雷公藤與甲氨蝶呤、黃芪與當(dāng)歸聯(lián)用治療RA機(jī)制的生物信息學(xué)分析.pdf

1、背景:
　　類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種以關(guān)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(guān)資料統(tǒng)計(jì)我國發(fā)病率約為0.32％～0.36％[1]，如不及時(shí)治療，可引起嚴(yán)重的關(guān)節(jié)畸形，關(guān)節(jié)功能障礙，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。
　　類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療目標(biāo)是通過減輕關(guān)節(jié)炎帶來的疼痛、防止關(guān)節(jié)的破壞及維持關(guān)節(jié)的機(jī)能來提高患者身體上、精神上以及在

2、社會(huì)中的生活品質(zhì)。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的核心治療是藥物治療，西藥包括抗類風(fēng)濕藥物、非甾體類抗炎藥物及甾體類藥物等?？诡愶L(fēng)濕性藥物是控制由于免疫機(jī)能異常而引起的類風(fēng)濕性關(guān)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(jié)合中藥治療本病，中醫(yī)藥以辨證論治為主，強(qiáng)調(diào)整體性，可以從多層次、通過多途徑來調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能，具有較大的潛力與優(yōu)勢(shì)。多項(xiàng)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(shí)能降低藥物的毒副作用[3]。
　　文本挖掘是一個(gè)交叉的研究領(lǐng)域，它涉及到自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索等多個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容，在商業(yè)、傳媒、教育、政府、銀行及生物技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)領(lǐng)域都發(fā)揮著不可忽視的作用[4]。中醫(yī)藥學(xué)包含著豐富的知識(shí)，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(chǔ)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(xiàn)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)，以促進(jìn)中醫(yī)藥的發(fā)展。
　　生物信息學(xué)是八十年代末隨著人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)而興起的一門新的交叉學(xué)科是在生命科學(xué)的研究中以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存檢索和分析的科學(xué)。生物信息學(xué)用于中藥的研究，可確定中藥的作用靶位。中藥及其復(fù)方有效世人共知，但迄今為止中藥還沒有進(jìn)入國際醫(yī)藥市場(chǎng)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(xué)理論接軌。通過人類基因組計(jì)劃篩選和分離出各種疾病相應(yīng)的致病基因，再以其

5、作為藥物的靶標(biāo)來研究重要作用的分子機(jī)制，這可能是未來中藥藥理研究的主要方向之一。應(yīng)用基因芯片技術(shù)和蛋白組相關(guān)分析技術(shù)研究中藥復(fù)方對(duì)細(xì)胞基因表達(dá)譜和蛋白表達(dá)譜的影響，可以建立基因芯片及蛋白組學(xué)和生物信息學(xué)等技術(shù)平臺(tái)，利用此平臺(tái)將中藥復(fù)方多組分、多靶點(diǎn)、多途徑作用與基因、蛋白表達(dá)關(guān)聯(lián)起來，比較各自不同的表達(dá)差異譜，確定不同配伍組方對(duì)應(yīng)基因及蛋白表達(dá)靶點(diǎn)，并根據(jù)表達(dá)的器官特異性及表達(dá)水平與復(fù)方的君、臣、佐、使理論及用藥劑量相關(guān)聯(lián)，同時(shí)根據(jù)不同

6、配伍組方對(duì)應(yīng)基因及蛋白靶點(diǎn)的相互作用，分析各組成復(fù)方單藥之間的密切關(guān)系，闡明藥物作用的物質(zhì)基礎(chǔ)及內(nèi)在的配伍規(guī)律性[5]。這種方法對(duì)于中藥及其復(fù)方的研究與開發(fā)及走向世界均具有重要的實(shí)際意義。
　　我們希望能依據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，利用生物信息學(xué)的分析方法，得到藥物聯(lián)合應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用，提供依據(jù)，逐步達(dá)到聯(lián)合用藥確實(shí)“安全、有效、經(jīng)濟(jì)、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(duì)象，利用Pubchem查找到相應(yīng)的人類靶標(biāo)蛋白，將其導(dǎo)入IPA分析平臺(tái)(IngenuityPathways Analysis，IPA)得到相應(yīng)的network、pathway等，與RA患者與健康人差異基因?qū)隝PA獲得的相應(yīng)network、pathway對(duì)比分析，探討其生物通路網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其治療RA的機(jī)制。
　　研究?jī)?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(yīng)用規(guī)律的挖掘。
　　利用文本挖掘技術(shù)：分別找到中西藥聯(lián)合、中藥配伍應(yīng)用頻次最高的藥物。
　　2雷公藤與甲氨蝶呤(methotrexate，MTX)、黃芪與當(dāng)歸藥理網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其治療RA機(jī)制的生物信息學(xué)分析，主要包括如下具體研究?jī)?nèi)容：
　　(1)應(yīng)用Pubchem檢索雷公藤及MTX的藥物人類靶蛋白，將其導(dǎo)入IPA分析平臺(tái)得到相應(yīng)的network、pathway等，探討其

