基于网络药理学及体外实验探讨青黄散抗急性髓系白血病的分子机制

伍振辉; 张欢; 吴欣平; 周露; 曾英坚

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20220414

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于网络药理学及体外实验探讨青黄散抗急性髓系白血病的分子机制

数据挖掘 | 更新时间：2022-03-07

- 基于网络药理学及体外实验探讨青黄散抗急性髓系白血病的分子机制
- Molecular Mechanism of Qinghuangsan Against Acute Myeloid Leukemia Based on Network Pharmacology and In Vitro Experiments
- 中国实验方剂学杂志 2022年28卷第7期页码：179-189
- 作者机构：
  
  江西中医药大学附属医院，南昌 330006
- 作者简介：
  
  伍振辉，硕士，从事中药药性与配伍机制研究，E-mail：wzh77580@163.com
  曾英坚，博士，主任中医师，从事中医内科学血液病研究，Tel：0791-86362653，E-mail：13431762390@163.com
- 基金信息：
  
  江西省自然科学基金面上项目(20192BAB205100);江西省中医药管理局临床研究基地建设项目(赣中医药科教字〔2021〕3号);江西省卫生健康委科技计划项目(202210758);江西省中医药管理局科技计划项目(2020A0184;2021B651)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20220414
  中图分类号： R285;R289;R22;R2-031;R33
- 收稿日期：2021-11-08，
  
  网络出版日期：2022-02-08，
  
  纸质出版日期：2022-04-05
- 稿件说明：
移动端阅览
伍振辉,张欢,吴欣平等.基于网络药理学及体外实验探讨青黄散抗急性髓系白血病的分子机制[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(07):179-189.

WU Zhen-hui,ZHANG Huan,WU Xin-ping,et al.Molecular Mechanism of Qinghuangsan Against Acute Myeloid Leukemia Based on Network Pharmacology and In Vitro Experiments[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(07):179-189.
伍振辉,张欢,吴欣平等.基于网络药理学及体外实验探讨青黄散抗急性髓系白血病的分子机制[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(07):179-189. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220414.

WU Zhen-hui,ZHANG Huan,WU Xin-ping,et al.Molecular Mechanism of Qinghuangsan Against Acute Myeloid Leukemia Based on Network Pharmacology and In Vitro Experiments[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(07):179-189. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220414.

摘要

目的

基于网络药理学与分子对接技术预测青黄散治疗急性髓系白血病（AML）的潜在活性靶点与信号通路，通过体外细胞实验进一步验证其作用机制。

方法

基于中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）、中医药综合数据库（TCMID）、TargetNet、SwissTargetPrediction数据库获取青黄散活性成分和作用靶点；通过DrugBank、DisGeNET、GeneCards、在线人类孟德尔遗传数据库（OMIM）获取AML疾病相关靶点。筛选出青黄散与AML的共同靶点后，使用STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用网络分析，并通过RStudio软件使用R语言及clusterProfiler、Bioconductor等包进行基因本体论（GO）和京都基因和基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。同时应用Cytoscape软件进行“疾病-药物成分-靶点”与“化合物-靶点-通路”网络的构建。选取青黄散活性成分与“化合物-靶点-通路”网络排名前8个靶点进行分子对接。利用体外细胞实验及蛋白免疫印迹法（Western blot）进一步验证青黄散抗AML作用。

结果

预测结果显示青黄散主要活性成分11个，收集青黄散与AML的共同靶点22个；KEGG通路分析结果显示磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路可能在青黄散治疗AML疾病中起到关键作用。“化合物-靶点-通路”网络分析显示排名前8的靶点包括Akt1、磷脂酰肌醇3-激酶催化亚基α（PIK3CA）、双特异性丝裂原活化蛋白激酶1（MAP2K1）、凋亡相关基因（TP53）、原癌基因丝苏氨酸蛋白激酶1（RAF1）、B细胞淋巴瘤-2基因（Bcl-2）、胱天蛋白酶-9（Caspase-9）和原癌基因（JUN）。分子对接结果表明3-吲哚基-

