林春鳳,熊清,寧瀟雨,洪文謙,林凡,張玉琴,鄭海音*
(1.福建中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結(jié)合研究院,福建 福州 350122;2.福建中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結(jié)合學院,福建 福州 350122;3.福建中醫(yī)藥大學藥學院,福建 福州 350122)
肝纖維化(hepatic fibrosis,HF)是由于病毒性肝炎、自身免疫性肝炎、非酒精性脂肪性肝炎和膽汁淤積性肝病等病變長期慢性刺激肝臟,引起損傷和修復反應失調(diào),使細胞外基質(zhì)的合成大于降解,沉積異常,最終改變肝臟結(jié)構(gòu)和/或功能[1]。肝纖維化會進一步導致為肝硬化,嚴重者會導致肝癌和肝衰竭等。針對肝纖維化的有效治療可以預防和延緩其向肝硬化進展,但是由于早期抗病毒治療效果較差、抗炎時間長及戒酒難度大,晚期肝移植的供體來源困難及術(shù)后風險等原因,臨床上亟須更有效的防治手段[2]。
片仔癀(Pien Tze Huang,PZH)是主要由三七、麝香、牛黃和蛇膽等組成的中成藥,具有解毒清熱、消腫散結(jié)、活血化瘀的作用,臨床上可用于抗炎[3]、抗自身免疫性疾?。?-5]、抗腦損傷[6]、保肝[7]、抗肝纖維化[8]及抗腫瘤[9-11]等。片仔癀的臨床研究已取得較大進展,但其抗肝纖維化的藥理作用機制尚未完全闡明。
網(wǎng)絡(luò)藥理學是建立在藥物、靶點以及疾病之間相互作用關(guān)系網(wǎng)基礎(chǔ)之上,通過網(wǎng)絡(luò)分析手段,從整體上去探索中藥的基本特征,觀察藥物對疾病網(wǎng)絡(luò)的影響以及藥物之間的相互作用關(guān)系[12],其在中醫(yī)藥研究領(lǐng)域的應用日趨成熟。本研究在片仔癀前期工作的基礎(chǔ)上[8,13-14],運用網(wǎng)絡(luò)藥理學方法,結(jié)合體內(nèi)實驗驗證,探究片仔癀治療肝纖維化的作用靶點及可能機制,為臨床應用奠定基礎(chǔ)。
1.1 藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 運用TCMSP(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)和TCM-ID(http://bidd.group/TCMID/)、Pubchem(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)、中國知網(wǎng)(https://www.cnki.net)等數(shù)據(jù)庫對片仔癀組方主要藥物三七、牛黃、蛇膽、麝香進行活性成分檢索。通過口服生物利用度(OB)和類藥性(DL)進行篩選,選取同時滿足OB≥30%、DL≥0.18的化學成分作為候選活性成分,導入UniProt數(shù)據(jù)庫獲取靶點基因名稱,獲得片仔癀活性成分的潛在靶點。將篩選出的活性成分及對應潛在靶點上傳至Cytoscape 3.7.2軟件構(gòu)建藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)圖。
1.2 肝纖維化疾病靶點的預測 以“l(fā)iver fibrosis”、“hepatic fibrosis”為關(guān)鍵詞,分別在GeneCards(https://www.genecards.org/)和OMIM(https://omim.org/)疾病靶點數(shù)據(jù)庫中檢索與肝纖維化相關(guān)的靶點,刪除重復項目。
1.3 片仔癀-肝纖維化靶點網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及核心靶點分析 將片仔癀靶點與肝纖維化交集得到共同靶點,并繪制韋恩圖。隨后將共同靶點在STRING數(shù)據(jù)庫(https://string-db.org/)中構(gòu)建PPI(Protein-Protein Interaction Networks)網(wǎng)絡(luò),在Cytoscape 3.7.2軟件中進行網(wǎng)絡(luò)拓撲學分析獲得核心靶點。
