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基于网络药理学探讨EGFR/JAK1/STAT3通路在片仔癀抗肝纤维化中的作用

2023-07-31林春凤熊清宁潇雨洪文谦林凡张玉琴郑海音

福建中医药 2023年6期
关键词:片仔癀靶点纤维化

林春凤,熊清,宁潇雨,洪文谦,林凡,张玉琴,郑海音*

(1.福建中医药大学中西医结合研究院,福建 福州 350122;2.福建中医药大学中西医结合学院,福建 福州 350122;3.福建中医药大学药学院,福建 福州 350122)

肝纤维化(hepatic fibrosis,HF)是由于病毒性肝炎、自身免疫性肝炎、非酒精性脂肪性肝炎和胆汁淤积性肝病等病变长期慢性刺激肝脏,引起损伤和修复反应失调,使细胞外基质的合成大于降解,沉积异常,最终改变肝脏结构和/或功能[1]。肝纤维化会进一步导致为肝硬化,严重者会导致肝癌和肝衰竭等。针对肝纤维化的有效治疗可以预防和延缓其向肝硬化进展,但是由于早期抗病毒治疗效果较差、抗炎时间长及戒酒难度大,晚期肝移植的供体来源困难及术后风险等原因,临床上亟须更有效的防治手段[2]。

片仔癀(Pien Tze Huang,PZH)是主要由三七、麝香、牛黄和蛇胆等组成的中成药,具有解毒清热、消肿散结、活血化瘀的作用,临床上可用于抗炎[3]、抗自身免疫性疾病[4-5]、抗脑损伤[6]、保肝[7]、抗肝纤维化[8]及抗肿瘤[9-11]等。片仔癀的临床研究已取得较大进展,但其抗肝纤维化的药理作用机制尚未完全阐明。

网络药理学是建立在药物、靶点以及疾病之间相互作用关系网基础之上,通过网络分析手段,从整体上去探索中药的基本特征,观察药物对疾病网络的影响以及药物之间的相互作用关系[12],其在中医药研究领域的应用日趋成熟。本研究在片仔癀前期工作的基础上[8,13-14],运用网络药理学方法,结合体内实验验证,探究片仔癀治疗肝纤维化的作用靶点及可能机制,为临床应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 药物-成分-靶点网络构建 运用TCMSP(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)和TCM-ID(http://bidd.group/TCMID/)、Pubchem(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)、中国知网(https://www.cnki.net)等数据库对片仔癀组方主要药物三七、牛黄、蛇胆、麝香进行活性成分检索。通过口服生物利用度(OB)和类药性(DL)进行筛选,选取同时满足OB≥30%、DL≥0.18的化学成分作为候选活性成分,导入UniProt数据库获取靶点基因名称,获得片仔癀活性成分的潜在靶点。将筛选出的活性成分及对应潜在靶点上传至Cytoscape 3.7.2软件构建药物-成分-靶点网络图。

1.2 肝纤维化疾病靶点的预测 以“liver fibrosis”、“hepatic fibrosis”为关键词,分别在GeneCards(https://www.genecards.org/)和OMIM(https://omim.org/)疾病靶点数据库中检索与肝纤维化相关的靶点,删除重复项目。

1.3 片仔癀-肝纤维化靶点网络的构建及核心靶点分析 将片仔癀靶点与肝纤维化交集得到共同靶点,并绘制韦恩图。随后将共同靶点在STRING数据库(https://string-db.org/)中构建PPI(Protein-Protein Interaction Networks)网络,在Cytoscape 3.7.2软件中进行网络拓扑学分析获得核心靶点。

1.4 GO富集分析和KEGG信号通路分析 将筛选得到的靶点,通过BioMart(http://www.biomart.org)转换成Gene Stable ID,再利用OmicShare(https://www.omicshare.com)平台进行GO和KEGG动态富集分析。

