Exploring Key Genes and Signaling Pathways in Treatment of Bronchial Asthma with Xiao Qinglongtang Based on Network Pharmacology and Bioinformatics

Ning-zi ZANG; Pin LI; Li-jian PANG; Xiao-dong LYU

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20202313

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Exploring Key Genes and Signaling Pathways in Treatment of Bronchial Asthma with Xiao Qinglongtang Based on Network Pharmacology and Bioinformatics

Data Mining | 更新时间：2021-02-09

- Exploring Key Genes and Signaling Pathways in Treatment of Bronchial Asthma with Xiao Qinglongtang Based on Network Pharmacology and Bioinformatics
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 27, Issue 3, Pages: 171-183(2021)
- 作者机构：
  
  1.辽宁中医药大学附属医院，沈阳 110032
  2.辽宁中医药大学，沈阳 110847
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20202313
  CLC： R256.12;R289;R22;R2-031
- Received：26 February 2020，
  
  Published Online：22 October 2020，
  
  Published：05 February 2021
- 稿件说明：
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臧凝子,李品,庞立健等.基于网络药理学和生物信息学筛选小青龙汤治疗支气管哮喘的关键基因和通路[J].中国实验方剂学杂志,2021,27(03):171-183.

ZANG Ning-zi,LI Pin,PANG Li-jian,et al.Exploring Key Genes and Signaling Pathways in Treatment of Bronchial Asthma with Xiao Qinglongtang Based on Network Pharmacology and Bioinformatics[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2021,27(03):171-183.
臧凝子,李品,庞立健等.基于网络药理学和生物信息学筛选小青龙汤治疗支气管哮喘的关键基因和通路[J].中国实验方剂学杂志,2021,27(03):171-183. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202313.

ZANG Ning-zi,LI Pin,PANG Li-jian,et al.Exploring Key Genes and Signaling Pathways in Treatment of Bronchial Asthma with Xiao Qinglongtang Based on Network Pharmacology and Bioinformatics[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2021,27(03):171-183. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202313.

摘要

目的

运用网络药理学与生物信息学方法构建“疾病-基因-靶点-成分-药物”网络以探索小青龙汤治疗支气管哮喘的关键基因和信号通路。

方法

基于高通量基因表达（GEO）数据库筛选哮喘与健康人差异基因，通过TCMSP数据库检索小青龙汤中药物活性成分，筛选疾病基因和药物成分靶点作为交集基因，采用R语言，Cytoscape 3.7.2软件中不同软件包分别对交集基因进行蛋白互作（PPI）分析，基因本体（GO）功能富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。

结果

GEO数据库中编号为Series GSE43696符合研究要求，内含108张芯片数据，通过筛选得到差异表达基因820个；小青龙汤中共含有活性成分169个，对应作用靶点246个；通过小青龙汤靶基因与疾病基因取交集共获得25个交集基因；PPI网络结果提示91个靶点可能参与小青龙汤作用机制中；GO富集分析共涉及包括氧化应激、炎症反应、细胞外基质调控、血管内皮生长因子功能调控在内的180条基因功能；KEGG富集分析共获得包括辅助性T细胞17（Th17）分化调控，白细胞介素-17（IL-17），肿瘤坏死因子（TNF），低氧诱导因子-1α（HIF-1α）在内的39条信号通路。

结论

小青龙汤在哮喘干预中体现了多成分、多靶点、多通路特征，该研究结果可为小青龙汤机制挖掘提供重要依据。

Abstract

Objective

This research aims to construct the "disease-gene-target-components-drug" network with the methods of network pharmacology and bioinformatics， and to explore the key genes and signaling pathways of Xiao Qinglongtang in the treatment of bronchial asthma.

Method

First，we selected the differentially expressed genes between patients with asthma and healthy people with use of the gene expressing Omnibus（GEO） database，and searched the active ingredients from Xiao Qinglongtang with use of TCMSP database，and then screened disease genes and herb ingredient targets as intersecting genes to construct the protein-protein interactions （PPI） network by using R language and Cytoscape 3.7.2 software. At the same time Gene Ontology （GO） analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG） pathway enrichment analysis were carried out.

Result

Series GSE43696 in GEO database were successfully filtered，which contained 108 pieces of chip data. A total of 820 differentially expressed genes were screened from the chip data. Then we filtered 169 active ingredients and 246 targets of Xiao Qinglongtang from database. Through the above steps，we obtained 25 intersecting genes， and PPI network results showed that 91 potential targets may be involved in the mechanism of Xiao Qinglongtang. A total of 180 gene functions such as response to oxidative stress，inflammatory response，extracellular matrix organization and positive regulation of vascular endothelial growth factor production were showed in GO enrichment analysis results. 39 signaling pathways were showns in the results of KEGG pathway enrichment analysis，such as T helper cell 17（Th17） cell differentiation，interleukin 17（IL-17）signaling pathway，tumor necrosis factor（TNF） signaling pathway，and hypoxia inducible factor-1（HIF-1） signaling pathway.

Conclusion

Xiao Qinglongtang fully embodies the characteristics of multi-components，multi-targets and multi-pathways in the intervention of bronchial asthma. The results of the study could provide an important basis for mechanism research of Xiao Qinglongtang in treating asthma.

关键词

Keywords

references

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