基于网络药理学及分子对接技术预测芹菜叶中的主要活性成分

基于网络药理学及分子对接技术预测芹菜叶中的主要活性成分

王茂宁 杨祥婷 宋淼 马菁 孙佳雯 乔雪婷 张寒*

(西安医学院，陕西 西安 710021)

摘要：目的 基于网络药理学方法探讨芹菜叶中的主要药效物质基础，阐释其主要活性成分的作用机制。方法 选取芹菜叶中的特征性成分，通过TCMSP、Uniprot 等数据库预测化合物作用靶点，OMIM、DisGeNet、GeneCards等数据库收集相关疾病靶点，对获得靶点进行GO和KEGG通路富集分析，利用 Cytoscape 软件构建“活性成分-作用靶点-通路”网络。利用分子对接技术进行活性成分与关键靶点。结果 芹菜叶中主要活性成分为柚皮素、绿原酸、圣草酚、槲皮素、芹菜叶素、木犀草素、芦丁、山奈酚、漆黄素和水蓼素；关键靶点为IL6、AKT1、TNF、BCL-2、INS、EGFR、STAT3和IL1B；分子对接结果显示绿原酸、槲皮素、芦丁、水蓼素和8个关键靶点结合能均低于-5。结论 芹菜叶中的绿原酸、槲皮素、芦丁、水蓼素四种主要活性成分通过PI3K-Akt、脂质和动脉粥样硬化、FoxO等信号通路调控血管内皮细胞增生、血管收缩、氧化应激等生物过程发挥调血脂、降压、抗炎作用。

关键词：芹菜叶叶；绿原酸、槲皮素、芦丁、水蓼素

有资料表明芹菜叶中的营养成分远高于茎[1]，具有很好的药用功能，其所含的黄酮类物质，包括黄酮及其衍生物多以苷态存在[2]，具有调节毛细血管的脆性和通透性、降血压、降血脂、清除自由基抗氧化、抗凝血和抗血栓形成、抵抗心血管疾病等功效[3-4]。但目前关于芹菜茎叶的药效物质基础及质量评价研究较少，不利于芹菜叶类系列功能食品的研发。因此本文基于网络药理学及分子对接技术，预测芹菜叶中的主要活性成分，为以芹菜茎叶系列功能相食品的开发提供基础。

1.方法

1.1 芹菜叶活性成分及靶点预测：在中药系统药理学数据库与分析平台TCMSP数据库检索芹菜叶活性成分,用本草组鉴(HERB)平台预测药物相关靶点，通过Uniprot、OMIM、DisGeNet、GeneCards等数据库获取相关疾病靶点。将芹菜叶及其活性成分、作用靶点作为节点，建立tape和network文件，导入Cytoscape软件构建“药物-成分-靶点”网络图。

1.2 靶点的生物信息学分析：利用 STRING 11.0数据库将项下筛选出的靶点进行蛋白质互作网络（PPI）分析,获得核心靶点 PPI网络图。运用 Omicsbean 数据库对靶点蛋白进行GO富集分析和KEGG通路分析，以P<0.05筛选GO富集分析, 并根据P值从小到大序获取GO条目，取潜在靶标数量排名前20的信号通路进行可视化处理。

1.3 “成分-靶点-通路”网络构建：通过Cytoscape软件, 将芹菜叶活性成分、靶点、信号通路相互作用的相关数据制成“成分-靶点-通路”网络图。

1.4 分子对接：在PubChem数据库下载化合物SDF结构，将核心靶点作为受体，在PDB数据库中下载蛋白三维结构。将蛋白和化合物的结构导入MOE软件中进行分子对接，Docking Score作为评价分子间结合活性的依据。

2.结果

2.1 关键靶点预测：将筛选出的芹菜叶主要活性成分槲皮素、木犀草素、山奈酚、芹菜素、圣草酚、柚皮素、漆黄素、水蓼素、芦丁9种黄酮类化合物及咖啡酸、绿原酸、黄烷醇及阿魏酸4种酚酸类化合物，通过Swiss Target Prediction 数据库进行芹菜叶活性成分靶点预测，得到282个靶点及“药物-成分-靶点”网络图（图1）。