1.5 实验方法

1.5.1 实验动物 选择6~8周龄SPF级雄性C57BL/6小鼠24只,体质量(20±2)g,购于北京华阜康生物科技股份有限公司,动物生产许可证号:SCXK(京)2019-0008。饲养于福建中医药大学动物实验中心SPF级动物房,适应性喂养1周后用于实验。该动物实验方案经福建中医药大学动物伦理委员会批准(伦理审批号:FJTCM-IACUC-2022019)。

1.5.2 实验药物及试剂 片仔癀(漳州片仔癀药业股份有限公司,货号:Z35020243);丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)检测试剂盒(南京建成生物工程研究所,批号:C009-2-1、C010-2-1);EGFR一抗(英国abcam公司,批号:ab52894);JAK1一抗(英国abcam公司,批号:ab133666);STAT3一抗(美国CST公司,批号:D3Z2G);p-JAK1一抗(美国CST公司,批号:D7N4Z);p-STAT3一抗(英国abcam公司,批号:ab76315);GAPDH一抗(美国CST公司,批号:D16H11)。

1.5.3 实验仪器 高速冷冻离心机(德国Eppendorf公司,型号:5417R);光学显微镜(日本尼康公司,型号:ECLIPSE511);化学发光成像仪(美国Bio-Rad公司,型号:Universal Hood);酶标仪(芬兰Labsystems Multiskan MS公司,型号:352型);石蜡包埋机(中国亚光医用公司,型号YB-7LF)。

1.5.4 造模、给药及取材 小鼠采用随机数字法分为正常对照组、模型组和片仔癀组,每组8只。除正常对照组外,余均予CCl4∶花生油(1∶9)溶液5 mL/kg腹腔注射诱导HF模型[14],每周2次,连续给药4周,以肝组织病理形态具有炎症浸润及纤维化特点为造模成功标准。片仔癀溶于0.9%氯化钠溶液,配制成0.023 4 g/mL溶液。在造模同时,片仔癀干预组每日以0.234 g/kg片仔癀药液灌胃。除正常对照组外,均予高脂饲料。取材前,每只小鼠腹腔注射20%乌拉坦溶液(0.5 mL/kg)麻醉后摘眼球取血,随后取出肝脏,称取肝脏质量,计算肝指数。

肝指数=肝脏质量/体质量×100%

1.5.5 肝组织HE染色及Masson染色 各小鼠肝大叶,切成1 cm×1 cm×0.5 cm大小,4%多聚甲醛浸泡,固定24 h,石蜡包埋,切片,常规脱蜡至水,分别进行HE染色和Masson染色(操作步骤按试剂说明书),中性树胶封固镜检。

1.5.6 指标检测 用高速离心机离心后取上清即为血清,用ALT、AST检测试剂盒参照使用手册进行测定。取小鼠肝组织,液氮研磨后加入裂解液,冰上静置30 min,12 000 r/min,离心15 min,取上清液,测定浓度后,4∶1加入蛋白上样缓冲液,100 ℃变性5 min后,上样,电泳,转膜,封闭,TBST清洗3次×5 min,孵育一抗[EGFR(1∶1 000);JAK1(1∶1 000);STAT3(1∶1 000);p-JAK1(1∶1 000);p-STAT3(1∶1 000);GAPDH(1∶1 000)],4 ℃摇床过夜;TBST清洗,孵育二抗(1∶10 000)1 h,TBST清洗,显影液1∶1配置后显影。

1.5.7 统计学方法 采用SPSS 26.0统计软件进行数据处理。计量资料服从正态分布以()表示,2组间比较采用两独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 片仔癀的活性成分与药物靶点筛选 通过TCMSP等数据库检索并筛选,获得片仔癀的有效化学成分共31种,删去重复项后共24种,见表1。根据度值和中介中心性排序获得主要活性成分有槲皮素、熊果酸、β-谷甾醇等。筛选出片仔癀活性成分的不重复作用靶点共有217个。将中药、化合物和对应靶点导入Cytoscape 3.7.2软件,获得片仔癀药物-成分-靶点网络图。见图1。