1.4 GO富集分析和KEGG信號通路分析 將篩選得到的靶點,通過BioMart(http://www.biomart.org)轉(zhuǎn)換成Gene Stable ID,再利用OmicShare(https://www.omicshare.com)平臺進行GO和KEGG動態(tài)富集分析。
1.5 實驗方法
1.5.1 實驗動物 選擇6~8周齡SPF級雄性C57BL/6小鼠24只,體質(zhì)量(20±2)g,購于北京華阜康生物科技股份有限公司,動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(京)2019-0008。飼養(yǎng)于福建中醫(yī)藥大學動物實驗中心SPF級動物房,適應性喂養(yǎng)1周后用于實驗。該動物實驗方案經(jīng)福建中醫(yī)藥大學動物倫理委員會批準(倫理審批號:FJTCM-IACUC-2022019)。
1.5.2 實驗藥物及試劑 片仔癀(漳州片仔癀藥業(yè)股份有限公司,貨號:Z35020243);丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所,批號:C009-2-1、C010-2-1);EGFR一抗(英國abcam公司,批號:ab52894);JAK1一抗(英國abcam公司,批號:ab133666);STAT3一抗(美國CST公司,批號:D3Z2G);p-JAK1一抗(美國CST公司,批號:D7N4Z);p-STAT3一抗(英國abcam公司,批號:ab76315);GAPDH一抗(美國CST公司,批號:D16H11)。
1.5.3 實驗儀器 高速冷凍離心機(德國Eppendorf公司,型號:5417R);光學顯微鏡(日本尼康公司,型號:ECLIPSE511);化學發(fā)光成像儀(美國Bio-Rad公司,型號:Universal Hood);酶標儀(芬蘭Labsystems Multiskan MS公司,型號:352型);石蠟包埋機(中國亞光醫(yī)用公司,型號YB-7LF)。
1.5.4 造模、給藥及取材 小鼠采用隨機數(shù)字法分為正常對照組、模型組和片仔癀組,每組8只。除正常對照組外,余均予CCl4∶花生油(1∶9)溶液5 mL/kg腹腔注射誘導HF模型[14],每周2次,連續(xù)給藥4周,以肝組織病理形態(tài)具有炎癥浸潤及纖維化特點為造模成功標準。片仔癀溶于0.9%氯化鈉溶液,配制成0.023 4 g/mL溶液。在造模同時,片仔癀干預組每日以0.234 g/kg片仔癀藥液灌胃。除正常對照組外,均予高脂飼料。取材前,每只小鼠腹腔注射20%烏拉坦溶液(0.5 mL/kg)麻醉后摘眼球取血,隨后取出肝臟,稱取肝臟質(zhì)量,計算肝指數(shù)。
肝指數(shù)=肝臟質(zhì)量/體質(zhì)量×100%
1.5.5 肝組織HE染色及Masson染色 各小鼠肝大葉,切成1 cm×1 cm×0.5 cm大小,4%多聚甲醛浸泡,固定24 h,石蠟包埋,切片,常規(guī)脫蠟至水,分別進行HE染色和Masson染色(操作步驟按試劑說明書),中性樹膠封固鏡檢。
1.5.6 指標檢測 用高速離心機離心后取上清即為血清,用ALT、AST檢測試劑盒參照使用手冊進行測定。取小鼠肝組織,液氮研磨后加入裂解液,冰上靜置30 min,12 000 r/min,離心15 min,取上清液,測定濃度后,4∶1加入蛋白上樣緩沖液,100 ℃變性5 min后,上樣,電泳,轉(zhuǎn)膜,封閉,TBST清洗3次×5 min,孵育一抗[EGFR(1∶1 000);JAK1(1∶1 000);STAT3(1∶1 000);p-JAK1(1∶1 000);p-STAT3(1∶1 000);GAPDH(1∶1 000)],4 ℃搖床過夜;TBST清洗,孵育二抗(1∶10 000)1 h,TBST清洗,顯影液1∶1配置后顯影。
1.5.7 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。計量資料服從正態(tài)分布以()表示,2組間比較采用兩獨立樣本t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。
