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

赵丽君; 马艳苗; 梁凯; 吴梦雪; 崔亚新; 范建新; 李震宇; 彭涛

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20210416

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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

数据挖掘 | 更新时间：2021-05-17

- 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
- Biomarkers and Target Mechanisms of Epimedii Folium Intervention on Breast Cancer Stem Cells Based on Chip Analysis and Network Pharmacology
- 中国实验方剂学杂志 2021年27卷第11期页码：195-204
- 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：
  
  赵丽君，在读硕士，从事中西医结合防治肿瘤疾病的研究，E-mail：672213789@qq.com
  彭涛，博士，主任医师，硕士生导师，从事经方防治炎性免疫性疾病研究，E-mail：Pengtao5197220@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(81703978);山西省科技厅重点研发计划项目(201803D421053);山西省科技厅新型冠状病毒疫情防控科研攻关项目(202003D33002/GZ);山西省高等学校科技创新项目(201804002);山西中医药大学基础研究专项(2020PY-JC-01);国家中医药管理局中医方剂新药创制创新团队项目(2018TD-004)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20210416
  中图分类号： R271.1;R289;R22;R2-031
- 收稿日期：2020-08-13，
  
  网络出版日期：2021-02-02，
  
  纸质出版日期：2021-06-05
- 稿件说明：
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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

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