中药黄芪抗肿瘤作用分子机制网络药理学研究

王 伟

(天津市静海区医院药剂科，天津 301600)

黄芪是临床上常用的一味中药，主要生长于我国北方地区如华北北部、东北等，黄芪的生物有效成分主要为黄芪甲苷，具有抗菌消炎、解毒等功效[1-2]，近年来相关研究还显示黄芪同样具有抑制肿瘤细胞分裂增殖的作用[3]。关于黄芪抗肿瘤分子机制及蛋白相互作用网络并不是十分清楚[4]。因此，本研究采用生物信息学分析方法探讨中药黄芪抗肿瘤作用的药理学基础及其相互作用基因网络，为黄芪的临床应用提供更为科学的理论基础。

1 资料与方法

1.1数据来源：检索策略ETCM[5]中对中药黄芪进行检索，分析其主要化学成分、归经、治疗适应证。检索词为：黄芪；检索限制条件为：中草药。

1.2生物学功能及信号通路分析：David(https://david.ncifcrf.gov/)、KEGG(https://www.genome.jp/kegg/pathway.html)数据库中对黄芪及抑制肿瘤相关基因进行相关生物学功能富集，同时在STRING数据库(http://string-db.org/cgi/input.pl)[6]中对进行相关蛋白网络构建，构建条件为置信度不低于0.4。

1.3蛋白网络关键基因表达与主要肿瘤预后关系：根据黄芪相关基因蛋白网络中的关键基因mRNA表达水平将肿瘤患者分为高、低表达组，Cox回归模型log-rank检验比较高低表达组肿瘤患者总生存期有无差异，并计算风险比(Hazard ratio，HR)。

1.4统计学分析：黄芪相关基因、蛋白网络等采用在线软件分析，关键基因筛选采用cytocscape进行，并计算整个蛋白网络中的前3个关键基因，生存数据采用风险比例模型，并进行log-rank检验，计算风险比HR，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1黄芪相关抗肿瘤关键基因及相互作用蛋白网络(PPI)：ETCM数据库显示，黄芪对多种实体科学肿瘤有抑制作用。PPI中存在21个蛋白节点，184个作用关系， Cluster为0.92，富集显著 (P<0.05)。见图1。网络中核心基因包括POLR2A，POLR2D及POLR2G。

图1 黄芪生物学功能相关基因蛋白网络

2.2黄芪相关基因生物学功能及信号通路富集：黄芪相关基因生物学过程(BP)：主要富集于谷氨酰胺代谢；细胞成分(CC)与谷氨酸代谢复合体、分子功能与氨基酸代谢有关。见图2；KEGG通路主要与代谢条件及TP53通路有关。见图3。

图2 GO对黄芪相关基因功能富集

图3 KEGG对黄芪相关基因信号通路进行富集

2.3黄芪关键基因表达水平与主要肿瘤生存期：黄芪抑制关键基因与宫颈癌、非小细胞肺癌、乳腺癌和胃癌生存曲线见图4。

图4 黄芪抗肿瘤信号通路中关键基因与常见肿瘤预后关系生存曲线

3 讨论

黄芪具有排水、愈合伤口、化脓、升中、解除障碍、排毒等药理功能[7-9]，主要生长于我国山西、黑龙江等地区[10-11]，相关医学古籍认为黄芪为“补药之长”，迄今为止，在黄芪中已鉴定出200多种化合物包括皂甙、多糖、类黄酮等。黄芪化学成分的多样性是其广泛药理作用的物质基础。文献报道黄芪具有抗炎、免疫调节和抗肿瘤作用，在细胞模型中，黄芪甲苷可抑制宫颈癌的侵袭，通过调节宫颈癌细胞表面的各种蛋白质诱导自噬。此外，一项关于骨髓瘤的研究表明黄芪皂甙具有时间和浓度依赖性的抗细胞存活和增殖作用[12]，另有研究表明黄芪多糖抑制卵巢癌的增殖和转移[13]。然而，关于黄芪对肿瘤细胞或细胞因子的影响及其可能分子机制的研究鲜有报道。黄芪的抗肿瘤机制包括：①提高机体免疫力，细胞免疫监视功能减低有关[14]，黄芪可活化T细胞核NK细胞，从而达到抗肿瘤的效果[15]。②诱导肿瘤细胞凋亡，黄芪有效成分与肿瘤细胞共培养，能够明显促进肿瘤细胞的凋亡，抑制增殖[16-17]。

在本研究中采用生物信息学方法探讨了中药黄芪抗肿瘤作用的药理学基础及其相互作用基因网络。结果提示黄芪可能通过对多个基因进行调控从而达到抗肿瘤作用。本研究结论主要依据生物信息分析结果，后续应进行体内外细胞试验，从分子层面证实黄芪的抗肿瘤功效。