基于生物信息学的中药青蒿抗肿瘤作用机制研究お

[摘要]该文利用文本挖掘方法，探讨青蒿与肿瘤间的相互作用关系，利用生物信息学分子网络分析方法，探讨青蒿抗肿瘤的作用机制

>> 结合生物信息学的中药组分结构研究思路 癌症研究的生物信息学资源 青蒿琥酯和青蒿素抗肿瘤作用及其机制的初步研究 生物信息学方法在蛋白质―蛋白质相互作用研究中的应用 生物信息学在生物学研究领域的应用 生物信息学研究生教学初探 生物信息学中的机器学习 生物信息学中的序列比对算法 生物信息学基础 整合生物信息学 姜黄素抗肿瘤作用分子生物学机制的研究进展 小鼠肝质膜蛋白质的生物信息学研究 生物信息学在农学研究领域中的应用 计算机算法在生物信息学中的应用研究 青蒿素及其衍生物抗肿瘤机制 离散数学在生物信息学专业本科教学的开展研究 有关数据仓库技术在生物信息学中应用的研究 CM和PBL教学在生物信息学中结合的应用研究和深入探索 优化生物信息学专业中高等数学教学成效的路径研究 生物背景学生的《生物信息学》课程教学思考与探索 常见问题解答 当前所在位置：）获得。Polysearch系统是一种基于网络的文本挖掘工具，用于识别分析医学文献中医学实体，如人类疾病基因、蛋白质、药物、代谢产物、代谢途径、器官、组织、细胞之间的关系等方面的综合信息[4]。在Polysearch系统中查询到的青蒿作用靶点蛋白，通过人工阅读抽提语句的方式进行校正。

1.2肿瘤作用靶点数据肿瘤相关基因或蛋白质通过应用Polysearch系统和OMIM数据库获得。OMIM 数据库（online mendelian inheritance in man），是一个大型、持续更新的关于人类基因和遗传紊乱的数据库系统，包括文本信息和相关参考信息、序列纪录、图谱等其他数据，具有及时、准确、全面和实用等特点[12]。

2方法

2.1关键靶点蛋白寻找应用Cytoscape3.2.1软件[13]，对上述信息进行可视化构网后，以Merge工具融合药物相关靶点和疾病相关靶点，寻找青蒿与肿瘤共同作用的关键靶点蛋白。

2.2蛋白质相互作用网络构建以青蒿与肿瘤相关的关键靶蛋白名为检索词，从分子相互作用数据库 BioGRID （http：//thebiogridorg/）中进行检索，并用Agilent Literature Search（http： //appscytoscapeorg/apps /agilentliteraturesearch） 文本挖掘工具从文献中获得它们之间相互作用蛋白质的信息。

2.3中心性子网络分析中心性子网络是根据网络中心度进行计算得到的网络中可能起关键性作用的部分网络。用上述信息构建的关键蛋白相互作用网络，以Cytoscape3.2.1软件进行可视化。并采用MODE模块进行中心性网络分析，获得中心性子网络。为注释各显著性高的生物学功能，采用Cytoscape3.2.1软件中的BiNGO工具，进行GO（基因本位论，简称“GO”是一个广泛用于基因功能分类的系统[14]）的聚类分析，评估存在于各GO注释中的蛋白质群[15]，以P反应蛋白质群生物学功能的显著性。

3结果

3.1青蒿与肿瘤共同作用的关键蛋白根据文本挖掘结果，应用Cytoscape3.2.1软件对青蒿与肿瘤共同作用的关键蛋白进行可视化构网，结果见图1。可以看出青蒿与肿瘤存在相互关联作用，青蒿与肿瘤共同作用的关键蛋白有8个。

肿瘤坏死因子（TNF），TNF 按其结构分2型（TNFα和TNFβ），其中由活化的巨噬细胞、单核细胞和T细胞产生的能使肿瘤坏死的因子称为TNFα（旧称TNF），由活化的T 细胞和NK 细胞产生的淋巴毒素称为TNFβ[16]。目前研究较多的是TNFα，TNFβ所知有限。TNFα具有调节机体的免疫功

能和导致肿瘤细胞坏死的特性，TNFα与各种疾病的关系紧密，在许多疾病的研究中都将其作为检测的重要指标[17]。

血管内皮生长因子（VEGF），是血管内皮细胞特异性的肝素结合生长因子，具有促血管生成活性的功能，可在体内诱导血管新生，通过与其特异性受体的结合发挥生理功能[18]。肿瘤的生长依赖肿瘤新生血管的形成，VEGF及其受体介导的肿瘤血管新生，在肿瘤的生长和转移中具有重要作用[19]。

磷脂酰肌醇3激酶（PI3K），PI3K存在于体内各种细胞中，是脂激酶的一种，能募集和激活下游的靶物质而启动一系列信号联级反应，在细胞的有丝分裂、细胞存活与分化、细胞骨架的构型与重塑、血管生成、葡萄糖转运调控以及囊胞的运输中起着重要的作用[20]。PI3K与乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等肿瘤的发生发展密切相关，已成为潜在的癌症治疗靶标[21]。

