG 通路主要涉及:癌症通路、神经活性配体-受体相互作用、PI3K-Akt 信号通路等127条生物信号传导通路和蛋白质结合过程、细胞核作用过程、细胞溶质作用过程等435条GO功能作用,表明了多个生物学过程介导和参与是中草药半夏发挥治疗口腔癌的关键。该研究为中草药半夏治疗口腔癌提供了理论依据和实验基础。
参考文献
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