9、生物通路網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建：對(duì)比RA患者與健康人差異表達(dá)基因構(gòu)建的生物通路網(wǎng)絡(luò)，探討其治療RA的機(jī)制。
　　(2)應(yīng)用Pubchem檢索當(dāng)歸及黃芪的藥物人類靶蛋白，將其導(dǎo)入IPA分析平臺(tái)得到相應(yīng)的network、pathway等，探討其生物通路網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建；對(duì)比RA患者與健康人差異表達(dá)基因構(gòu)建的生物通路網(wǎng)絡(luò)，探討其治療RA的機(jī)制。
　　研究結(jié)果:
　　1治療RA常用中西藥聯(lián)合、中藥配伍應(yīng)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(yīng)用明顯較多。雷公藤多甙片的臨床報(bào)告近年較多，居于中成藥的首位，返查文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，臨床聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，文獻(xiàn)大多報(bào)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(xiàn)中西醫(yī)聯(lián)合用藥療效比較確切。
　　從挖掘結(jié)果來看，中藥桂枝、芍藥、知母、黃芪、當(dāng)歸配伍頻次較高，其中喻含著湯藥桂枝芍藥知母湯、當(dāng)歸補(bǔ)血湯，反查文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)各證型的RA均可加減運(yùn)用，值得進(jìn)一步深入研究。
　　2雷公藤與MTX、黃芪與當(dāng)歸藥理網(wǎng)絡(luò)

11、的構(gòu)建及其治療RA機(jī)制的生物信息學(xué)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(dāng)歸治療RA的作用機(jī)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(guān)。根據(jù)生物分析的結(jié)果提示，藥物雷公藤、MTX、雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪、當(dāng)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(cè)蛋白質(zhì)泛素化途徑是雷公藤、MTX、雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪、當(dāng)歸聯(lián)合黃芪能夠治療RA的作用途徑之一。進(jìn)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(diǎn)，這個(gè)共同點(diǎn)就是作用于E3 RING靶點(diǎn)。
　　E3 RING是泛素蛋白連接酶(E3)的兩個(gè)主要的家庭之一，并且已有文獻(xiàn)報(bào)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(yīng)用，不僅作用于蛋白質(zhì)泛素化途徑，較單獨(dú)應(yīng)用MTX，增加了更廣泛的生物通路。
　　生物分析結(jié)果提示，雷公藤、MTX聯(lián)合應(yīng)用可能通過影響粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子通路、二十二碳

13、六烯酸信號(hào)通路、酪氨酸蛋白激酶l和3細(xì)胞因子信號(hào)作用通路等幾個(gè)生物通路，更有效，更全面的對(duì)RA患者進(jìn)行治療。
　　2.3熱休克蛋白是黃芪與當(dāng)歸聯(lián)合應(yīng)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(shí)的共同靶點(diǎn)之一。
　　生物信息學(xué)結(jié)果分析可以提示，除了結(jié)果分析出黃芪聯(lián)合當(dāng)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(jī)制之一。另我們生物學(xué)分析結(jié)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(gè)生物通路，包括：蛋白質(zhì)泛素化途徑、凋亡信號(hào)、糖皮質(zhì)激素受體信號(hào)等，并且在兩者聯(lián)用之后，共同影響的通路在治療RA中權(quán)重變大，而當(dāng)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(jié)論:
　　1大多數(shù)中成藥都與MTX聯(lián)合應(yīng)用。其中，雷公藤多甙片與MTX聯(lián)合應(yīng)用頻次最多。最常應(yīng)用治療RA的中藥有桂枝、白芍、知母、黃芪、當(dāng)歸，在這樣聯(lián)合應(yīng)用中，提示治療RA的中藥復(fù)方配伍包括兩個(gè)中藥經(jīng)典方：桂枝芍

15、藥知母湯、當(dāng)歸補(bǔ)血湯(黃芪、當(dāng)歸)。
　　2雷公藤聯(lián)合MTX、黃芪聯(lián)合當(dāng)歸治療RA的機(jī)制之一，可能是通過影響以下一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來實(shí)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(yīng)用較單獨(dú)應(yīng)用MTX，可能通過影響粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子通路、二十二碳六烯酸信號(hào)通路、酪氨酸蛋白激酶1和3細(xì)胞因子信號(hào)作用通路、凋亡信號(hào)通路等幾個(gè)生物通路，更全面更有效的對(duì)RA患者進(jìn)行