Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology

Li-jun ZHAO; Yan-miao MA; Kai LIANG; Meng-xue WU; Ya-xin CUI; Jian-xin FAN; Zhen-yu LI; Tao PENG

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20210416

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology

Data Mining | 更新时间：2021-05-17

- Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 27, Issue 11, Pages: 195-204(2021)
- 作者机构：
  
  1.山西中医药大学，太原 030619
  2.山西大学中医药现代研究中心，太原 030006
  3.山西省中西医结合医院，太原 030013
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20210416
  CLC： R271.1;R289;R22;R2-031
- Received：13 August 2020，
  
  Published Online：02 February 2021，
  
  Published：05 June 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
赵丽君,马艳苗,梁凯等.基于芯片分析联合网络药理学探寻淫羊藿干预乳腺癌干细胞的生物标志物及靶点机制[J].中国实验方剂学杂志,2021,27(11):195-204.

ZHAO Li-jun,MA Yan-miao,LIANG Kai,et al.Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2021,27(11):195-204.
赵丽君,马艳苗,梁凯等.基于芯片分析联合网络药理学探寻淫羊藿干预乳腺癌干细胞的生物标志物及靶点机制[J].中国实验方剂学杂志,2021,27(11):195-204. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20210416.

ZHAO Li-jun,MA Yan-miao,LIANG Kai,et al.Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2021,27(11):195-204. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20210416.

摘要

目的

通过芯片分析联合网络药理学及其实验验证，阐明淫羊藿干预乳腺癌干细胞（BCSCs）的潜在分子标志物和药物-化合物-靶点机制。

方法

在中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）检索相关药物信息，获得淫羊藿的活性成分和潜在靶点。在基因表达综合（GEO）数据库检索“Breast Cancer Stem Cells”，通过分析与筛选，获取GSE98239芯片数据，使用GEO2R在线分析工具获取其差异基因，绘制差异基因热图和火山图。通过Cytoscape 3.8.0构建淫羊藿干预乳腺癌干细胞差异基因网络图，并进行药物与疾病基因的基因本体（GO）和京都基因和基因组百科全书（KEGG）富集分析。将人乳腺癌MDA-MB-231细胞分为20%，40%，60%淫羊藿含药血清组和对照组，通过细胞增殖与活性检测（CCK-8），蛋白免疫印迹法（Western blot）检测淫羊藿含药血清干预MDA-MB-231后，对其活性和乳腺癌细胞中靶蛋白表达量的影响。

结果

获得淫羊藿含有的黄酮、甾醇、生物碱及倍半萜类活性成分23个，发现其与乳腺癌干细胞中的B细胞淋巴瘤-2样蛋白1（BCL2L1），基质金属蛋白酶2（MMP2），人前列腺素内过氧化物合酶2（PTGS2），血管内皮生长因子（VEGF）A，转化生长因子

受体Ⅰ（TGFBR1）等枢纽基因相互作用，参与诱导新的血管生成、细胞迁移，使BCSCs持续自我更新而凋亡减少并发生细胞迁移，从而促进乳腺癌的复发和转移。KEGG结果显示，淫羊藿干预pathway in cancer信号通路中转化生长因子

（TGF-

），VEGF，胞内磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt），丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）亚通路的多个差异表达基因（DEGs）来发挥其干预乳腺癌干细胞的功效。实验表明，淫羊藿含药血清干预后乳腺癌细胞存活率显著降低，乳腺癌细胞中TGFBR1和Smad2表达量显著降低（

0.01）。

结论

淫羊藿不同浓度含药血清中的多个组分，能够协同作用于乳腺癌干细胞的目标差异表达基因，并通过下调TGF-

通路中关键分子TGFBR1及下游信号Smad2蛋白的表达水平，从而发挥抑制乳腺癌细胞增殖的作用。

Abstract

Objective

To elucidate the potential molecular markers and drug-compound-target mechanism of Epimedii Folium intervention on breast cancer stem cells（BCSCs） through chip analysis combined with network pharmacology and experimental validation.

