一种基于中药整合药理学平台分析“半夏-柴胡”药对治疗胃炎作用机制方法

一种基于中药整合药理学平台分析“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎作用机制方法
技术领域
1.本发明属于医药技术领域，具体涉及一种基于中药整合药理学平台分析“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎作用机制方法。


背景技术：

2.胃炎归属于中医“胃脘痛”“痞满”“纳呆”等范畴。临床数据表明，中医中药能使轻、中度的胃炎病理改变减轻，甚至逆转。目前对于胃炎的病因和发病机制还未完全阐明，主要包括幽门螺杆菌感染(引起的疣状胃炎更易发生腺体萎缩、肠化及异型增生)、胆汁反流(损伤胃黏膜)、血管活性因子及细胞因子改变(血管活性肠肽减少)、免疫因素(继发性自身免疫反应)、年龄因素(胃炎的发病率与年龄呈正相关)和其他因素(饮食、药物、肥胖等)。
3.小柴胡汤和半夏泻心汤出自东汉张仲景的《伤寒论》，均是调和肠胃、治痞之良方，方中柴胡有和解表里、疏肝升阳之功效，半夏降逆止呕，消痞散结。“半夏
‑
柴胡”药对是该方关键组合，基本可体现全方之效用，起寒热并用，调其阴阳，疏肝和胃，消痞止痛之效，恰合慢性胃炎病证，对治疗胃炎有较好疗效。研究表明，半夏主要含生物碱类、有机酸类、甾醇类、挥发油类、氨基酸类、黄酮类等化学成分，其中半夏生物碱包括麻黄碱、腺苷、次黄嘌呤核苷、鸟苷等，具有抗炎作用，是治疗胃炎的主要药理活性成分。柴胡主要含挥发油、黄酮类、皂苷类、木脂素类、多糖类等。研究表明，柴胡挥发油中石竹烯、榄香烯等成分及柴胡皂苷具有抗炎作用，为治疗胃炎的活性成分。
4.中药整合药理学平台(traditional chinese medicine of integrated pharmacology，tcmip，http://www.tcmip.cn/)是包含大量中药相关数据的数据库平台，主要从中药、中药单体成分、疾病和靶标4个层面对中药或复方的药理作用进行分析研究。基于大数据，结合中药网络药理学分析，全面中医认识经方的药理作用是当前研究中药药理学机制的重要方法。tcmip利用人工智能数据挖掘，结合当前网络及大数据，科学地构建了智能化和网络化的数据平台，可用于分析多种中药的活性单体成分与疾病相关的靶标及通路之间的联系，形成直观的网络图谱，揭示中药潜在的药效物质基础，探索药效作用的分子机制，为经方的研究提供了方法。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于中药整合药理学平台分析“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎作用机制方法，通过构建“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的“中药(药对)
‑
成分
‑
靶标
‑
通路”的分子机制网络，分析“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的作用机制。
6.本发明的技术解决方案如下：
7.一种基于中药整合药理学平台分析“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎作用机制方法，包括以下步骤：
8.1)化学成分分析；
9.2)“半夏
‑
柴胡”药对候选靶标提取及潜在治疗靶标预测；
10.3)蛋白质
‑
蛋白质相互作用(protein
‑
protein interaction,ppi)网络构建；
11.4)go功能和通路分析。
12.进一步地，所述步骤1)化学成分分析的具体方法是：依据《中国药典》(2015年版)，收集关于“半夏”、“柴胡”的化学成分信息，包括中文名、英文名、分子式、相对分子质量、2d分子结构、3d分子结构等，并根据整合药理学平台tcmip中的操作方法，将其导入中药整合药理学系统，建立“半夏”、“柴胡”相关化学成分信息的数据库。
13.进一步地，步骤2)“半夏
‑
柴胡”药对候选靶标提取及潜在治疗靶标预测的具体方法是：在中药整合药理学平台中，添加半夏，柴胡药材，并将疾病靶标关键词设为“gastritis(胃炎)”，进行检索。在中药靶标预测界面，通过openbabel软件研究“半夏
‑
柴胡”药对中的化学成分和分子指纹，将药对中的化学成分的二维结构和fda已上市药物的结构进行化学指纹特征的比对。将jaccard系数大于0.8的药物靶标作为“半夏
