收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于生物信息学和网络药理学整合策略的人参平肺散干预特发性肺纤维化的机制研究

杨斓  
【摘要】:目的:特发性肺纤维化是一种慢性的致命性肺部疾病,主要影响老年群体,至今为止,其发病机制尚不完全明确,药物治疗手段有限。本研究应用生物信息学方法,通过特发性肺纤维化病人的转录组学数据探索疾病机制,比较与联系不同病人群体的疾病机制特征;从网络药理学的研究角度阐释古方人参平肺散对特发性肺纤维化的网络调控机制特点,比较与联系不同病人群体的作用机制;通过计算机模拟分子对接研究和体外实验研究,验证人参平肺散及其拆方干预特发肺纤维化的作用机制。方法:1.从美国国立生物技术信息中心GEO数据库下载GSE150910临床试验中肺移植手术病例的RNA测序原始数据,使用基因集富集分析(GSEA)挖掘特发性肺纤维化潜在的调控基因集,使用Reactome通路数据库富集分析关键通路与反应,使用R语言差异基因分析特发性肺纤维化与正常健康人的差异表达基因,分析关键基因的表达状态。2.使用加权基因共表达网络(WGCNA)分析挖掘特发性肺纤维化不同病人群体关联的基因模块,使用Reactome通路数据库富集分析不同病人群体的关键通路与反应,比较分析其共性与不同,使用文氏图分析分布在不同特征关联基因模块中的差异表达基因。3.基于网络药理学的研究策略,使用已发表研究、TCMSP、SwissTargetPrediction和Pharmapper等资源平台预测古方人参平肺散的潜在靶点,以GSEA分析得到的基因集作为疾病靶点,通过蛋白质相互作用网络和Reactome通路数据库预测人参平肺散干预特发性肺纤维化疾病的网络调控机制;以WGCNA分析得到的高、中年特征关联基因模块为疾病靶点,通过蛋白质相互作用网络和Reactome通路数据库分别预测人参平肺散对高、中年特征的网络调控机制。4.选择前述人参平肺散的网络调控机制中较为突出的TGF-β信号通路为研究对象。选择人参平肺散中的代表成分如 Ginsenoyne D、Ginsenoside 20-Glc-Rf、Notoginsenoside R1、Ginsenoside Rg1、6-Acetylacetonide、Caffeic acid、Timosaponin A1、Timosaponin B Ⅱ、Resveratrol、Rosmarinic acid、Xuelianlactone、Tectorigenin、sarsasapogenin、isomeranzin、glycyrol和Liquiritigenin作为配体,以TGF-β信号通路相关的靶点蛋白HDAC1、XPO1、HS90B、HS90A、A4、1433G、FYN、SRC、EGFR、LRRK2、ESR1、TGFB1、SMAD2、SMAD3和COL1A1为靶点,使用AutoDock进行拟分子虚对接,验证人参平肺散主要成分与靶点蛋白的结合能力。5.采用体外实验方法探讨人参平肺散全方及各拆方组(补益组、清肺组、化痰组)对TGF-β1诱导的人胚肺成纤维细胞MRC-5表型转化的影响。使用PCR和Western Blot方法检测TGF-β通路的成分Smad2/3、上皮间质转化标志α-SMA、细胞外基质1型胶原COL1A1和NADPH 4型氧化酶NOX4的基因、蛋白表达水平的变化。结果:1.GSEA分析得到9个基因集,分别为HALLMARK_上皮间质转化、Kras下游信号、糖酵解、血管生成、G2/M检查点、凝血、Myc靶点V2版、E2F靶点和细胞连接基因集,以及对应的485个领先基因;疾病机制主要富集于细胞外基质、细胞衰老、细胞有丝分裂周期异常、凝血、DNA修复缺陷、细胞连接、糖类代谢和程序性死亡缺陷等;信号通路集中于Ras下游的PIK3/AKT、MAPK6/MAPK4通路,Ras家族通路Rho GTPase,酪氨酸激酶受体通路,TGF β家族和TP53转录调控通路等;衰老相关性分泌表型(SASP)因子主要为白介素4和白介素13家族。