Method

Relevant drug information was retrieved in Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform （TCMSP） to obtain the active components and potential targets of Epimedii Folium. "Breast Cancer Stem Cells" were searched in Gene Expression Omnibus（GEO）database，and GSE98239 chip data were obtained through analysis and screening. Then GEO2R online analysis tool was used to obtain the differential genes to draw differential gene heat map and volcano map. The differential gene network map of Epimedii Folium intervention for breast cancer stem cells was constructed by Cytoscape 3.8.0，and Gene Ontology（GO） and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）enrichment analysis of drug and disease genes were performed. Human breast cancer MDA-MB-231 cells were divided into 20%，40%，60% Epimedii Folium drug-containing serum group and control group. Cell counting kit-8（CCK-8），and Western blot were used to detect the effect of Epimedii Folium drug-containing serum intervention on cell activity and target protein expression in breast cancer cells.

Result

Twenty-three active components including flavones，sterols，alkaloids and sesquiterpenoids were obtained from Epimedii Folium. It was found that Epimedii Folium interacted with B-cell lymphoma-2-like protein 1（BCL2L1），matrix metallopeptidase 2（MMP2），prostaglandin-endoperoxide synthase 2（PTGS2），vascular endothelial growth factor A（VEGFA），transforming growth factor beta receptor 1（TGFBR1） and other pivotal genes in breast cancer stem cells，participated in the induction of new angiogenesis and cell migration，enabled the continuous self-renewal of BCSCs，decreased apoptosis and cell migration，thus promoting the recurrence and metastasis of breast cancer. KEGG results showed that Epimedii Folium intervened in multiple differential expressed genes（DEGs）of transforming growth factor-

（TGF-

），vascular endothelial growth factor（VEGF），phosphoinositide 3kinase/protein kenase B（PI3K/Akt），mitogen-activated protein kinese（MAPK）and mammalian target of rapamycin（mTOR）subpathways in cancer signaling pathways to exert its efficacy in intervening breast cancer stem cells. Experiments showed that the survival rate of breast cancer cells was significantly reduced and the expression levels of TGFBR1 and Smad2 in breast cancer cells significantly decreased after the intervention of Epimedii Folium drug-containing serum（

0.01）.

Conclusion

Several components in different concentrations of drug-containing serum of Epimedii Folium can synergistically act on target differentially expressed genes of breast cancer stem cells，and inhibit the proliferation of breast cancer cells by down-regulating the expression levels of TGFBR1，a key molecule in the TGF-

pathway，and Smad2，a downstream signal.

关键词

Keywords

references

SIEGEL R L ， MILLER K D ， JEMAL A . Cancer statistics，2018 ［J］. CA Cancer JClin ， 2018 ， 68 （ 1 ）： 7 - 30 .

FAN L ， STRASSER-WEIPPL K ， LI J J ， et al . Breast cancer in China ［J］. Lancet Oncol ， 2014 ， 15 （ 7 ）： e279 - e289 .

AL-HAJJ M ， WICHA M S ， BENITO-HERNANDEZ A ， et al . Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2003 ， 100 （ 7 ）： 3983 - 3988 .

THARMAPALAN P ， MAHENDRALINGAM M ， BERMAN H K ， et al . Mammary stem cells and progenitors：targeting the roots of breast cancer for prevention ［J］. EMBO J ， 2019 ， 38 （ 14 ）： e100852 .

SOUSA B ， RIBEIRO A S ， PAREDES J . Heterogeneity and plasticity of breast cancer stem cells ［J］. Adv Exp Med Biol ， 2019 ， 1139 ： 83 ‐ 103 .

PALOMERAS S ， RUIZ-MARTINEZ S ， PUIG T . Targeting breast cancer stem cells to overcome treatment resistance ［J］. Molecules ， 2018 ， 23 （ 9 ）： 2193 .

BUTTI R ， GUNASEKARAN V P ， KUMAR T V S ， et al . Breast cancer stem cells：biology and therapeutic implications ［J］. Int J Biochem Cell Biol ， 2019 ， 107 ： 38 - 52 .

DITTMER J . Breast cancer stem cells：features，key drivers and treatment options ［J］. Semin Cancer Biol ， 2018 ， 53 ： 59 ‐ 74 .