‑
柴胡”药对作用的候选靶标。
14.进一步地，所述步骤3)ppi网络是利用整合药理学平台数据库，建立“半夏
‑
柴胡”药对作用的候选靶标信息数据库与建立的“gastritis”疾病靶标之间的相互作用网络。
15.进一步地，所述步骤3)ppi网络构建的具体方法是：卡值选用“节点连接度(degree)”的2倍中位数，其中的节点选择中药靶标与相关疾病的基因相互作用网络的核心节点；在进一步的节点选择中，需要选取在“节点连接度(degree)”、“节点介度(betweenness)”、“节点紧密度(closeness)”三个方面的中位数同时满足的节点，在节点选择结束之后，可以将节点及所得到的的靶标构建“半夏
‑
柴胡”药对的潜在靶标与治疗胃炎症靶标之间相互作用的靶标网络。
16.进一步地，所述步骤4)go通路分析是通过对通路富集分析处理转化，得到直观可视的“半夏
‑
柴胡”药对抗胃炎作用机制的关联网络图谱。
17.进一步地，所述步骤4)go功能和通路分析的具体方法是：采用基因本体数据库(http：//www.geneontology.org/)进行基因go功能分析，采用京都基因和基因组百科全书(kegg)通路数据库(http：//www.genome.jp/kegg/)进行通路富集分析。
18.本发明的有益效果：本研究通过中药整合药理学平台，采用中药整合药理学分析手段，对“半夏
‑
柴胡”药对进行研究，分析中药有效成分与靶标的相互作用，探究其可能的作用通路，构建“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的“中药(药对)
‑
成分
‑
靶标
‑
通路”的分子机制网络，为相关处方的进一步开发提供理论依据。
附图说明
19.图1：“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的候选靶标网络；其中，实心原点代表候选药物靶标；
20.图2：“半夏
‑
柴胡”治疗胃炎的“中药
‑
成分
‑
靶标
‑
通路”多维网络关系图，其中，1号区域代表中药，2号区域代表化学成分，3号区域代表靶标，4号区域代表通路。
具体实施方式
21.下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实
施例。以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
22.1实验方法
23.1.1化学成分分析
24.依据《中国药典》(2015年版)，收集关于“半夏”、“柴胡”的化学成分信息，包括中文名、英文名、分子式、相对分子质量、2d分子结构、3d分子结构等，并根据整合药理学平台tcmip中的操作方法，将其导入中药整合药理学系统，建立“半夏”、“柴胡”相关化学成分信息的数据库。
25.1.2“半夏
‑
柴胡”药对候选靶标提取及潜在治疗靶标预测
26.在中药整合药理学平台中，添加半夏，柴胡药材，并将疾病靶标关键词设为“gastritis(胃炎)”，进行检索。在中药靶标预测界面，通过openbabel软件研究“半夏
‑
柴胡”药对中的化学成分和分子指纹，将药对中的化学成分的二维结构和fda已上市药物的结构进行化学指纹特征的比对。将jaccard系数大于0.8的药物靶标作为“半夏
‑
柴胡”药对作用的候选靶标。
27.1.3 ppi网络构建
28.卡值选用“节点连接度(degree)”的2倍中位数，其中的节点选择中药靶标与相关疾病的基因相互作用网络的核心节点；在进一步的节点选择中，需要选取在“节点连接度(degree)”、“节点介度(betweenness)”、“节点紧密度(closeness)”三个方面的中位数同时满足的节点，在节点选择结束之后，可以将节点及所得到的的靶标构建“半夏
‑
柴胡”药对的潜在靶标与治疗胃炎症靶标之间相互作用的靶标网络。
29.1.4 go功能和通路分析
30.采用基因本体数据库(http：//www.geneontology.org/)进行基因go功能分析，采用京都基因和基因组百科全书(kegg)通路数据库(http：//www.genome.jp/kegg/)进行通路富集分析。
31.2实验结果
32.2.1“半夏
‑
柴胡”药中化学成分对应的预测靶标
33.经tcmip分析，得到“半夏
‑
柴胡”药对中103个活性成分，其中柴胡62个、半夏41个。半夏41个活性成分共对应237个靶标、柴胡62个活性成分共对应657个靶标。设定相似性分数≥0.8，筛选中药活性成分的预测靶标共291个，其中柴胡活性成分对应预测靶标95个，半夏活性成分对应预测靶标196个，两者共有靶标22个。