差异基因分析显示衰老表型相关基因CCND2、CDKN2A、TERT、GDF15、E2F8等均在疾病组显著上调。2.WGCNA分析富集得到疾病机制主要有细胞外基质、细胞应激、免疫、有丝分裂异常、凝血、细胞连接、肌肉收缩和糖脂蛋白代谢等机制,与GSEA分析的富集结果大部分吻合。WGCNA分析得到高龄特征(65岁以上)相关基因1076个,中年特征(55-65岁)相关基因422个,两组的机制都富集在细胞外基质、免疫系统、Ras下游信号系统、TP53细胞周期调控和TGF-β信号通路等。不同的是细胞周期异常、固有免疫和获得性免疫等反应在中年特征中更为显著;细胞衰老、未折叠蛋白质反应和内质网应激等在高龄特征中更显著富集。与高、中年特征关联的差异基因分别有203个和39个,其中有4组差异基因具有高度相关性,且与高龄特征相关,分别是(1)CDH2、SFRP1、SERPINE2、CXCL12、SFRP4和GEM,与上皮间质转化活动密切相关。(2)GREM1、VCAM1、PTHLH和RGS4,与上皮间质转化活动密切相关;(3)SLC7A5和HIF1A,与G2/M检查点活动有关;(4)UGT2B17和SLC12A3,与Kras下游信号密切相关。3.靶点整理共获取人参平肺散的药理靶点608个,与GSEA分析得到的基因集进行蛋白质相互作用网络分析得到核心靶点152个,机制主要涉及蛋白质翻译后修饰、细胞周期、DNA修复、TP53和FOXO为代表的转录调控活动、氧化应激和致癌基因诱导的衰老、SASP、固有凋亡途径、分子伴侣介导的自噬、细胞因子、固有免疫系统、雌激素受体介导的信号系统、Ras下游信号和TGF-β1信号通路等。人参平肺散成分与中、高年特征相关基因的核心干预靶点各有83个和90个,分别富集后,机制都主要涉及蛋白质翻译后修饰、细胞周期、TP53为主的转录调控活动、DNA修复、分子伴侣介导的自噬、氧化应激诱导的细胞衰老、SASP、免疫反应、Ras下游信号通路和TGF-β信号通路等。不同之处在于高龄组中金属蛋白酶的泛素化反应,SKP2介导的p27/p21的降解反应,获得性免疫反应尤为显著,此外致癌基因诱导的衰老、SASP和固有凋亡等也显著富集。中年组中FOXO、E2F6为主的转录调控活动和Toll样受体3层级反应为主的固有免疫反应尤为突出,此外囊泡运输、血小板聚集、焦亡和坏死也富集明显。4.经过计算机模拟对接验证,除了人参成分Ginsenoyne D的结合分数略低以外,其它成分与TGF-β通路成分HDAC1、XPO1、TGFB1、SMAD2和SMAD3蛋白的结合分数都达到了-5 kcal mol-1 以下。除知母成分Timosaponin AI、Timosaponin BⅡ对HS90A蛋白,人参成分Ginsenoyne D对HS90B和EGFR蛋白,桑白皮成分Xuelianlactone对LRRK2蛋白的结合分数较低,其它成分对TGF-β通路的间接作用靶点HS90B、HS90A、A4、1433G、FYN、SRC、EGFR、LRRK2和ESR1蛋白结合能力都达到了-5 kcal mol-1以下。所有成分与COL1A1蛋白结合能力都达到了-5 kcal mol-1以下。5.体外实验发现与模型组相比,全方组和各拆方组可明显降低α-SMA和COL1A1的mRNA和蛋白表达水平,提示全方组和各拆方组可以影响α-SMA和COL1A1基因的转录水平和转录后调控;全方组和清肺组可显著降低p-SMAD2的mRNA和蛋白表达水平,提示全方组和清肺组对该基因的转录水平和转录后调控都有明显疗效,补益组和化痰组对该基因的转录无明显调控作用;全方组和清肺组可显著降低p-SMAD3的mRNA和蛋白表达水平,补益组可显著降低mRNA水平,但蛋白表达无差异,说明全方组和清肺组对该基因的转录水平和转录后调控都有明显疗效,补益组对该基因的转录水平有明显调控作用,化痰组对该基因的转录无明显调控作用;全方组及各拆方组均可显著降低NOX4的mRNA和蛋白表达水平,说明全方组和各拆方组可以影响该基因的转录水平和转录后调控。