图1 片仔癀药物-成分-靶点网络图

表1 片仔癀主要化学成分表

2.2 药物-疾病的共同靶点 通过GeneCards和OMIM数据库查询获得肝纤维化相关靶点7 043个。将片仔癀的靶点与肝纤维化的靶点做韦恩图取交集,得到共同靶点196个,即片仔癀治疗肝纤维的潜在靶点。见图2。

图2 片仔癀靶点和肝纤维化靶点交集韦恩图

2.3 共同靶点的PPI网络及核心靶点分析 经STRING数据库获取片仔癀治疗肝纤维化潜在作用靶点的互相作用(PPI)网络,并通过Cytoscape 3.7.2软件分析筛选核心靶点。其中以中介中心性和度值联合筛选出排名前20位的核心靶点分别为:Akt1、IL-6、TNF、TP53、VEGFA、JUN、IL-1β、EGFR、CASP3、PTGS2、MYC、ESR1、STAT3、HIF1A、MMP9、EGF、PPARG、FOS、CXCL8和CCND1。见图3。

图3 片仔癀治疗肝纤维化的核心靶点

2.4 核心靶点GO和KEGG通路富集分析 对片仔癀-肝纤维化的196个共同靶点进行GO富集分析,得到7 651个条目,其中生物过程(BP)6 206条,细胞组成(CC)537条,分子功能(MF)908条,取各前10个条目。图中蓝色代表生物过程,橙色代表分子功能、绿色代表细胞组分,其中免疫系统过程、细胞增殖、抗氧化活性与肝纤维化有关。见图4。

图4 片仔癀治疗肝纤维化靶点的GO富集分析

经Omicshare网站进行KEGG通路分析,获得片仔癀-肝纤维化两者共关联信号通路175条(P<0.05)。主要涉及到癌症、糖代谢、乙型肝炎、细胞因子(TNF、IL-17)等信号通路,其中片仔癀治疗肝纤维化的核心靶点中表皮生长因子(EGF)、表皮生长因子受体(EGFR)、信号转导及转录激活蛋白3(STAT3)均富集在癌症信号通路上。见图5。

图5 片仔癀治疗肝纤维化靶点的KEGG富集分析

2.5 3组小鼠肝组织形态比较 肉眼观察发现正常对照组小鼠肝脏颜色红润,表面光滑;模型组小鼠肝脏略显黄褐色,表面粗糙有颗粒感;片仔癀组小鼠与模型组相比,表面光滑,颜色较红润。

病理组织切片HE染色结果显示:正常对照组小鼠肝组织形态正常;模型组小鼠肝细胞严重水肿,胞浆疏松淡染,以及炎性细胞浸润,纤维结缔组织大量增生,肝小叶结构破坏;片仔癀组肝细胞脂肪变性明显减少,炎性细胞浸润减少。

Masson染色结果显示:模型组肝组织内胶原纤维比正常对照组明显增多(蓝色区域),肝小叶结构破坏;片仔癀组小鼠肝纤维化程度明显减轻。见图6。

图6 各组小鼠肝及组织形态(HE染色、Masson染色,×200)

2.6 3组小鼠肝指数的影响 见图7。

图7 3组小鼠肝指数比较

2.7 3组小鼠血清ALT、AST的含量比较 见图8。

图8 3组小鼠血清ALT、AST含量比较

2.8 3组小鼠肝组织EGFR、JAK1、STAT3、p-JAK1、p-STAT3蛋白量表达的影响 见图9。

图9 3组小鼠肝组织EGFR、JAK1、p-JAK1、STAT3及p-STAT3蛋白相对表达量

3 讨 论

肝纤维化表现出乏力纳差、恶心呕吐、腹胀不适、胁肋部隐痛等症状,该病归属为“肝积”“鼓胀”“黄疸”等[15]。大多数医家均认为由湿热疫毒之邪侵扰机体,正邪交争而损伤机体,从而导致血瘀痰毒蕴结,脏腑气血阴阳失调而发病[16]。病位涉及肝、脾、肾三脏,可影响到气、血、水的运行。因此治疗上需清热解毒、活血化瘀[17]。片仔癀是主要由三七、麝香、牛黄、蛇胆等组成,具有清热解毒、消肿散结、活血化瘀、扶正祛邪的功效,其组方配伍与肝纤维化中医辨证论治中清热、化瘀、散结等治法相吻合。临床上可用于多种原因所致急慢性肝炎、肝损伤等疾患。