34.采用go功能分析，对“半夏
‑
柴胡”药对291个预测靶标基因进行分析，结果显示“半夏
‑
柴胡”药对的分子功能主要涉及胞外谷氨酸门控离子通道活性(extracellular
‑
glutamate
‑
gated ion channel activity)、细胞溶质(cytosol)、离子型谷氨酸受体信号通路(ionotropic glutamate receptor signaling pathway)、蛋白质翻译的trna氨酰化(trna aminoacylation for protein translation)等。采用kegg通路数据库对“半夏
‑
柴胡”预测靶标进行通路富集分析，结果显示，“半夏
‑
柴胡”药对主要涉及谷氨酸突触(glutamatergic synapse)、氨酰
‑
trna生物合成(aminoacyl
‑
trna biosynthesis)、神经系统(nervous system)、氨基酸代谢(amino acid metabolism)、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸
代谢(alanine,aspartate and glutamate metabolism)等通路。
35.2.2“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的候选靶标
36.利用tcmip数据库中ppi相互作用分析平台，分析“半夏
‑
柴胡”药对291个预测靶标与胃炎相关靶标之间的相互作用网络，共筛选出胃炎疾病靶标319个，与“半夏
‑
柴胡”药重叠的靶点有149个。选择degree前100名的候选靶标用cytoskaper软件绘制网络，见图1，degree的高度与节点的大小成正比，degree高度排前5位的分别为：腺苷酸环化酶1(adenylate cyclase1,adcy 1)、腺苷酸环化酶2(adenylate cyclase 2,adcy 2)、g蛋白偶联β1受体(recombinant g protein beta 1,gnβ1)、腺苷酸环化酶5(adenylate cyclase 5,adcy 5)、磷酸化蛋白激酶1(phosphorylated protein kinase 1,p
‑
akt1)受体，分别与70个、70个、62个、60个、60个疾病靶标有相互作用。
37.2.3“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的候选靶标基因功能
38.对149个“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的候选靶标基因进行go功能分析，分子功能主要涉及蛋白激酶活性(protein kinase activity)、蛋白质结合(protein binding)、gtp酶活性(gtpase activity)、信号转导(signal transduction)、焦点黏附(focal adhesion)、血小板活化(platelet activation)等(表1)。
39.表1“半夏
‑
柴胡”药对治疗胃炎的候选靶标基因功能信息
[0040][0041]
2.4“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的候选靶标通路信息
[0042]
采用kegg数据库对149个“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的候选靶标进行通路富集后，按照p值排序统计排位前20条的通路(表2)，主要涉及通路包括：趋化因子信号通路、神经系统、内分泌系统、雌激素信号通路、物质依赖、嘌呤代谢、乙型肝炎、核苷酸代谢等。
[0043]
表2“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的候选靶标通路信息
[0044][0045]
#：数据库里暂未编号
[0046]
2.5“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的多维网络关系利用tcmip数据库，采用cytoskaper软件构建“半夏
‑
柴胡”药治疗胃炎的“中药
‑
成分
‑
靶标
‑
通路”可视多维网络关系图，见图2。