-吡喃葡萄糖苷与MAP2K1、异牡荆素与PIK3CA、靛玉红与Bcl-2对接最优。细胞实验表明3-吲哚基-

-吡喃葡萄糖苷、异牡荆素和靛玉红可有效抑制AML细胞增殖，并调控MAPK/PI3K信号通路，抑制Bcl-2蛋白的表达。

结论

青黄散可通过多成分-多靶点-多途径方式协同作用治疗AML，其作用机制可能与调控MAPK信号通路及PI3K/Akt信号通路有关。

Abstract

Objective

To predict the therapeutic target genes and related signaling pathways of Qinghuangsan （QHP） in the treatment of acute myeloid leukemia （AML） by network pharmacology，molecular docking，and further clarify its mechanisms through

in vitro

cell experiment.

Method

The active components and targets of QHP were retrieved from traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform （TCMSP），traditional Chinese medicine integrated database （TCMID），TargetNet and SwissTargetPrediction databases，and AML-related target genes were obtained by GeneCards and online mendelian inheritance in man （OMIM） databases. After screening the common targets of QHP and AML，the protein-protein interaction （PPI） network of the common targets was constructed with STRING，followed by gene ontology （GO） term and Kyoto encyclopedia of genes and genomes （KEGG） pathway enrichment analysis based on RStudio software and clusterProfiler，Bioconductor packages. At the same time，Cytoscape software is used to construct the network of "disease-component-target" and "compound-target-pathway". Select the active ingredients of QHP for molecular docking with the top 8 targets in the "compound-target-pathway" network.

In vitro

cell experiment and Western blot were used to further verify the anti-AML effect of QHP.

Result

The prediction results show that there are 11 main active components of QHP，and 22 common targets of QHP and AML are collected. KEGG pathway analysis results show that phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B （PI3K/Akt） and mitogen-activated protein kinase （MAPK） signaling pathways may play a key role in the treatment of AML disease by QHP. "Compound-target-pathway" network analysis showed that the top 8 targets include Akt1，phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha （PIK3CA），mitogen-activated protein kinase kinase 1 （MAP2K1），TP53，serine/threonine kinase （RAF1），B cell lymphoma（Bcl）-2，cysteine aspartic acid specific protease（Caspase）-9 and JUN. Molecular docking results showed that 3-indolyl-

-glucopyranoside was optimally docked with MAP2K1，isovitexin docked with PIK3CA，and indirubin docked with Bcl-2. Cell experiments show that 3-indolyl-

-glucopyranoside，isovitexin and indirubin can effectively inhibit the proliferation of AML cells，regulate the MAPK/PI3K signaling pathway，and inhibit the expression of Bcl-2 protein.

Conclusion

QHP can treat AML through "multi-component，multi-target，multi-pathway" synergistic treatment，and its mechanism of pharmacology may be related to the regulation of MAPK signaling pathway and PI3K/Akt signaling pathway.

关键词

Keywords

references

SHORT N J ， RYTTING M E ， CORTES J E . Acute myeloid leukaemia ［J］. Lancet ， 2018 ， 392 （ 10147 ）： 593 - 606 .

SHALLIS R M ， WANG R ， DAVIDOFF A ， et al . Epidemiology of acute myeloid leukemia： Recent progress and enduring challenges ［J］. Blood Rev ， 2019 ， 36 ： 70 - 87 .

SASAKI K ， RAVANDI F ， KADIA TM ， et al . De novo acute myeloid leukemia： A population-based study of outcome in the United States based on the Surveillance，Epidemiology，and End Results （SEER） database，1980 to 2017 ［J］. Cancer ， 2021 ， 127 （ 12 ）： 2049 - 2061 .

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， 2020 .

孟咸中，缪文雄 . 青黄散联合化疗治疗急性髓性白血病临床研究［J］. 西南国防医药， 2016 ， 26 （ 12 ）： 1454 - 1456 .