2.1 片仔癀的活性成分與藥物靶點篩選 通過TCMSP等數(shù)據(jù)庫檢索并篩選,獲得片仔癀的有效化學成分共31種,刪去重復項后共24種,見表1。根據(jù)度值和中介中心性排序獲得主要活性成分有槲皮素、熊果酸、β-谷甾醇等。篩選出片仔癀活性成分的不重復作用靶點共有217個。將中藥、化合物和對應靶點導入Cytoscape 3.7.2軟件,獲得片仔癀藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)圖。見圖1。
圖1 片仔癀藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)圖
表1 片仔癀主要化學成分表
2.2 藥物-疾病的共同靶點 通過GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫查詢獲得肝纖維化相關(guān)靶點7 043個。將片仔癀的靶點與肝纖維化的靶點做韋恩圖取交集,得到共同靶點196個,即片仔癀治療肝纖維的潛在靶點。見圖2。
圖2 片仔癀靶點和肝纖維化靶點交集韋恩圖
2.3 共同靶點的PPI網(wǎng)絡(luò)及核心靶點分析 經(jīng)STRING數(shù)據(jù)庫獲取片仔癀治療肝纖維化潛在作用靶點的互相作用(PPI)網(wǎng)絡(luò),并通過Cytoscape 3.7.2軟件分析篩選核心靶點。其中以中介中心性和度值聯(lián)合篩選出排名前20位的核心靶點分別為:Akt1、IL-6、TNF、TP53、VEGFA、JUN、IL-1β、EGFR、CASP3、PTGS2、MYC、ESR1、STAT3、HIF1A、MMP9、EGF、PPARG、FOS、CXCL8和CCND1。見圖3。
圖3 片仔癀治療肝纖維化的核心靶點
2.4 核心靶點GO和KEGG通路富集分析 對片仔癀-肝纖維化的196個共同靶點進行GO富集分析,得到7 651個條目,其中生物過程(BP)6 206條,細胞組成(CC)537條,分子功能(MF)908條,取各前10個條目。圖中藍色代表生物過程,橙色代表分子功能、綠色代表細胞組分,其中免疫系統(tǒng)過程、細胞增殖、抗氧化活性與肝纖維化有關(guān)。見圖4。
圖4 片仔癀治療肝纖維化靶點的GO富集分析
經(jīng)Omicshare網(wǎng)站進行KEGG通路分析,獲得片仔癀-肝纖維化兩者共關(guān)聯(lián)信號通路175條(P<0.05)。主要涉及到癌癥、糖代謝、乙型肝炎、細胞因子(TNF、IL-17)等信號通路,其中片仔癀治療肝纖維化的核心靶點中表皮生長因子(EGF)、表皮生長因子受體(EGFR)、信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(STAT3)均富集在癌癥信號通路上。見圖5。
圖5 片仔癀治療肝纖維化靶點的KEGG富集分析
2.5 3組小鼠肝組織形態(tài)比較 肉眼觀察發(fā)現(xiàn)正常對照組小鼠肝臟顏色紅潤,表面光滑;模型組小鼠肝臟略顯黃褐色,表面粗糙有顆粒感;片仔癀組小鼠與模型組相比,表面光滑,顏色較紅潤。
病理組織切片HE染色結(jié)果顯示:正常對照組小鼠肝組織形態(tài)正常;模型組小鼠肝細胞嚴重水腫,胞漿疏松淡染,以及炎性細胞浸潤,纖維結(jié)締組織大量增生,肝小葉結(jié)構(gòu)破壞;片仔癀組肝細胞脂肪變性明顯減少,炎性細胞浸潤減少。
Masson染色結(jié)果顯示:模型組肝組織內(nèi)膠原纖維比正常對照組明顯增多(藍色區(qū)域),肝小葉結(jié)構(gòu)破壞;片仔癀組小鼠肝纖維化程度明顯減輕。見圖6。
圖6 各組小鼠肝及組織形態(tài)(HE染色、Masson染色,×200)
2.6 3組小鼠肝指數(shù)的影響 見圖7。
圖7 3組小鼠肝指數(shù)比較
2.7 3組小鼠血清ALT、AST的含量比較 見圖8。
圖8 3組小鼠血清ALT、AST含量比較
2.8 3組小鼠肝組織EGFR、JAK1、STAT3、p-JAK1、p-STAT3蛋白量表達的影響 見圖9。
圖9 3組小鼠肝組織EGFR、JAK1、p-JAK1、STAT3及p-STAT3蛋白相對表達量