乙醛脱氢酶1（ALDH1），是乙醛脱氢酶家族1.7种同工酶之一，也是正常干细胞与肿瘤干细胞（CSC）的通用标记物之一，在多种组织（特别是肿瘤组织）中起重要作用，能催化细胞内多种醛的氧化[22]。ALDH1突变可引起细胞的生长、分化障碍，从而导致肿瘤的发生。最初被发现与恶性肿瘤对环磷酰胺类药物的耐药有关，近期研究显示其是多种恶性肿瘤干细胞的表面标志[23]。

Bcl2，是细胞凋亡通路的关键蛋白分子，包括抑制和促进细胞凋亡2类功能相反的基因。抗凋亡Bcl2家族蛋白和促凋亡Bcl2蛋白家族成员之间的失平衡是肿瘤发生的重要原因和标志性事件[24]。在人类许多肿瘤组织中，Bcl2基因的表达水平通常会发生改变，且与肿瘤细胞的多药耐药有关[25]。

MicroRNA （miRNA），是长度为1.9～2.5个核苷酸的非编码小分子RNA，具有调节细胞增殖、分化和凋亡的功能，参与调控个体发育、细胞凋亡、增殖及分化等生命活动[26]。miRNA可通过调控其靶标基因参与的信号通路，影响肿瘤的发生和发展，参与心脏疾病、血管疾病、肿瘤及神经系统等疾病的发生和发展过程[27]。

p3.8，丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）是细胞内主要的信号转导系统之一，p3.8属于MAPK家族中的重要一类。p3.8介导的信号转导通路不仅在炎症、应激反应中具有重要作用，还参与细胞的存活、分化和凋亡等过程[28]。p3.8MAPK信号通路的激活参与了不同刺激所致的一些常见的恶性肿瘤细胞凋亡的启动，例如胃癌、肺癌、乳腺癌以及白血病[29]。

CASP3，细胞内凋亡通路中下游效应分子，能酶切多聚ADP 核糖聚合酶（PARP1），在主要凋亡途径中CASP3被激活而剪切细胞内底物， 从而导致DNA裂解促进细胞凋亡[30]。CASP3 基因多态与肺癌、卵巢癌、非霍奇金淋巴瘤发病密切相关[31]。

3.2关键蛋白相互作用网络应用Agilent Literature Search对青蒿和种类相互作用关键靶蛋白的信息进行分析，构建关键蛋白相互作用网络，结果见图2。图中节点表示靶点蛋白，边表示相互作用。其中有961个节点，3.3.5条边。对相互作用蛋白网络进行的GO分析结果显示，图中蛋白涉及的主要生物学过程为细胞周期、翻译后蛋白修饰、细胞周期调控、蛋白泛素化和细胞器组织的调控共5个方面，显著性检验结果见表1。

3.3中心性子网络分析应用MODE模块对图3进行中心性网络分析，得到中心性子网络见图3。图中有2.1.3个节点，93条边。对中心性网络进行GO分析结果显示，关键作用可能与甘油三酯代谢过程调控、甘油三酯代谢过程正调控、甘油三酯分解代谢过程中的正调控、出芽细胞顶芽生长调节、有丝分裂细胞周期的负调控、减数分裂细胞周期的负调控、转录因子活性的正调控等7个生物学过程有关，显著性检验结果见表2。由此可推断，青蒿可能是通过调节细胞脂质代谢过程，分解大量脂质，释放能量，降低细胞分裂速度，加速细胞凋亡等产生抗肿瘤作用。

4讨论

本研究利用文本挖掘方法探讨青蒿与肿瘤之间的关联关系，发现青蒿与肿瘤具有8个共同的蛋白靶点，包括TNF，VEGF，PI3K，ALDH1，Bcl2，MicroRNA，p3.8，CASP3。通过生物信息学方法对蛋白靶点的相互作用进行深入分析，结果显示，青蒿和肿瘤之间存在一定关系，并且是通过甘油三酯代谢过程调控、甘油三酯代谢过程正调控、甘油三酯分解代谢过程中的正调控、出芽细胞顶芽生长调节、有丝分裂细胞周期的负调控、减数分裂细胞周期的负调控、转录因子活性的正调控等7个生物学过程产生作用。由此可推断，青蒿可能是通过调节细胞脂质代谢过程，分解大量脂质，释放能量，降低细胞分裂速度，加速细胞凋亡等产生抗肿瘤作用。不断深入的研究结果也显示，青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用，通过多种途径抑制癌细胞的生长、增殖与转移，最终诱导其凋亡，包括诱导细胞周期阻滞、促进细胞凋亡、抑制肿瘤血管生成、阻断肿瘤细胞的侵袭转移等[3.2.3.5]。

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