吴建伟，黄建栩，郑荣，等 . 青黄散组分抑制BCL-2、 XIAP-1、c-IAP协同诱导KG1a细胞凋亡的实验研究［J］. 中国当代医药， 2018 ， 25 （ 18 ）： 10 - 16 .

RU J ， LI P ， WANG J ， et al . TCMSP： a database of systems pharmacology for drug discovery from herbal medicines ［J］. J Cheminform ， 2014 ， 6 ： 13 - 18 .

GUO W ， HUANG J ， WANG N ， et al . Integrating network pharmacology and pharmacological evaluation for deciphering the action mechanism of herbal formula zuojin pill in suppressing hepatocellular carcinoma ［J］. Front Pharmacol ， 2019 ， 10 ： 1185 .

XUE R ， FANG Z ， ZHANG M ， et al . TCMID： Traditional Chinese Medicine integrative database for herb molecular mechanism analysis ［J］. Nucleic Acids Res ， 2013 ， 41 （ Database issue ）： D1089 - D1095 .

DAINA A ， MICHIELIN O ， ZOETE V . SwissTargetPrediction： updated data and new features for efficient prediction of protein targets of small molecules ［J］. Nucleic Acids Res ， 2019 ， 47 （ W1 ）： W357 - W364 .

YAO Z J ， DONG J ， CHE Y J ， et al . TargetNet： a web service for predicting potential drug-target interaction profiling via multi-target SAR models ［J］. J Comput Aided Mol Des ， 2016 ， 30 （ 5 ）： 413 - 424 .

WISHART D S ， KNOX C ， GUO A C ， et al . DrugBank： A knowledgebase for drugs， drug actions and drug targets ［J］. Nucleic Acids Res ， 2008 ， 36 （ Database issue ）： D901 - D906 .

PIñERO J ， BRAVO À ， QUERALT-ROSINACH N ， et al . DisGeNET： a comprehensive platform integrating information on human disease-associated genes and variants ［J］. Nucleic Acids Res ， 2017 ， 45 （ D1 ）： D833 - D839 .

STELZER G ， ROSEN N ， PLASCHKES I ， et al . The GeneCards suite： From gene data mining to disease genome sequence analyses ［J］. Curr Protoc Bioinformatics ， 2016 ，54：1.30. 1 - 1 .30.33.

AMBERGER J S ， BOCCHINI C A ， SCOTT A F ， et al . OMIM.org： leveraging knowledge across phenotype-gene relationships ［J］. Nucleic Acids Res ， 2019 ， 47 （ D1 ）： D1038 - D1043 .

UNIPROT CONSORTIUM . UniProt： the universal protein knowledgebase in 2021 ［J］. Nucleic Acids Res ， 2021 ， 49 （ D1 ）： D480 - D489 .

SZKLARCZYK D ， GABLE A L ， LYON D ， et al . STRING v11： Protein-protein association networks with increased coverage， supporting functional discovery in genome-wide experimental datasets ［J］. Nucleic Acids Res ， 2019 ， 47 （ D1 ）： D607 - D613 .

SHANNONP ， MARKIELA ， OZIERO ， et al . Cytoscape： A software environment for integrated models of biomolecular interaction networks ［J］. Genome Res ， 2003 ， 13 （ 11 ）： 2498 - 2504 .

ITO K ， MURPHY D . Application of ggplot2 to pharmacometric graphics ［J］. CPT Pharmacometrics Syst Pharmacol ， 2013 ， 2 （ 10 ）： e79 .

YU G ， WANG LG ， HAN Y ， et al . clusterProfiler： An R package for comparing biological themes among gene clusters ［J］. OMICS ， 2012 ， 16 （ 5 ）： 284 - 287 .

OTASEK D ， MORRIS J H ， BOUÇAS J ， et al . Cytoscape automation： Empowering workflow-based network analysis ［J］. Genome Biol ， 2019 ， 20 （ 1 ）： 185 .