肝纖維化表現(xiàn)出乏力納差、惡心嘔吐、腹脹不適、脅肋部隱痛等癥狀,該病歸屬為“肝積”“鼓脹”“黃疸”等[15]。大多數(shù)醫(yī)家均認為由濕熱疫毒之邪侵擾機體,正邪交爭而損傷機體,從而導致血瘀痰毒蘊結(jié),臟腑氣血陰陽失調(diào)而發(fā)病[16]。病位涉及肝、脾、腎三臟,可影響到氣、血、水的運行。因此治療上需清熱解毒、活血化瘀[17]。片仔癀是主要由三七、麝香、牛黃、蛇膽等組成,具有清熱解毒、消腫散結(jié)、活血化瘀、扶正祛邪的功效,其組方配伍與肝纖維化中醫(yī)辨證論治中清熱、化瘀、散結(jié)等治法相吻合。臨床上可用于多種原因所致急慢性肝炎、肝損傷等疾患。
網(wǎng)絡(luò)藥理學分析表明,片仔癀抗肝纖維的關(guān)鍵靶點可能為Akt1、IL-6、TNF、TP53、VEGFA、JUN、IL1B、EGFR、CASP3、PTGS2、MYC、ESR1、STAT3等。進而通過GO、KEGG通路富集分析顯示,主要調(diào)控的信號通路有癌癥、糖代謝、乙型肝炎、TNF、IL-17等信號通路。其中,片仔癀與肝纖維化的核心靶點EGFR、STAT3富集在EGFR/JAK1/STAT3信號軸上。
癌癥信號通路中的EGFR/JAK1/STAT3信號軸參與細胞增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等很多重要生物學過程。EGFR近膜端有能與非受體型酪氨酸蛋白激酶(JAKs)相互作用的區(qū)域,而其遠膜端能被活化的JAK磷酸化。蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化在控制JAK/STAT通路中起核心作用。此類受體是借助JAKs激活信號轉(zhuǎn)導子和STAT而最終作用于基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。因此,活化的EGFR可激活JAK/STAT信號發(fā)揮作用[18]。此外,研究發(fā)現(xiàn),IFN-γ和IL-6等炎癥因子可促進JAK/STAT信號激活,進而發(fā)揮其免疫調(diào)控功能。IL-6是機體免疫應答的重要炎癥介質(zhì),IL-6結(jié)合受體后可活化JAK1,并促使STAT3的磷酸化和轉(zhuǎn)錄激活,最終調(diào)控炎癥反應[19-20]。
肝纖維化是肝內(nèi)結(jié)締組織異常增生的病理過程,是慢性肝臟疾病向肝硬化甚至肝癌等病變的起因[21]。片仔癀臨床上可用于多種原因所致急慢性肝炎、肝損傷等疾患[22-23]。ALT、AST是反映肝臟正常代謝功能的重要生化指標,當肝臟受損時,ALT及AST含量將升高。與正常對照組比,模型組小鼠血液中ALT、AST含量升高,表明模型組小鼠的肝功能受損;經(jīng)片仔癀治療后,這2種指標的含量均明顯降低,表示肝臟功能有明顯恢復。HE染色結(jié)果表明,模型組小鼠肝臟病理切片出現(xiàn)嚴重細胞水腫和炎癥,纖維結(jié)締組織增生,相比模型組,片仔癀干預后均明顯減少;Masson染色結(jié)果顯示,模型組肝組織內(nèi)膠原纖維明顯比正常對照組增多,而片仔癀干預后肝纖維化程度明顯減輕。已有各種證據(jù)表明,JAK1/STAT3信號通路密切參與肝纖維化發(fā)生、發(fā)展,抑制JAK1/STAT3信號通路,可抑制肝星狀細胞的活化和促進其凋亡,從而起到抑制肝纖維化的作用[23-24]。本研究結(jié)果表明,CCl4誘導的肝纖維化模型組,EGFR、JAK1和STAT3這3個蛋白水平表達均比正常對照組明顯升高,且JAK1和STAT3磷酸化水平升高;片仔癀干預組可明顯下調(diào)以上3種關(guān)鍵蛋白。提示經(jīng)CCl4誘導的肝纖維化進展可能與EGFR/JAK1/STAT3信號軸的激活有關(guān),片仔癀能夠明顯減輕CCl4誘導的小鼠肝纖維化狀態(tài),其抗肝纖維化作用機制可能與EGFR/JAK1/STAT3信號軸有關(guān)。
綜上所述,片仔癀可以明顯降低肝損傷指標的血清含量,改善肝臟纖維化的病理改變,并通過調(diào)節(jié)EGFR/JAK1/STAT3信號軸起到抑制肝纖維化進程的作用。本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學研究方法,闡述了片仔癀治療肝纖維化的相關(guān)機制,并進行了一定的實驗驗證。這為該方治療肝纖維化的應用提供實驗支持,可為后續(xù)深入研究提供線索。今后實驗可應用片仔癀作用于有關(guān)肝纖維化的細胞如肝星狀細胞、肝巨噬細胞等的體外實驗研究,進一步探索其機制。