基于网络药理学探讨知母皂苷A-Ⅲ抗鼻咽癌的作用机制

CHINA MEDICINE AND PHARMACY Vol.11 No.9 May 20211
基于网络药理学探讨知母皂苷A-Ⅲ
抗鼻咽癌的作用机制
成南南1 徐　宁1 杨萌哲1 白先愚1 郭兴喆2 杨建宇2 吕安乔1 黄元姣1，2▲
1.广西医科大学生物分子医学研究实验室，广西南宁 530021；
2.广西医科大学生命科学研究院，广西南宁 530021[摘要] 目的 通过网络药理学探讨知母皂苷A-Ⅲ抗鼻咽癌（NPC）的作用靶点及分子机制。

方法 利用Swiss Target Prediction 数据库获取知母皂苷A-Ⅲ作用靶点，通过GeneCards 数据库检索NPC 相关疾病靶点，将其与知母皂苷A-Ⅲ作用靶点映射，使用Cytoscape
3.6.1软件构建知母皂苷A-Ⅲ-鼻咽癌疾病靶点网络图，并运用DAVID 数据库进行GO 功能富集分析及KEGG 通路富集分析。

结果 获得知母皂苷A-Ⅲ抗鼻咽癌的潜在靶点31个，化合物-关键靶点-通路网络图显示关键靶点主要包括PRKCA、IGF1R、VEGFA 和KDR 等。

GO 功能富集分析获得分子功能条目13个、生物过程条目55个和细胞组成条目10个，KEGG 通路富集得到20条相关通路，涉及蛋白多糖通路、癌症信号通路和PI3K-Akt 信号通路等信号通路。

结论 基于网络药理学多靶点、多通路的整体作用特点，预测了知母皂苷A-Ⅲ抗鼻咽癌的作用靶点和潜在作用机制，以期为下一步实验研究提供科学依据。

[关键词] 知母皂苷A-Ⅲ；网络药理学；鼻咽癌；分子机制
[中图分类号] R285 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2021）09-0001-04
Study on the anti-nasopharyngeal carcinoma mechanism of timosaponin A-Ⅲ based on network pharmacology
CHENG　Nannan 1
XU　Ning 1
YANG　Mengzhe 1
BAI　Xianyu 1
GUO　Xingzhe
2
YANG　Jianyu 2 LV　Anqiao 1 HUANG　Yuanjiao
1,2
1.Biomolecular Medicine Research Laboratory, Guangxi Medical University, Guangxi, Nanning 530021, China;
2.Institute of Life Sciences, Guangxi Medical University, Guangxi, Nanning 530021, China
[Abstract] Objective To explore the acting targets and molecular mechanism of timosaponin A-Ⅲ against nasopharyngeal carcinoma (NPC) through network pharmacology. Methods The Swiss Target Prediction database was utilized to obtain the acting targets of timosaponin A-Ⅲ, and the GeneCards database was searched for NPC-related disease targets, which were mapped to the acting targets of timosaponin A-Ⅲ. Cytoscape 3.6.1 software was used to construct the disease target network diagram of timosaponin A-Ⅲ-NPC, and DAVID database was adopted to carry out GO functional enrichment analysis and KEGG pathway enrichment analysis. Results 31 potential targets of timosaponin A-Ⅲ against NPC were obtained. The compound-key targets-pathway network diagram showed that the key targets mainly included PRKCA, IGF1R, VEGFA, KDR and so on. 13 molecular function entries, 55 biological process entries and 10 cell component entries were obtained by GO functional enrichment analysis. KEGG pathway enrichment yielded 20 related pathways, involving proteoglycan pathway, cancer signaling pathway, PI3K-Akt signaling pathway and other signaling pathways. Conclusion Based on the overall acting characteristics of multi-targets and multi-pathways in network pharmacology, the acting targets and potential acting mechanism of timosaponin A-Ⅲ against NPC have been predicted, in order to provide a scientific basis for further experimental study.[Key words] Timosaponin A-Ⅲ; Network pharmacology; Nasopharyngeal carcinoma; Mechanism of action
鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）是我国高发的头颈部恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率均高于全球平均水平[1]，研究发现中药治疗NPC 可起到缓解症状、减毒增效和提高患者生存质量的作用[2]。