TROTT O ， OLSON A J . AutoDock Vina： Improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function，efficient optimization，and multithreading ［J］. J Comput Chem ， 2010 ， 31 （ 2 ）： 455 - 461 .

HSIN KY ， GHOSH S ， KITANO H . Combining machine learning systems and multiple docking simulation packages to improve docking prediction reliability for network pharmacology ［J］. PLoS One ， 2013 ， 8 （ 12 ）： e83922 .

杨程，夏琳，赫童，等 . 表观遗传学修饰在血液肿瘤中的研究进展［J］. 生物化学与生物物理进展， 2020 ， 47 （ 5 ）： 386 - 398 .

方伟祯，蔡振华，古文深，等 . 急性髓系白血病中医分型与多项基因突变关系［J］. 中国中西医结合杂志， 2020 ， 40 （ 11 ）： 1328 - 1332 .

ZHU H ， ZHAO N ， JIANG M . Isovitexin attenuates tumor growth in human colon cancer cells through the modulation of apoptosis and epithelial-mesenchymal transition via PI3K/Akt/mTOR signaling pathway ［J］. Biochem Cell Biol ， 2021 ， 99 （ 6 ）： 741 - 749 .

石凤芹，吕鹏，何昊，等 . 靛玉红标准品与升血小板胶囊对ITP模型小鼠外周血小板数影响的比较［J］. 中国实验血液学杂志， 2020 ， 28 （ 6 ）： 2039 - 2045 .

LIU X J ， WANG L N ， ZHANG Z H ， et al . Arsenic trioxide induces autophagic degradation of the FLT3-ITD mutated protein in FLT3-ITD acute myeloid leukemia cells ［J］. J Cancer ， 2020 ， 11 （ 12 ）： 3476 - 3482 .

沈明月，吴晓龙，崔思远，等 . 基于线粒体动力学探讨三氧化二砷联合槲皮素诱导人急性髓系白血病Kasumi-1细胞凋亡的作用机制［J］. 中华中医药杂志， 2019 ， 34 （ 12 ）： 5637 - 5641 .

MURALI I ， KASAR S ， NAEEM A ， et al . Activation of the MAPK pathway mediates resistance to PI3K inhibitors in chronic lymphocytic leukemia ［J］. Blood ， 2021 ， 138 （ 1 ）： 44 - 56 .

BARBOSA K ， LI S ， ADAMS P D ， et al . The role of TP53 in acute myeloid leukemia： Challenges and opportunities ［J］. Genes Chromosomes Cancer ， 2019 ， 58 （ 12 ）： 875 - 888 .

LI G ， WANG K ， LI Y ， et al . Role of eIF3a in 4-amino-2-trifluoromethyl-phenyl retinate-induced cell differentiation in human chronic myeloid leukemia K562 cells ［J］. Gene ， 2019 ， 683 ： 195 - 209 .

KULSOOM B ， SHAMSI T S ， AFSAR N A ， et al . Bax，Bcl-2，and Bax/Bcl-2 as prognostic markers in acute myeloid leukemia： Are we ready for Bcl-2-directed therapy？［J］ Cancer Manag Res ， 2018 ， 10 ： 403 - 416 .

MADADI Z ， AKBARI-BIRGANI S ， MONFARED P D ， et al . The non-apoptotic role of caspase-9 promotes differentiation in leukemic cells ［J］. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res ， 2019 ， 1866 （ 12 ）： 118524 .

ZHOU C ， MARTINEZ E ， DI MARCANTONIO D ， et al . JUN is a key transcriptional regulator of the unfolded protein response in acute myeloid leukemia ［J］. Leukemia ， 2017 ， 31 （ 5 ）： 1196 - 1205 .

RAHMANI M ， NKWOCHA J ， HAWKINS E ， et al . Cotargeting Bcl-2 and PI3K induces Bax-dependent mitochondrial apoptosis in AML cells ［J］. Cancer Res ， 2018 ， 78 （ 11 ）： 3075 - 3086 .