网络药理学分析表明,片仔癀抗肝纤维的关键靶点可能为Akt1、IL-6、TNF、TP53、VEGFA、JUN、IL1B、EGFR、CASP3、PTGS2、MYC、ESR1、STAT3等。进而通过GO、KEGG通路富集分析显示,主要调控的信号通路有癌症、糖代谢、乙型肝炎、TNF、IL-17等信号通路。其中,片仔癀与肝纤维化的核心靶点EGFR、STAT3富集在EGFR/JAK1/STAT3信号轴上。

癌症信号通路中的EGFR/JAK1/STAT3信号轴参与细胞增殖、分化、凋亡以及免疫调节等很多重要生物学过程。EGFR近膜端有能与非受体型酪氨酸蛋白激酶(JAKs)相互作用的区域,而其远膜端能被活化的JAK磷酸化。蛋白质磷酸化和去磷酸化在控制JAK/STAT通路中起核心作用。此类受体是借助JAKs激活信号转导子和STAT而最终作用于基因的转录调节。因此,活化的EGFR可激活JAK/STAT信号发挥作用[18]。此外,研究发现,IFN-γ和IL-6等炎症因子可促进JAK/STAT信号激活,进而发挥其免疫调控功能。IL-6是机体免疫应答的重要炎症介质,IL-6结合受体后可活化JAK1,并促使STAT3的磷酸化和转录激活,最终调控炎症反应[19-20]。

肝纤维化是肝内结缔组织异常增生的病理过程,是慢性肝脏疾病向肝硬化甚至肝癌等病变的起因[21]。片仔癀临床上可用于多种原因所致急慢性肝炎、肝损伤等疾患[22-23]。ALT、AST是反映肝脏正常代谢功能的重要生化指标,当肝脏受损时,ALT及AST含量将升高。与正常对照组比,模型组小鼠血液中ALT、AST含量升高,表明模型组小鼠的肝功能受损;经片仔癀治疗后,这2种指标的含量均明显降低,表示肝脏功能有明显恢复。HE染色结果表明,模型组小鼠肝脏病理切片出现严重细胞水肿和炎症,纤维结缔组织增生,相比模型组,片仔癀干预后均明显减少;Masson染色结果显示,模型组肝组织内胶原纤维明显比正常对照组增多,而片仔癀干预后肝纤维化程度明显减轻。已有各种证据表明,JAK1/STAT3信号通路密切参与肝纤维化发生、发展,抑制JAK1/STAT3信号通路,可抑制肝星状细胞的活化和促进其凋亡,从而起到抑制肝纤维化的作用[23-24]。本研究结果表明,CCl4诱导的肝纤维化模型组,EGFR、JAK1和STAT3这3个蛋白水平表达均比正常对照组明显升高,且JAK1和STAT3磷酸化水平升高;片仔癀干预组可明显下调以上3种关键蛋白。提示经CCl4诱导的肝纤维化进展可能与EGFR/JAK1/STAT3信号轴的激活有关,片仔癀能够明显减轻CCl4诱导的小鼠肝纤维化状态,其抗肝纤维化作用机制可能与EGFR/JAK1/STAT3信号轴有关。

综上所述,片仔癀可以明显降低肝损伤指标的血清含量,改善肝脏纤维化的病理改变,并通过调节EGFR/JAK1/STAT3信号轴起到抑制肝纤维化进程的作用。本研究通过网络药理学研究方法,阐述了片仔癀治疗肝纤维化的相关机制,并进行了一定的实验验证。这为该方治疗肝纤维化的应用提供实验支持,可为后续深入研究提供线索。今后实验可应用片仔癀作用于有关肝纤维化的细胞如肝星状细胞、肝巨噬细胞等的体外实验研究,进一步探索其机制。

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