雷公藤與甲氨蝶呤、黃芪與當歸聯(lián)用治療RA機制的生物信息學分析.pdf

1、背景:
　　類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種以關節(jié)滑膜炎癥為特征的慢性全身性自身免疫性疾病。全世界患病率為0.3％～1％，各年齡組人群均可發(fā)病，據(jù)有關資料統(tǒng)計我國發(fā)病率約為0.32％～0.36％[1]，如不及時治療，可引起嚴重的關節(jié)畸形，關節(jié)功能障礙，嚴重影響患者生活質(zhì)量。
　　類風濕性關節(jié)炎的治療目標是通過減輕關節(jié)炎帶來的疼痛、防止關節(jié)的破壞及維持關節(jié)的機能來提高患者身體上、精神上以及在

2、社會中的生活品質(zhì)。類風濕性關節(jié)炎的核心治療是藥物治療，西藥包括抗類風濕藥物、非甾體類抗炎藥物及甾體類藥物等。抗類風濕性藥物是控制由于免疫機能異常而引起的類風濕性關節(jié)炎的藥物，目前有免疫調(diào)節(jié)藥、免疫抑制藥及生物制劑等。劑量服用西藥治療本病，易出現(xiàn)胃腸道癥狀及間質(zhì)性腎損害，臨床常常結合中藥治療本病，中醫(yī)藥以辨證論治為主，強調(diào)整體性，可以從多層次、通過多途徑來調(diào)節(jié)機體的免疫功能，具有較大的潛力與優(yōu)勢。多項臨床研究證明某些中藥制劑及與西藥聯(lián)合治

3、療的聯(lián)合制劑有著比單用西藥更令人滿意的療效[2]，可提高、鞏固療效，同時能降低藥物的毒副作用[3]。
　　文本挖掘是一個交叉的研究領域，它涉及到自然語言處理、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索等多個領域的內(nèi)容，在商業(yè)、傳媒、教育、政府、銀行及生物技術、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)領域都發(fā)揮著不可忽視的作用[4]。中醫(yī)藥學包含著豐富的知識，經(jīng)過近十多年各方面研究人員的努力，已經(jīng)積累了大量以數(shù)據(jù)庫存儲為主的中醫(yī)藥數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以文本型居多。文本挖掘能從海

4、量的中醫(yī)藥文獻中發(fā)現(xiàn)知識，以促進中醫(yī)藥的發(fā)展。
　　生物信息學是八十年代末隨著人類基因組計劃的啟動而興起的一門新的交叉學科是在生命科學的研究中以計算機為工具對生物信息進行儲存檢索和分析的科學。生物信息學用于中藥的研究，可確定中藥的作用靶位。中藥及其復方有效世人共知，但迄今為止中藥還沒有進入國際醫(yī)藥市場的主流，其最根本的原因是中藥理論無法與國際上普遍接受的現(xiàn)代醫(yī)學理論接軌。通過人類基因組計劃篩選和分離出各種疾病相應的致病基因，再以其

5、作為藥物的靶標來研究重要作用的分子機制，這可能是未來中藥藥理研究的主要方向之一。應用基因芯片技術和蛋白組相關分析技術研究中藥復方對細胞基因表達譜和蛋白表達譜的影響，可以建立基因芯片及蛋白組學和生物信息學等技術平臺，利用此平臺將中藥復方多組分、多靶點、多途徑作用與基因、蛋白表達關聯(lián)起來，比較各自不同的表達差異譜，確定不同配伍組方對應基因及蛋白表達靶點，并根據(jù)表達的器官特異性及表達水平與復方的君、臣、佐、使理論及用藥劑量相關聯(lián)，同時根據(jù)不同

6、配伍組方對應基因及蛋白靶點的相互作用，分析各組成復方單藥之間的密切關系，闡明藥物作用的物質(zhì)基礎及內(nèi)在的配伍規(guī)律性[5]。這種方法對于中藥及其復方的研究與開發(fā)及走向世界均具有重要的實際意義。
　　我們希望能依據(jù)現(xiàn)有的文獻報道，利用生物信息學的分析方法，得到藥物聯(lián)合應用的網(wǎng)絡，探索中西藥間、中藥配伍間的相互作用規(guī)律，以便為中西藥聯(lián)合、中藥配伍合理應用，提供依據(jù)，逐步達到聯(lián)合用藥確實“安全、有效、經(jīng)濟、合理”。
　　目的:

7、　　采用文本挖掘方法，得出常用治療RA的中西藥聯(lián)合、中藥配伍用藥為研究對象，利用Pubchem查找到相應的人類靶標蛋白，將其導入IPA分析平臺(IngenuityPathways Analysis，IPA)得到相應的network、pathway等，與RA患者與健康人差異基因導入IPA獲得的相應network、pathway對比分析，探討其生物通路網(wǎng)絡的構建及其治療RA的機制。
　　研究內(nèi)容:
　　本研究完成下列內(nèi)容的研究工

