摘要中药是疾病治疗的宝贵资源中药复方可借助多成分协同作用提升疗效、降低毒副作用。但目前中药的协同作用机制仍尚不明确。中药体系组分复杂通过实验逐一验证所有成分组合不具备可行性。本研究构建了基于网络分析的模型HerbSyner_Finder用于筛选中药中的协同活性成分。该模型融合网络邻近性与群落分析可为复杂生物体系构建多维组合图谱量化药材-疾病、成分-疾病、药材-药材、成分-成分类互作关系。本研究以治疗咳嗽变异性哮喘CVA的中药复方为研究对象从数千组候选组合中筛选得到组抗CVA协同成分对山奈酚-槲皮素、小檗碱-木犀草素。后续网络分析证实小檗碱与木犀草素可协同调控NLRP3/NF-κB信号通路进而改善CVA引发的炎症反应。综上HerbSyner_Finder是款专用计算框架可实现复杂体系与中药中协同活性成分的高通量、高效筛选。yinyin.wangcpu.edu.cnnhtancpu.edu.cn#网络群落分析 #中药 #协同成分 #咳嗽变异性哮喘 #网络药理学 #高通量筛选方法探究小檗碱与木犀草素治疗咳嗽变异性哮喘的协同作用机制图1网络模型整体架构(a) 对治疗咳嗽变异性哮喘的中药复方开展系统性比对并挖掘核心作用靶点(b) 融合网络邻近性与群落分析筛选协同成分组合(c) 对协同成分组合开展药效验证与作用机制探究。结果种咳嗽变异性哮喘复方的数据统计分析图2 5种中药复方的数据收集结果(a) 5种复方的药材与成分交集分析(b) 5种复方靶点与咳嗽变异性哮喘疾病靶点的交集分析。种咳嗽变异性哮喘复方作用靶点的系统性比对图3 咳嗽变异性哮喘核心枢纽基因的功能分析(a) 经最大团中心性MCC算法筛选得到的枢纽基因蛋白互作网络(b) 桑基图展示枢纽基因与KEGG通路的对应关系(c) 火山图对比咳嗽变异性哮喘模型组与对照组的差异表达基因(d) 枢纽基因在对应药材及复方中的分布映射。基于组合图谱筛选咳嗽变异性哮喘复方的协同成分图4 苏黄止咳胶囊的组合互作图谱(a) 以网络距离为边权重展示药材间、成分间的组合互作网络(b) 苏黄止咳胶囊邻近互作网络的Louvain群落分析筛选口服生物利用度≥30%、类药性≥0.18且与咳嗽变异性哮喘聚类的成分构建成分-疾病互作网络(c) 协同成分在各复方及药材中的归属映射。图5 基于层次聚类与网络群落分析解析组合特征层次聚类与网络群落分析解析组合特征。热图展示药材间、成分间的互作评分图上方与左侧标注对应成分所属的药材及复方数值代表网络距离数值越小表示互作关系越紧密。RAW264.7巨噬细胞验证协同成分药效图6 小檗碱与木犀草素在RAW264.7细胞中的MTT检测及协同评分结果(a) 小檗碱与木犀草素的化学结构式(b) MTT法检测细胞活力确定非细胞毒性给药浓度(c) 脂多糖刺激24 h后对比1 μmol/L小檗碱、0.5 μmol/L木犀草素及80 μmol/L地塞米松的一氧化氮抑制率***表示与对照组相比P0.001与联合用药组相比P0.001数据以平均值±标准误表示n3(d) 采用HSA、Loewe、ZIP、Bliss四种模型计算小檗碱与木犀草素的平均协同评分。图7 脂多糖诱导的RAW264.7细胞模型中协同成分的药效验证(a)(b) 不同浓度小檗碱、木犀草素作用24 h的剂量-效应曲线(c) 不同浓度配比下小檗碱与木犀草素的联合作用矩阵(d) 基于ZIP协同评分绘制的组合效应3维图谱。气道平滑肌细胞验证协同成分药效图8 小檗碱与木犀草素对脂多糖诱导气道平滑肌细胞的协同作用(a) MTT法检测气道平滑肌细胞活力验证受试浓度均无细胞毒性表示P0.01*表示与对照组相比P0.001(b) 脂多糖刺激24 h后对比1.25 μmol/L小檗碱、0.625 μmol/L木犀草素及10 μmol/L地塞米松对细胞增殖的抑制率与对照组相比P0.001与联合用药组相比表示P0.001数据以平均值±标准误表示n3(c) 0~5 μmol/L浓度范围内小檗碱、木犀草素作用于气道平滑肌细胞的剂量-效应曲线(d) 小檗碱与木犀草素联用的剂量-效应矩阵(e) 基于ZIP评分绘制的协同效应3维图谱。木犀草素与小檗碱治疗咳嗽变异性哮喘的体内协同药效图9 小檗碱与木犀草素对卵清蛋白诱导咳嗽变异性哮喘大鼠的协同治疗作用(a) 体内动物实验流程(b) 6组大鼠的咳嗽频率与咳嗽潜伏期检测结果(c)(d) 大鼠肺组织切片经苏木精-伊红染色、马松3色染色、过碘酸-希夫染色后评估肺组织损伤程度(e)(f) 实时荧光定量PCR检测大鼠肺组织中咳嗽变异性哮喘相关细胞因子肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-1β、黏蛋白5AC、白介素-4、白介素-5、环氧合酶-2的mRNA表达水平比例尺100 μm*** 表示与对照组相比P0.001*P0.05、**P0.01、****P0.001表示与卵清蛋白模型组相比*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与联合用药组相比数据以平均值±标准误表示n3。