结论:1.研究发现特发性肺纤维化病人的疾病机制与上皮间质转化、凝血、血管生成和糖酵解有关,并存在p16、TERT、CCND2和GDF15等细胞衰老表型,推测可能与Kras、Myc致癌基因诱导的衰老机制有关。研究既肯定了以往特发性肺纤维化异常基因与机制的研究,也发现了新的疾病机制特点和分子标志,如细胞周期异常、固有免疫和获得性免疫反应在55-65岁人群更为显著,细胞衰老、线粒体应激和未折叠蛋白质反应在65岁以上人群更为显著,得到了具有高度关联性,且与65岁以上特征相关的差异基因如GREM1、VCAM1、PTHLH和RGS4等。这些结果可能成为疾病的潜在靶点。2.人参平肺散可能通过蛋白质翻译后修饰、细胞周期、DNA修复、基因转录调控、氧化应激和致癌基因诱导的细胞衰老和免疫反应等机制干预特发性肺纤维化;可能通过金属蛋白酶降解,SKP2介导的p27/p21的降解反应和获得性免疫反应等机制干预65岁以上的病人;可能通过FOXO、E2F6的转录调控活动和固有免疫反应等机制干预55-65岁的病人。这些结果可能为进一步的实证研究提供理论依据。3.人参平肺散的代表成分与TGF-β信号通路中的成分蛋白和间接反应蛋白结合能力良好,为实证研究提供了理论基础。本章体外实验显示,人参平肺散全方和各拆方组可下调TGF-β1诱导的成纤维细胞间质标志α-SMA的升高,从而抑制成纤维细胞的表型转化。人参平肺散全方及拆方组均可减少TGF-β1诱导的成纤维细胞Ⅰ型胶原蛋白COL1A1的表达,从而抑制细胞外基质的沉积。人参平肺散全方和各拆方组均可下调TGF-β1诱导的成纤维细胞的促ROS生成酶NOX4的升高,从而抑制氧化应激压力。此外,人参平肺散全方和清肺组均可以抑制TGFβ的通路成分SMAD2/3的磷酸化。综上所述,人参平肺散可改善TGF-β1诱导后肺成纤维细胞的表型转化,可能是通过下调TGF-β通路中的SMAD2/3的磷酸化从而抑制了间质转化、细胞外基质沉积和氧化应激而作用。这些结果为进一步的实证研究提供了一定的依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前15条
1 赵世浩;张雪;柯越海;;细胞衰老与特发性肺纤维化的相关性研究进展[J];浙江大学学报(医学版);2019年01期
2 韦建茂;高胜兰;宋泽庆;刘刚;;细胞衰老在特发性肺纤维化中的作用及机制研究进展[J];海南医学;2019年05期
3 ;全球首次利用人工智能发现特发性肺纤维化药物[J];智能城市;2021年04期
4 钱峰;;特发性肺纤维化的炎症机制和新型分子靶标[J];中国药理学与毒理学杂志;2019年10期
5 彭素平;;吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的临床疗效及其安全性[J];临床合理用药杂志;2020年24期
6 沈云霞;孟晶晶;管娟;张桂兰;;中医延续性护理对提高特发性肺纤维化患者生活质量调查研究[J];云南中医中药杂志;2020年09期
7 王粉利;付伟;李健;李彦斌;;吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的临床效果[J];临床医学研究与实践;2019年09期
8 王海琳;余学庆;;从肺肾论老年特发性肺纤维化的治疗[J];中医研究;2019年05期
9 曹孟淑;蔡后荣;;2018年特发性肺纤维化临床诊断指南解读[J];中国实用内科杂志;2019年05期
10 景传庆;张伟;;在“肺生血”理论下论“肝肺循环轴”与特发性肺纤维化[J];中医杂志;2019年16期