中药知母具有抗菌、抗肿瘤、解热和抗炎等多
种药理活性[3]，知母皂苷A-Ⅲ是其药理活性最主要的成分。

近年来，研究发现知母皂苷A-Ⅲ对多种肿瘤细胞均有良好的抑制作用[4-5]，推测其为良好的抗癌中药，但目前对NPC 尚未有研究。

因此，本研究借助网络药理学，深入挖掘知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 的潜在靶点和作用机制，以期为知母皂苷A-Ⅲ的进一步研究提供方向，为临床用药提供循证依据。

[基金项目] 广西科技计划项目（桂科AB19110052）
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通讯作者
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1　资料与方法
1.1　知母皂苷A-Ⅲ的靶点预测
通过Swiss Target Prediction 数据库获取知母皂苷A-Ⅲ靶点蛋白，并消除重复和不规范的命名，标准化命名。

1.2　NPC相关疾病靶点的获取和交集靶点的确定
利用GeneCards 数据库检索NPC 疾病相关基因，通过Venny 平台将知母皂苷A-Ⅲ的预测靶点与NPC 的相关疾病靶点相互映射取交集，获得知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 作用靶点。

1.3　知母皂苷A-Ⅲ与NPC相关靶点的蛋白互作网络构建
将Venny 图获取的交集靶点输入STRING 数据库进行可视化分析，最终获得知母皂苷A-Ⅲ与NPC 相关靶点蛋白质相互作用网络图。

1.4　GO（基因本体）和KEGG（京都基因与基因组百科全书）相关靶点通路分析及网络构建
将1.2获取的知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 作用靶点输入DAVID 数据库进行GO 功能注释和KEGG 通路富集分析，并整合化合物、通路和靶点蛋白绘制“化合物-关键靶点-通路-疾病”网络图。

2　结果
2.1　知母皂苷A-Ⅲ的靶点预测
通过Swiss Target Prediction 数据库获取知母皂苷A-Ⅲ所有靶点，规范化后获得81个潜在靶点。

2.2　NPC相关疾病靶点的获取和交集靶点的确定
在GeneCards 数据库获取NPC 疾病相关基因1758个，与知母皂苷A-Ⅲ的预测靶点相互映射，通过Venny 平台取交集，获得知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 作用交集靶点31个，见图1。

图1 知母皂苷A-Ⅲ与NPC 相关靶点韦恩图
2.3　知母皂苷A-Ⅲ与NPC相关靶点蛋白质互作网络（PPI）的构建
该网络包含30个节点（Nodes）和116条边
（Edges），该圆形节点代表知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 的相关靶点蛋白，其按度值（Degree）逆时针排列，边代表不同靶点蛋白的相互作用关系，见图2。

图2 蛋白质相互作用（PPI）网络图
2.4　GO功能注释
GO 功能富集分析结果显示，生物过程（biological process，BP）55条，主要涉及药物反应、基因表达、转录调控、细胞增殖和凋亡过程等方面；细胞组成（cellular component，CC）10条，涉及细胞膜、核浆和膜筏等方面；分子功能（molecular function，MF）13条，涉及药物结合、蛋白质结合、酶结合和酶活性等方面；依据P ＜0.01，按照P 值升序排列结果前15条显著富集的条目，见图3。

图3 知母皂苷A-Ⅲ抗NPC GO 功能注释
2.5　KEGG通路富集分析
KEGG 通路富集分析结果显示，显著富集的
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3
通路是蛋白多糖通路（proteoglycans in cancer）、癌症信号通路（pathways in cancer）、PI3K-Akt 信号通路（PI3K-Akt signaling pathway）、HIF-1信号通路（HIF-1 signaling pathway）、Rap1信号通路（Rap1 signaling pathway）和病毒致癌通路（viral carcinogenesis）等12条通路。

见图4。

图4 知母皂苷A-Ⅲ抗NPC KEGG 通路富集分析
2.6　“化合物-关键靶点-通路-疾病”网络图的构建
该网络包含91个节点（nodes）和374条边（edges），其中圆形节点代表关键靶点，正三角形节点代表通路，见图
5。

图5 “知母皂苷A-Ⅲ-靶点-通路-疾病”网络图
3　讨论
NPC 与多种危险因素相关，包括人类疱疹病毒（EB 病毒）感染、遗传因素和环境因素[6]。

我国NPC 发病率居全球首位，年发病率约为每10万人30例[7]，NPC 放疗后复发、转移和严重并发症等问题丞待解决。

目前，常用顺铂等常规化疗药治疗，但其有多种严重副作用，近年来，中医药在防治肿瘤上备受关注。

现代药理研究表明知母具有抗病原微生物、抗肿瘤和抗衰老等作用，知母皂苷A-Ⅲ是其药理活性最主要的成分。

本研究基于网络药理学多靶点、多通路的研究思路，构建知母皂苷A-Ⅲ
抗NPC 的作用网络，预测关键靶点和通路，从而推测知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 作用机制。