木犀草素与小檗碱的协同作用机制图10 小檗碱与木犀草素在RAW264.7细胞中协同治疗咳嗽变异性哮喘的作用机制(a) 基于HERB数据库收集并分析小檗碱、木犀草素的转录组数据(b) 协同成分的KEGG通路富集分析(c) 实时荧光定量PCR检测RAW264.7细胞中促炎因子肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-1β的mRNA表达(d) 实时荧光定量PCR检测关键趋化因子及其受体CXCL10、CXCL3、CCR10的mRNA表达(e)(f) 蛋白质免疫印迹检测NLRP3炎症小体与NF-κB信号通路相关蛋白定量分析NLRP3、磷酸化p65、总p65、磷酸化IκBα、总IκBα的蛋白表达水平***表示与对照组相比P0.001*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与脂多糖模型组相比*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与联合用药组相比数据以平均值±标准误表示n3。数据所述全部数据、实验方法、网络构建流程、Louvain群落分析及协同评分计算代码均已上传至GitHub平台https://github.com/19900321/HerbSyner_Finder同时搭建了在线分析平台可支持HerbSyner_Finder模型运算任务提交https://herbcomb.com/#/main/finder_synergy详细总结思维导图参考HerbSyner_Finder: a network community-based model for identifying synergistic combinations from herbal medicines and complex systems.Targetome 2(2): e012. DOI: 10.48130/targetome-0026-0013注AI辅助创作如有不当欢迎指出。内容仅供参考不构成任何建议。
摘要中药是疾病治疗的宝贵资源中药复方可借助多成分协同作用提升疗效、降低毒副作用。但目前中药的协同作用机制仍尚不明确。中药体系组分复杂通过实验逐一验证所有成分组合不具备可行性。本研究构建了基于网络分析的模型HerbSyner_Finder用于筛选中药中的协同活性成分。该模型融合网络邻近性与群落分析可为复杂生物体系构建多维组合图谱量化药材-疾病、成分-疾病、药材-药材、成分-成分类互作关系。本研究以治疗咳嗽变异性哮喘CVA的中药复方为研究对象从数千组候选组合中筛选得到组抗CVA协同成分对山奈酚-槲皮素、小檗碱-木犀草素。后续网络分析证实小檗碱与木犀草素可协同调控NLRP3/NF-κB信号通路进而改善CVA引发的炎症反应。综上HerbSyner_Finder是款专用计算框架可实现复杂体系与中药中协同活性成分的高通量、高效筛选。yinyin.wangcpu.edu.cnnhtancpu.edu.cn#网络群落分析 #中药 #协同成分 #咳嗽变异性哮喘 #网络药理学 #高通量筛选方法探究小檗碱与木犀草素治疗咳嗽变异性哮喘的协同作用机制图1网络模型整体架构(a) 对治疗咳嗽变异性哮喘的中药复方开展系统性比对并挖掘核心作用靶点(b) 融合网络邻近性与群落分析筛选协同成分组合(c) 对协同成分组合开展药效验证与作用机制探究。结果种咳嗽变异性哮喘复方的数据统计分析图2 5种中药复方的数据收集结果(a) 5种复方的药材与成分交集分析(b) 5种复方靶点与咳嗽变异性哮喘疾病靶点的交集分析。种咳嗽变异性哮喘复方作用靶点的系统性比对图3 咳嗽变异性哮喘核心枢纽基因的功能分析(a) 经最大团中心性MCC算法筛选得到的枢纽基因蛋白互作网络(b) 桑基图展示枢纽基因与KEGG通路的对应关系(c) 火山图对比咳嗽变异性哮喘模型组与对照组的差异表达基因(d) 枢纽基因在对应药材及复方中的分布映射。基于组合图谱筛选咳嗽变异性哮喘复方的协同成分图4 苏黄止咳胶囊的组合互作图谱(a) 以网络距离为边权重展示药材间、成分间的组合互作网络(b) 苏黄止咳胶囊邻近互作网络的Louvain群落分析筛选口服生物利用度≥30%、类药性≥0.18且与咳嗽变异性哮喘聚类的成分构建成分-疾病互作网络(c) 协同成分在各复方及药材中的归属映射。图5 基于层次聚类与网络群落分析解析组合特征层次聚类与网络群落分析解析组合特征。