YUAN M ， SUN Z ， MANTHARI RK ， et al . Arsenic-induced autophagy regulates apoptosis in AML-12 cells ［J］. Toxicol In Vitro ， 2021 ， 72 ： 105074 .

PAN R ， RUVOLO V ， MU H ， et al . Synthetic lethality of combined Bcl-2 inhibition and p53 activation in AML： Mechanisms and superior antileukemic efficacy ［J］. Cancer Cell ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 748 - 760 .

HAN L ， ZHANG Q ， DAIL M ， et al . Concomitant targeting of Bcl-2 with venetoclax and MAPK signaling with cobimetinib in acute myeloid leukemia models ［J］. Haematologica ， 2020 ， 105 （ 3 ）： 697 - 707 .

NEPSTAD I ， HATFIELD K J ， GRØNNINGSÆTER I S ， et al . Effects of insulin and pathway inhibitors on the PI3K-Akt-mTOR phosphorylation profile in acute myeloid leukemia cells ［J］. Signal Transduct Target Ther ， 2019 ， 4 ： 20 .

JASEK-GAJDA E ， JURKOWSKA H ， JASIŃSKA M ， et al . Targeting the MAPK/ERK and PI3K/Akt signaling pathways affects NRF2，Trx and GSH antioxidant systems in leukemia cells ［J］. Antioxidants （Basel）， 2020 ， 9 （ 7 ）： 633 .

CHENG J ， LI Y ， LIU S ， et al . CXCL8 derived from mesenchymal stromal cells supports survival and proliferation of acute myeloid leukemia cells through the PI3K/Akt pathway ［J］. FASEB J ， 2019 ， 33 （ 4 ）： 4755 - 4764 .

YANG J ， HU S ， WANG C ， et al . Fangchinoline derivatives induce cell cycle arrest and apoptosis in human leukemia cell lines via suppression of the PI3K/Akt and MAPK signaling pathway ［J］. Eur J Med Chem ， 2020 ， 186 ： 111898 .

HOESSEL R ， LECLERC S ， ENDICOTT J A ， et al . Indirubin，the active constituent of a Chinese antileukaemia medicine，inhibits cyclin-dependent kinases ［J］. Nat Cell Biol ， 1999 ， 1 （ 1 ）： 60 - 67 .

MARTELLI AM ， NYÅKERN M ， TABELLINI G ， et al . Phosphoinositide 3-kinase/Akt signaling pathway and its therapeutical implications for human acute myeloid leukemia ［J］. Leukemia ， 2006 ， 20 （ 6 ）： 911 - 928 .

MILELLA M ， KORNBLAU SM ， ESTROV Z ， et al . Therapeutic targeting of the MEK/MAPK signal transduction module in acute myeloid leukemia ［J］. J Clin Invest ， 2001 ， 108 （ 6 ）： 851 - 859 .

ZHOU L ， ZHAO Y . B7-H3 induces ovarian cancer drugs resistance through an PI3K/Akt/Bcl-2 signaling pathway ［J］. Cancer Manag Res ， 2019 ， 11 ： 10205 - 10214 .

AKHTAR N ， BAIG M W ， HAQ I U ， et al . Withanolide metabolites inhibit PI3K/Akt and MAPK pro-survival pathways and induce apoptosis in acute myeloid leukemia cells ［J］. Biomedicines ， 2020 ， 8 （ 9 ）： 333 .

张敏，吴青青，李晨辉，等 . 基于UPLC-Q-TOF-MS/MS技术分析不同配伍比例雄黄对青黛入血成分的影响［J］. 中国实验方剂学杂志， 2020 ， 26 （ 13 ）： 79 - 86 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于cAMP通路探究功劳木生物碱调节突触可塑性改善抑郁症的作用机制

保心颗粒调控铁死亡治疗心力衰竭的潜在活性成分及分子机制分析

当归-黄精药对治疗单纯性肥胖的作用及机制

经典名方阳和汤的抗乳腺癌活性成分筛选

经典名方人参五味子汤治疗脾肺气虚证的药效物质基础和作用机制分析