11 何浪涛;何亦涛;宋卫东;;支气管肺泡灌洗液和血清中细胞介素-17和白细胞介素-6在老年特发性肺纤维化中的应用价值[J];临床医药文献电子杂志;2017年60期
12 杨凤;金艺凤;;特发性肺纤维化治疗的研究进展[J];沈阳医学院学报;2018年01期
13 王淼;;特发性肺纤维化 比肺癌致命[J];江苏卫生保健;2018年09期
14 杨丹丹;张杰;;特发性肺纤维化中西治疗药物研究进展[J];现代中西医结合杂志;2016年34期
15 苏卫;;特发性肺纤维化 老人的索命杀手——访南京鼓楼医院呼吸科副主任医师、副教授 代静泓[J];江苏卫生保健;2017年03期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 李明顺;赫娜;邢艳珑;于法标;;在细胞和小鼠模型中用于评估谷胱甘肽S-转移酶的近红外荧光探针指导特发性肺纤维化治疗的抑制机制[A];中国化学会第二十届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文摘要集[C];2019年
2 苏惠萍;崔兰凤;王林洋;;扶正剔邪搜络方对特发性肺纤维化患者生活质量的影响[A];第三届中国中医药民族医药信息大会论文集[C];2016年
3 罗琼;孙洋;徐强;;艾拉莫德改善小鼠特发性肺纤维化的免疫学机制研究[A];第十届全国免疫学学术大会汇编[C];2015年
4 张纾难;;特发性肺纤维化患者生存质量评价研究[A];中华中医药学会内科第十二次肺系病学术交流大会论文集[C];2006年
5 张颖;杨春燕;陈安宝;;特发性肺纤维化药物治疗研究进展[A];中华医学会急诊医学分会第十三次全国急诊医学学术年会大会论文集[C];2010年
6 丁辉;周凤秋;蔡后荣;孟凡青;;特发性肺纤维化患者肺组织的窖蛋白-1、胶原-Ⅰ、α-平滑肌肌动蛋白表达变化及意义[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
7 李振华;彭守春;康健;于润江;;特发性肺纤维化患者死亡预后因素的回顾性队列研究[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
8 李振华;康健;侯显明;于润江;;特发性肺纤维化患者生存相关因素分析[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
9 康健;;特发性肺纤维化诊断和治疗的最新动态[A];呼吸与危重症医学(2010-2011)[C];2011年
10 郑洪;;骨髓间充质干细胞与特发性肺纤维化治疗[A];中华医学会呼吸病学年会——2011(第十二次全国呼吸病学学术会议)论文汇编[C];2011年
11 张柳春;;特发性肺纤维化的治疗进展[A];中华医学会呼吸病学年会——2013第十四次全国呼吸病学学术会议论文汇编[C];2013年
12 曹黛茵;陈静瑜;高霏;李智;罗益锋;郭禹标;;巨噬细胞移动抑制因子及转化生长因子-β1在特发性肺纤维化患者中的表达及意义[A];中华医学会呼吸病学年会——2013第十四次全国呼吸病学学术会议论文汇编[C];2013年
13 徐艳玲;曲妮妮;;中西医结合治疗特发性肺纤维化的临床研究[A];全国第六届中西医结合呼吸病学术研讨会论文汇编[C];2002年
14 崔红生;武维屏;王海彤;;中西医结合诊治特发性肺纤维化的思路与方法[A];全国第六届中西医结合呼吸病学术研讨会论文汇编[C];2002年
15 张纾难;;特发性肺纤维化患者生存质量评价研究[A];中华中医药学会内科分会学术年会资料汇编[C];2007年
16 蔡后荣;;特发性肺纤维化治疗药物临床研究中的困惑与反思[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