通过对“知母皂苷A-Ⅲ-靶点-通路-疾病”网络图分析，发现蛋白激酶C（PRKCA）、胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）和血管内皮生长因子A（VEGFA）是网络中的关键靶点，PRKCA 是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，发现在肺癌[8]，经胶质神经瘤[9]，非小细胞肺癌细胞系[10]中上调，调节细胞增殖、侵袭和迁移等生物学行为。

IGF1R 通过引发Ras/Raf/MAPK（膜受体酪氨酸蛋白激酶信号传递途径）和磷脂酰肌醇激酶（PI3K）等信号级联反应参与癌细胞的增殖、凋亡、分化和恶性转化等调控[11]，研究显示NPC C666-1细胞系中IGF1R 高度上调[12]，促进细胞的侵袭和增殖能力。

同时，靶向抑制IGF1R 可以阻滞细胞周期和诱导凋亡抑制NPC 细胞增殖，并且可以使NPC 细胞放射敏感性增高[13]。

血管内皮生长因子（VEGF）诱导的基质金属蛋白酶（MMPs）
不仅通过降解内皮细胞外基质而参与新血管的形成，而且还调节癌症的侵袭和转移，从而导致NPC 的发生发展[14-15]。

Chen 等[16]发现抑制VEGFA 表达水平可以抑制NPC CNE2细胞系侵袭能力并增强NPC 放射敏感性。

因此推测，知母皂苷A-Ⅲ可能通过单独或共同调节PRKCA、IGF1R 和VEGFA，抑制NPC 的增殖、分化、侵袭迁移和放疗增敏达到抗NPC 的目的。

GO 结果表明，知母皂苷A-Ⅲ是通过药物结合、蛋白质结合等作用于细胞膜、核浆和膜筏等部位调控基因表达、转录调控、细胞增殖和凋亡过程，预示知母皂苷A-Ⅲ通过调控上述生物过程抑制NPC 的发生和发展。

KEGG 结果显示PI3K-Akt （磷脂酰肌醇激酶-丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）通路显著性较高，其异常激活与NPC 的发生发展密切相
关，研究表明，miR-155通过激活PI3K-Akt，促进NPC CNE2细胞的增殖和侵袭[17]，雷公藤甲素通过抑制PI3K-Akt 上调半胱天冬酶3剪切带（cleaved-caspase-3）和凋亡调节蛋白（Bax），下调Bcl-2抑制NPC C666-1细胞增殖并诱导其凋亡[18]，野鸦椿酸可通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3K-AKT-mTOR）上调Bax 和caspase-3，下调凋亡调节蛋白（Bcl-2）和周期蛋白-D1（cyclin D1）阻滞细胞周期在G1/ S 期并诱导NPC 细胞凋亡[19]。

本研究结果表明，知母皂苷A-Ⅲ可能通过调节PI3K-AKT 信号通路抗NPC。

目前NPC 化疗药物顺铂常伴有肝肾毒性、骨髓抑制和严重的胃肠道反应，PI3K-Akt 信号通路抑制
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4剂LY294002以时间依赖性方式对正常细胞显示毒性[20]，因此也不能成为NPC 患者的临床用药。

知母作为我国的传统中药历史悠久，《中华人民共和国药典》记载知母具有清热泻火、生津润燥的功效，知母皂苷A-Ⅲ是知母的主要成分，综上所述，本研究基于网络药理学的分析方法，揭示知母皂苷A-Ⅲ抗NPC 是一个涉及多靶点、多通路的共同作用过程，推测知母皂苷A-Ⅲ可通过PRKCA、IGF1R 和VEGFA 等多个核心靶点及蛋白多糖癌症通路、癌症信号通路和PI3K-Akt 信号通路干预NPC 的发生发展，提示其可能起到缓解症状、减毒增效和提高患者生存质量的作用，可作为NPC 患者治疗干预的良好中药。

本研究也存在不足，中药单体是多靶点、多通路综合作用的结果，由于数据库不完善以及计算机无法真实模拟体内环境，因此本研究着重于理论分析，后期仍需要更多动物实验临床验证，但这为后续实验提供理论依据，指明研究方向。

[参考文献]
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（收稿日期：2021-01-06）。