热图展示药材间、成分间的互作评分图上方与左侧标注对应成分所属的药材及复方数值代表网络距离数值越小表示互作关系越紧密。RAW264.7巨噬细胞验证协同成分药效图6 小檗碱与木犀草素在RAW264.7细胞中的MTT检测及协同评分结果(a) 小檗碱与木犀草素的化学结构式(b) MTT法检测细胞活力确定非细胞毒性给药浓度(c) 脂多糖刺激24 h后对比1 μmol/L小檗碱、0.5 μmol/L木犀草素及80 μmol/L地塞米松的一氧化氮抑制率***表示与对照组相比P0.001与联合用药组相比P0.001数据以平均值±标准误表示n3(d) 采用HSA、Loewe、ZIP、Bliss四种模型计算小檗碱与木犀草素的平均协同评分。图7 脂多糖诱导的RAW264.7细胞模型中协同成分的药效验证(a)(b) 不同浓度小檗碱、木犀草素作用24 h的剂量-效应曲线(c) 不同浓度配比下小檗碱与木犀草素的联合作用矩阵(d) 基于ZIP协同评分绘制的组合效应3维图谱。气道平滑肌细胞验证协同成分药效图8 小檗碱与木犀草素对脂多糖诱导气道平滑肌细胞的协同作用(a) MTT法检测气道平滑肌细胞活力验证受试浓度均无细胞毒性表示P0.01*表示与对照组相比P0.001(b) 脂多糖刺激24 h后对比1.25 μmol/L小檗碱、0.625 μmol/L木犀草素及10 μmol/L地塞米松对细胞增殖的抑制率与对照组相比P0.001与联合用药组相比表示P0.001数据以平均值±标准误表示n3(c) 0~5 μmol/L浓度范围内小檗碱、木犀草素作用于气道平滑肌细胞的剂量-效应曲线(d) 小檗碱与木犀草素联用的剂量-效应矩阵(e) 基于ZIP评分绘制的协同效应3维图谱。木犀草素与小檗碱治疗咳嗽变异性哮喘的体内协同药效图9 小檗碱与木犀草素对卵清蛋白诱导咳嗽变异性哮喘大鼠的协同治疗作用(a) 体内动物实验流程(b) 6组大鼠的咳嗽频率与咳嗽潜伏期检测结果(c)(d) 大鼠肺组织切片经苏木精-伊红染色、马松3色染色、过碘酸-希夫染色后评估肺组织损伤程度(e)(f) 实时荧光定量PCR检测大鼠肺组织中咳嗽变异性哮喘相关细胞因子肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-1β、黏蛋白5AC、白介素-4、白介素-5、环氧合酶-2的mRNA表达水平比例尺100 μm*** 表示与对照组相比P0.001*P0.05、**P0.01、****P0.001表示与卵清蛋白模型组相比*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与联合用药组相比数据以平均值±标准误表示n3。木犀草素与小檗碱的协同作用机制图10 小檗碱与木犀草素在RAW264.7细胞中协同治疗咳嗽变异性哮喘的作用机制(a) 基于HERB数据库收集并分析小檗碱、木犀草素的转录组数据(b) 协同成分的KEGG通路富集分析(c) 实时荧光定量PCR检测RAW264.7细胞中促炎因子肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-1β的mRNA表达(d) 实时荧光定量PCR检测关键趋化因子及其受体CXCL10、CXCL3、CCR10的mRNA表达(e)(f) 蛋白质免疫印迹检测NLRP3炎症小体与NF-κB信号通路相关蛋白定量分析NLRP3、磷酸化p65、总p65、磷酸化IκBα、总IκBα的蛋白表达水平***表示与对照组相比P0.001*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与脂多糖模型组相比*P0.05、**P0.01、***P0.001表示与联合用药组相比数据以平均值±标准误表示n3。数据所述全部数据、实验方法、网络构建流程、Louvain群落分析及协同评分计算代码均已上传至GitHub平台https://github.com/19900321/HerbSyner_Finder同时搭建了在线分析平台可支持HerbSyner_Finder模型运算任务提交https://herbcomb.com/#/main/finder_synergy详细总结思维导图参考HerbSyner_Finder: a network community-based model for identifying synergistic combinations from herbal medicines and complex systems.Targetome 2(2): e012. DOI: 10.48130/targetome-0026-0013注AI辅助创作如有不当欢迎指出。内容仅供参考不构成任何建议。