17 彭守春;魏路清;;天津市十家医院收治的特发性肺纤维化患者诊治情况分析[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
18 万璇;徐雪峰;耿菁;代华平;;骨髓间充质干细胞通过旁分泌功能抑制特发性肺纤维化肺成纤维细胞的纤维化作用[A];中华医学会呼吸病学年会——2013第十四次全国呼吸病学学术会议论文汇编[C];2013年
19 王艳勋;李振华;康健;于润江;;结缔组织生长因子及血小板衍生生长因子在特发性肺纤维化患者支气管肺泡灌洗液及血清中的表达及意义[A];中华医学会第三届全国间质性肺病暨弥漫性泛细支气管炎学术会议论文汇编[C];2010年
20 王思勤;马希涛;冯文英;孔令非;;结缔组织生长因子在特发性肺纤维化中的表达[A];中华医学会呼吸病学年会——2011(第十二次全国呼吸病学学术会议)论文汇编[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 杨斓;基于生物信息学和网络药理学整合策略的人参平肺散干预特发性肺纤维化的机制研究[D];南京中医药大学;2021年
2 徐昌君;基于特发性肺纤维化miRNA-21、let-7d和自噬调控关系研究黄芪组分的干预作用[D];北京中医药大学;2017年
3 任延毅;基于文献分析和病例回顾的特发性肺纤维化病机、证候与方药规律研究[D];辽宁中医药大学;2017年
4 周玮;中国人ABCA3和MUTYH基因变异与特发性肺纤维化的遗传基础研究[D];南京大学;2017年
5 邱岳;特发性肺纤维化中医证候研究及右归饮干预肺纤维化大鼠的实验研究[D];北京中医药大学;2019年
6 彭艳芳;基于TGF-β/smad/miRNA信号通路探讨芪归方对特发性肺纤维化的临床和实验研究[D];湖北中医药大学;2019年
7 王钰;Tim-3通过调控巨噬细胞功能影响特发性肺纤维化的作用机制研究[D];军事科学院;2019年
8 臧建华;周兆山教授临床经验总结暨和解清利饮治疗特发性肺纤维化的临床观察与实验研究[D];山东中医药大学;2016年
9 郝小燕;长链非编码RNA AP003419.16调控RPS6KB2对衰老相关特发性肺纤维化的机制研究[D];山西医科大学;2018年
10 邓燕晗;高通量靶向测序揭示散发特发性肺纤维化人群的基因风险[D];华中科技大学;2019年
11 李晓伟;植物激素对菊花匍匐性状的影响及匍匐关键基因的挖掘[D];北京林业大学;2019年
12 Muhammad Noman Ahmed QureshiNoman(诺曼);肺癌患者鼻粘膜上皮细胞基因表达差异的WGCNA探讨与实验验证[D];厦门大学;2018年
13 刘波;长期抗反流治疗可改善特发性肺纤维化患者的生存期[D];山东大学;2017年
14 朱汉平;基于分子对接-转录组学探讨清肺理痰方干预AECOPD的机制及临床研究[D];广州中医药大学;2018年
15 汪天青;基于分子对接的射干抗气道炎症机制研究[D];辽宁中医药大学;2017年
16 王哲;基于分子对接的虚拟筛选方法的评测、优化和应用[D];浙江大学;2019年
17 王攀;加权基因共表达网络分析(WGCNA)在食管鳞癌中的应用[D];北京协和医学院;2014年
18 康玲;药物分子对接优化模型与算法研究[D];大连理工大学;2009年
19 郑清川;蛋白质结构及分子对接的理论研究[D];吉林大学;2006年
20 吴晶;苍柏祛痛胶囊药效学研究和质量控制体系建立[D];甘肃农业大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 于志强;血清涎液化糖链抗原(KL-6)在评估特发性肺纤维化患者病情严重程度及口服吡非尼酮疗效中的意义[D];河北医科大学;2019年
2 何巧;特发性肺纤维化机制研究进展[D];重庆医科大学;2019年