REN L ， CHEN H ， SONG J ， et al . MiR-454-3p-Mediated Wnt/ β -catenin signaling antagonists suppression promotes breast cancer metastasis ［J］. Theranostics ， 2019 ， 9 （ 2 ）： 449 ‐ 465 .

KONTOMANOLIS E N ， KALAGASIDOU S ， POULILIOU S ， et al . The notch pathway in breast cancer progression ［J］. Sci World J ， 2018 ， 2018 ： 2415489 .

BHATEJA P ， CHERIAN M ， MAJUMDER S ， et al . The hedgehog signaling pathway：a viable target in breast cancer？［J］. Cancers（Basel）， 2019 ， 11 （ 8 ）： 1126 .

SURIYAMURTHY S ， BAKER D ， TEN DIJKE P ， et al . Epigenetic reprogramming of TGF- β signaling in breast cancer ［J］. Cancers（Basel）， 2019 ， 11 （ 5 ）： 726 .

国家药典委员会 . 中华人民共和国药典：一部［M］. 北京：中国医药科技出版社， 2015 .

罗露，袁志鹰，黄惠勇，等 . 淫羊藿化学成分及药理研究进展［J］. 亚太传统医药， 2019 ， 15 （ 6 ）： 190 - 194 .

TELANG N T ， LI G ， KATDARE M ， et al . The nutritional Herb Epimedium grandiflorum nhibits the growth in a model for the luminal A molecular subtype of breast cancer ［J］. Oncol Lett ， 2017 ， 13 （ 4 ）： 2477 - 2482 .

黄美雯，杨华杰，周晓春，等 . 网络药理学在民族药研究中的应用与展望［J］. 中国中药杂志， 2019 ， 44 （ 15 ）： 3187 - 3194 .

刘志强，王博龙 . 中药网络药理学药效成分筛选与靶标预测的研究进展［J］. 中成药， 2019 ， 41 （ 1 ）： 171 - 178 .

AUNGST B J . Optimizing oral bioavailability in drug discovery：an overview of design and testing strategies and formulation options ［J］. J Pharm Sci ， 2017 ， 106 （ 4 ）： 921 - 929 .

INSUA-RODRIGUEZ J ， PEIN M ， HONGU T ， et al . Stress signaling in breast cancer cells induces matrix components that promote chemoresistant metastasis ［J］. EMBO Mol Med ， 2018 ， 10 （ 10 ）： e9003 .

李艳，于涛，苗明三 . 淫羊藿的化学、药理与临床应用分析［J］. 中医学报， 2017 ， 32 （ 4 ）： 619 - 622 .

何丽君，江金井，陈豪，等 . 淫羊藿药理作用和临床应用的研究进展［J］. 中医临床研究， 2020 ， 12 （ 2 ）： 17 - 20 .

CHENG X ， TAN S ， DUAN F ， et al . Icariin induces apoptosis by suppressing autophagy in tamoxifen-resistant breast cancer cell line MCF-7/TAM ［J］. Breast Cancer ， 2019 ， 26 （ 6 ）： 766 - 775 .

郭莉，张娴，柴生颋，等 . 淫羊藿苷对人乳腺癌MCF-7细胞增殖、凋亡作用的实验研究［J］. 辽宁中医杂志， 2015 ， 42 （ 3 ）： 643 - 645 .

TAO C C ， WU Y ， GAO X ， et al . The antitumor effects of icaritin against breast cancer is related to estrogen receptors ［J］. Curr Mol Med ， 2020 ， 20 ： 1 - 13 .

WANG X ， ZHENG N ， DONG J ， et al . Estrogen receptor-α36 is involved in icaritin induced growth inhibition of triple-negative breast cancer cells ［J］. J Steroid Biochem Mol Biol ， 2017 ， 171 ： 318 - 327 .

SONG J ， HUANG H ， XIA Z ， et al . TPGS/phospholipids mixed micelles for delivery of icariside Ⅱ to multidrug-resistant breast cancer ［J］. Integr Cancer Ther ， 2016 ， 15 （ 3 ）： 390 - 399 .

