数据挖掘和网络药理学对中药治疗痛风性关节炎的规律及机制研究

目的:本研究旨在探索中药治疗痛风性关节炎(gouty arthritis,GA)的用药规律,挖掘核心组方,通过网络药理学分析核心组方治疗GA的作用机制,并运用实验验证关键化合物对GA的治疗效果和作用机制,为GA的临床治疗和机制研究提供理论参考。方法:(1)首先利用数据挖掘技术收集中药治疗GA的相关文献,筛选处方并构建中药处方数据库。然后对数据库中各处方所含药物进行频数统计,接着进行四气、五味、归经分析以及系统聚类分析,从而发现中药治疗GA的用药规律,最后通过关联规则分析得出中药治疗GA的核心组方。(2)运用网络药理学分析核心组方对GA的作用机制。首先依据药代动力学参数筛选组方中药物的有效成分及潜在靶点,然后于Cytoscape软件中构建“药物-活性成分-靶点”网络,并依据degree值筛出选关键化合物。在Gene Card、OMIM、NCBI数据库中预测GA相关靶点,然后基于Bisogenet对药物靶点和疾病靶点进行蛋白质相互作用(Protein-protein interaction,PPI),筛选出核心靶点,通过Venn分析获得药物与GA的交集靶点,最后将核心靶点与交集靶点作为药物-疾病相互作用靶点,导入DAVID和Metascape数据库进行GO和KEGG富集分析。(3)体外与体内水平验证研究。根据上述研究结果,关键化合物选用槲皮素,体外研究对象选用THP-1细胞(人髓系白血病单核细胞),体内实验选用BALB/c小鼠。首先通过尿酸钠(Monosodium uratec,MSU)刺激THP-1细胞获得GA细胞模型,然后使用细胞计数试剂盒-8检测细胞毒性,再给予不同剂量槲皮素处理,免疫荧光检测白介素-17(Interleukin,IL-17)信号通路相关炎症因子和蛋白表达;体内实验,通过对BALB/c小鼠灌胃给于次黄嘌呤(0.1 g/kg)和关节注射MSU(20~50μL,0.1g/m L)获得GA模型,再分别给与50 mg/kg和200 mg/kg槲皮素做为低、高治疗剂量,实验结束后采用苏木精-伊红染色和Masson染色观察小鼠关节损伤情况,酶联免疫吸附法检测血清炎症因子水平,免疫组化和Western blot检测关节滑膜组织IL-17信号通路相关炎症因子和蛋白表达水平。结果:(1)文献检索共获得18 043篇相关文献,经纳入和排除标准筛选后获得文献246篇,其中包含处方252首,涉及中药312味,用药总频数达2 846次。对药物性味归经分析发现,中药治疗GA时以寒性药物为主,药味偏苦和肝,主要归肝经、胃经和脾经。聚类分析将高频药物分为5类,分别对应清热解毒、温阳利水、活血祛瘀、益气补中、通痹止痛的功效。关联规则分析得到黄柏、苍Baricitinib说明书术、薏苡仁、土茯苓、甘草5味核心药物组合。(2)对5味核心药物进行数据库预测并筛选后,获得128种活性成分,潜在靶点263个。同时预测到GA相关靶点245个。建立“药物-活性成分-靶点”网络,依据degree值筛选得到10种核心成分,包括槲皮素、豆甾醇、柚皮素、β-谷甾醇、山奈酚、维斯体素、汉黄芩素、7-甲氧基-2-甲基异黄酮、异紫堇杷明碱、芒柄花黄素。其中槲皮素degree值最大,作为关键化合物。再通过PPI和Venn分析得到药物-疾病相互作用靶点59个,最后经GO和KEGG富集分析显示,多种生物过程和信号通路参与其中,包括转录、翻译、蛋白质结合等过程,以及IL-17信号通路、MAPK信号通路、TNF信号通路等。依据显著性和通路-靶点网络筛选,发现IL-17信号通路占据关键位置。(3)为弄清关键化合物槲皮素是否通过影响IL-17信号通路在GA治疗过程中发挥作用,分别进行了体外和体内实验。体外实验结果表明槲皮素能够有效抑制细胞炎症反应,降低细胞中IL-1β、IL-6、TNF-α水平,抑制IL-17、p-p65、ACT1等IL-17通路相关蛋白表达;体内实验发现槲皮素能够显著减轻GA小鼠关节肿胀,减少滑膜组织损伤和纤维化,降低血清炎症因子水平,同时下调GA小鼠关节滑膜组织中IL-1β、IL-6、TNF-α水平,抑制IL-17、p-p65、ACT1蛋白的表达。结论:数据挖掘和网络药理学研究表明,黄柏、苍术、薏苡仁、土茯苓farmed snakes、甘草是治疗GA的核心组方,槲皮素是5种核心中药材的关键活性成分。实验研究表明,槲皮素是治疗GA的很有潜selleck NMR力的化合药物,可以通过调节IL-17信号通路对GA起到治疗作用。