8、作：
　　1治療RA常用中西藥聯(lián)合、中藥配伍應用規(guī)律的挖掘。
　　利用文本挖掘技術：分別找到中西藥聯(lián)合、中藥配伍應用頻次最高的藥物。
　　2雷公藤與甲氨蝶呤(methotrexate，MTX)、黃芪與當歸藥理網(wǎng)絡的構建及其治療RA機制的生物信息學分析，主要包括如下具體研究內(nèi)容：
　　(1)應用Pubchem檢索雷公藤及MTX的藥物人類靶蛋白，將其導入IPA分析平臺得到相應的network、pathway等，探討其

9、生物通路網(wǎng)絡的構建：對比RA患者與健康人差異表達基因構建的生物通路網(wǎng)絡，探討其治療RA的機制。
　　(2)應用Pubchem檢索當歸及黃芪的藥物人類靶蛋白，將其導入IPA分析平臺得到相應的network、pathway等，探討其生物通路網(wǎng)絡的構建；對比RA患者與健康人差異表達基因構建的生物通路網(wǎng)絡，探討其治療RA的機制。
　　研究結果:
　　1治療RA常用中西藥聯(lián)合、中藥配伍應用規(guī)律的挖掘。
　　中成藥和西藥的聯(lián)

10、用中，雷公藤多甙片和MTX聯(lián)合應用明顯較多。雷公藤多甙片的臨床報告近年較多，居于中成藥的首位，返查文獻發(fā)現(xiàn)，臨床聯(lián)合應用時，文獻大多報道可以起到協(xié)同作用，合用的療效優(yōu)于單用，依據(jù)大量文獻中西醫(yī)聯(lián)合用藥療效比較確切。
　　從挖掘結果來看，中藥桂枝、芍藥、知母、黃芪、當歸配伍頻次較高，其中喻含著湯藥桂枝芍藥知母湯、當歸補血湯，反查文獻發(fā)現(xiàn)，對各證型的RA均可加減運用，值得進一步深入研究。
　　2雷公藤與MTX、黃芪與當歸藥理網(wǎng)絡

11、的構建及其治療RA機制的生物信息學分析。
　　2.1蛋白質(zhì)泛素化途徑可能是雷公藤、MTX、雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪聯(lián)合當歸治療RA的作用機制之一。
　　蛋白質(zhì)泛素化途徑與免疫系統(tǒng)疾病RA密切相關。根據(jù)生物分析的結果提示，藥物雷公藤、MTX、雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪、當歸聯(lián)合黃芪都可能通過蛋白質(zhì)泛素化途徑來影響治療RA。所以，推測蛋白質(zhì)泛素化途徑是雷公藤、MTX、雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪、當歸聯(lián)合黃芪能夠治療RA的作用途徑之一。進一

12、步分析上述藥物作用與該途徑的靶蛋白發(fā)現(xiàn)有共同點，這個共同點就是作用于E3 RING靶點。
　　E3 RING是泛素蛋白連接酶(E3)的兩個主要的家庭之一，并且已有文獻報道E3連接酶很可能是一種治療RA的新的治療方法。
　　2.2雷公藤與MTX聯(lián)合應用，不僅作用于蛋白質(zhì)泛素化途徑，較單獨應用MTX，增加了更廣泛的生物通路。
　　生物分析結果提示，雷公藤、MTX聯(lián)合應用可能通過影響粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子通路、二十二碳

13、六烯酸信號通路、酪氨酸蛋白激酶l和3細胞因子信號作用通路等幾個生物通路，更有效，更全面的對RA患者進行治療。
　　2.3熱休克蛋白是黃芪與當歸聯(lián)合應用與RA患者及健康人的差異基因作用于蛋白質(zhì)泛素化途徑時的共同靶點之一。
　　生物信息學結果分析可以提示，除了結果分析出黃芪聯(lián)合當歸通過E3 Ring影響蛋白質(zhì)泛素化途徑外，還可以通過HSP來影響蛋白質(zhì)泛素化途徑，是其治療RA的重要機制之一。另我們生物學分析結果中，黃芪與健康人和R

14、A患者差異基因有共同影響的幾個生物通路，包括：蛋白質(zhì)泛素化途徑、凋亡信號、糖皮質(zhì)激素受體信號等，并且在兩者聯(lián)用之后，共同影響的通路在治療RA中權重變大，而當歸與健康人和RA患者差異基因未有共同影響的生物通路。
　　結論:
　　1大多數(shù)中成藥都與MTX聯(lián)合應用。其中，雷公藤多甙片與MTX聯(lián)合應用頻次最多。最常應用治療RA的中藥有桂枝、白芍、知母、黃芪、當歸，在這樣聯(lián)合應用中，提示治療RA的中藥復方配伍包括兩個中藥經(jīng)典方：桂枝芍

15、藥知母湯、當歸補血湯(黃芪、當歸)。
　　2雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪聯(lián)合當歸治療RA的機制之一，可能是通過影響以下一系列的信號轉導途徑來實現(xiàn)的：E3 RING→E3泛素連接酶→蛋白質(zhì)泛素化→NF-κB/TGF-β。
　　3雷公藤、MTX聯(lián)合應用較單獨應用MTX，可能通過影響粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子通路、二十二碳六烯酸信號通路、酪氨酸蛋白激酶1和3細胞因子信號作用通路、凋亡信號通路等幾個生物通路，更全面更有效的對RA患者進行