LI B ， NI CHONGHAILE T ， FAN Y ， et al . Therapeutic rationale to target highly expressed CDK7 conferring poor outcomes in triple-negative breast cancer ［J］. Cancer Res ， 2017 ， 77 （ 14 ）： 3834 ‐ 3845 .

JIA L ， YANG X ， TIAN W ， et al . Increased expression of c-Met is associated with chemotherapy-resistant breast cancer and poor clinical outcome ［J］. Med Sci Monit ， 2018 ， 24 ： 8239 - 8249 .

PARR C ， ALI AY . Boswellia frereana suppresses HGF-mediated breast cancer cell invasion and migration through inhibition of c-Met signalling ［J］. J Transl Med ， 2018 ， 16 （ 1 ）： 281 .

XU H ， LIN F ， WANG Z ， et al . CXCR2 promotes breast cancer metastasis and chemoresistance via suppression of AKT1 and activation of COX2 ［J］. Cancer Lett ， 2018 ， 412 ： 69 - 80 .

尹燕雪，李传伟，于爱莲，等 . 盐霉素通过TGF β 1/Smad信号通路抑制MMP-2、9降低CD44 + /CD24 -/low 表型乳腺癌干细胞迁移和侵袭能力［J］. 临床与实验病理学杂志， 2016 ， 32 （ 3 ）： 262 - 267 .

CANCEMI P ， BUTTACAVOLII M ， ROZ E ， et al . Expression of alpha-enolase（ENO1），Myc promoter-binding protein-1（MBP-1） and matrix metalloproteinases （MMP-2 and MMP-9） reflect the nature and aggressiveness of breast tumors ［J］. Int J Mol Sci ， 2019 ， 20 （ 16 ）： 3952 .

QIN H ， LIU X ， LI F ， et al . PAD1 promotes epithelial-mesenchymal transition and metastasis in triple-negative breast cancer cells by regulating MEK1-ERK1/2-MMP2 signaling ［J］. Cancer Lett ， 2017 ， 409 ： 30 ‐ 41 .

黄清南，黄耀，李明，等 . 血管内皮生长因子（VEGF）高表达和血小板应答蛋白1（TSP-1）低表达与乳腺癌患者预后相关分析［J］. 细胞与分子免疫学杂志， 2019 ， 35 （ 9 ）： 828 - 831 .

ZHANG Q ， LU S ， LI T ， et al . ACE2 inhibits breast cancer angiogenesis via suppressing the VEGFa/VEGFR2/ERK pathway ［J］. J Exp Clin Cancer Res ， 2019 ， 38 （ 1 ）： 173 .

SUNDQVIST A ， MORIKAWA M ， REN J ， et al . JUNB governs a feed-forward network of TGF β signaling that aggravates breast cancer invasion ［J］. Nucleic Acids Res ， 2018 ， 46 （ 3 ）： 1180 - 1195 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Analysis on Pharmacodynamic Material Basis and Mechanism of Famous Classical Formula Renshen Wuweizi Tang in Treatment of Spleen and Lung Qi Deficiency Syndrome

Study on Mechanism of Action of Matrine in Treatment of Inflammatory Bowel Disease Based on Zebrafish Model and Network Pharmacology

Mechanism of Chenpi Huoxiangtang Against Diarrhea： Based on Network Pharmacology and Experimental Verification

Mechanism of Epimedii Folium in Treatment of Oligoasthenotspermia Based on Network Pharmacology and Molecular Docking

Mechanism of Xianglian Huazhuo Prescription Against Chronic Atrophic Gastritis Based on Network Pharmacology and Experimental Verification

Related Author

LI Shanshan

ZHONG Yute

XIANG Xiaomei

KANG Wei

ZHOU Shufan

WANG Ping

XU Haiyu

CHEN Linzhen

Related Institution

Key Laboratory for Research and Evaluation of Traditional Chinese Medicine， National Medical Products Administration，Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences

Liaoning Herbapex Pharmaceutical（Group） Co. Ltd.

Beijing Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine（TCM） Quality Evaluation， Beijing University of Chinese Medicine

School of TCM， Beijing University of Chinese Medicine

National Institutes for Food and Drug Control

AI问答

Postal code：100700
Tel：010-84076882 Email：syfjx_2010@188.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备11006657号-10 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