3 徐嘉;基于门诊病例吕晓东教授治疗IPF临床经验及用药规律分析[D];辽宁中医药大学;2019年
4 石岩;基于循证医学的中药内服治疗特发性肺纤维化临床证据分析研究[D];辽宁中医药大学;2018年
5 常清;LncMALAT1对转化生长因子-β1诱导人肺成纤维细胞增殖分化的影响[D];郑州大学;2019年
6 李超;特发性肺纤维化患者中医证型及其与疾病临床特征分析[D];新疆医科大学;2019年
7 陈凤美;从瘀论治特发性肺纤维化的理论探讨与临床实践[D];云南中医药大学;2019年
8 马梓茗;丹贝益肺汤对肺纤维化大鼠PI3K/AKT/mTOR信号通路的调控研究[D];黑龙江省中医药科学院;2019年
9 崔园园;特发性肺纤维化患者血清TGF-β1、STAT1表达水平及临床意义[D];山东大学;2019年
10 杨兴娜;抑酸治疗对于特发性肺纤维化合并酸误吸的实验研究[D];河南科技大学;2019年
11 卞园园;肺纤汤治疗特发性肺纤维化(气阴两虚,痰热郁肺证)的临床观察[D];湖南中医药大学;2018年
12 马泉;补肺活血化浊法对特发性肺纤维化肺功能的影响[D];甘肃中医药大学;2018年
13 王明杰;补阳还五汤对大鼠特发性肺纤维化的改善机制与凋亡因子BCL2和自噬的关系[D];成都中医药大学;2018年
14 陈响;miR-497在特发性肺纤维化发生过程中的作用及机制探讨[D];南京大学;2016年
15 王玉洁;通过肺/主动脉直径比值预测特发性肺纤维化预后的研究[D];中国医科大学;2018年
16 刘会金;特发性肺纤维化疾病中氧化应激反应对肺泡干细胞功能的调控[D];天津医科大学;2018年
17 张月薪;特发性肺纤维化合并肺炎患者的临床特征及其住院不良预后的危险因素分析[D];西南医科大学;2018年
18 雷凯春;吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的临床疗效及不良反应[D];兰州大学;2018年
19 王桂;丹贝益肺颗粒对特发性肺纤维化大鼠CD31和CD34蛋白表达水平的影响[D];黑龙江省中医药科学院;2018年
20 李刚;血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂对特发性肺纤维化患者疗效影响的Meta分析[D];川北医学院;2018年
中国重要报纸全文数据库 前13条
1 南方日报记者 严慧芳;特发性肺纤维化尚缺“特效药”[N];南方日报;2018年
2 本报记者 白毅;特发性肺纤维化诊疗盼提速[N];中国医药报;2016年
3 本报记者 白毅;特发性肺纤维化诊治有可喜进展[N];中国医药报;2015年
4 本报记者 陈青;特发性肺纤维化误诊率高达50%[N];文汇报;2015年
5 本报记者 赵玲;让吹肥皂泡不再成为挑战[N];中国医药报;2014年
6 本报记者 魏平;特发性肺纤维化,诊断标准废旧立新[N];医药经济报;2011年
7 ;特发性肺纤维化的临床特点及治疗[N];人民日报海外版;2005年
8 ;特发性肺纤维化的新疗法[N];中国中医药报;2002年
9 本报记者 方彤;特发性肺纤维化 不同阶段诊治策略各异[N];健康报;2019年
10 实习记者 魏帆;综合诊断特发性肺纤维化[N];中国医药报;2006年
11 本报记者 贾岩;IPF治疗用药结束“战国时代”[N];医药经济报;2015年
12 记者 朱国旺;FDA认定尼达尼布为IPF首个突破性治疗药物[N];中国医药报;2014年
13 复旦大学附属中山医院呼吸科气道疾病中心主任 金美玲 本报记者 夏海波 整理;识别肺部“癌症” 守护患者深呼吸[N];健康报;2019年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978