图1“药物-活性成分-潜在靶点”网络

2.2 将282个作用靶点导入String 数据库中，得到蛋白间PPI相互作用关系图（图2），将PPI核心靶点投射至 OmicsBean 在线分析软件进行GO功能注释分析（图3）和 KEGG 通路富集分析，并经Omicshare工具对前20条通路进行可视化。最后，通过 Cytoscape 软件，得到化合物-靶点-通路网络（图4）。

图2 芹菜叶叶关键靶点的 PPI网络互作图    图3芹菜叶关键靶点GO功能分析

对核心靶点分析结果显示，处于PPI 网络中心的AKT1（度值 132），IL6（度值 127），，TNF（度值 124），BCL-2（度值 110），INS（度值 118），EGFR（度值 114），STAT3（度值 107），IL1B（度值 111）8种关键蛋白间相互作用，提示上述基因可能是芹菜叶干预疾病的潜在核心靶点。

KEGG通路富集分析结果显示，Ｐ＜0.05的信号通路有264条，涉及癌症、弓形体病、阿尔茨海默等疾病相关的通路。其中主要包括癌症途径、PI3K-Akt、AGE-RAGE信号通路、阿尔茨海默疾病、脂质和动脉粥样硬化、化学致癌-活性氧、人T细胞白血病病毒感染、FoxO信号、氮代谢等信号通路。说明芹菜叶可能作用于AKT1、IL6、TNF、BCL-2等蛋白，通过PI3K-Akt、阿尔茨海默、脂质和动脉粥样硬化、FoxO等信号通路通过影响哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1）和胆固醇调节元件结合蛋白（sterol-regulatory element binding protein，SREBP）核苷酸代谢

[5]、脂质代谢、氧化应激、血管平滑肌收缩、血管内皮细胞功能调节等过程来发挥血脂代谢、炎症因子释放、血管内皮增生、血管收缩等作用调控血脂、血压及抗炎过程。“成分-靶点-通路”网络图直观地体现出芹菜叶活性成分干预关联疾病过程中多成分、多靶点、多通路的作用特点。进一步验证芹菜叶活性成分中槲皮素、山萘酚、柚皮素、木犀草素、芹菜素和漆黄素发挥主要作用，且与癌症、心脑血管、阿尔茨海默等疾病相关联。

2.3分子对接验证：分子对接结果显示筛选出的10种活性成分与8种关键靶点蛋白都有较低结合能，其中绿原酸、芦丁、水蓼素与8种蛋白靶点结合能数值均低于-5以下（图6）。其中芦丁与BCL-2对接结合能最低，说明两者结合最稳定。水蓼素与TNF、槲皮素与EGFR、绿原酸与STAT3的结合能均低于其他配体结合能，表明这些活性成分与靶点结合稳定。

图6 核心靶点与主要成分结合能热图

3.讨论

本次研究基于网络药理学分析发现，在选取的13种特征性成分中，筛选出主要活性成分10种，分别是柚皮素、绿原酸、圣草酚、槲皮素、芹菜叶叶素、木犀草素、芦丁、山奈酚、漆黄素和水蓼素。关键靶点8个，分别是IL6、AKT1、TNF、BCL-2、INS、EGFR、STAT3和IL1B。利用分子对接发现绿原酸、槲皮素、芦丁、水蓼素和8个关键靶点均有较强的对接活性。本研究结果为阐明芹菜叶叶叶的主要活性成分和整体作用机制提供理论支撑，为进一步挖掘芹菜叶的功能和拓宽其在生产上的应用提供研究思路。

参考文献

[1]马子甲. 芹菜籽ACE抑制活性成分筛选鉴定及其降血压功效研究[D]. 浙江师范大学, 2022.

[2]高云. 芹菜品质评价模型建立与冷冻加工对其品质的影响[D]. 南京农业大学, 2020.

[3]李有媛,赵愉涵,陈庆敏,等. 四种芹菜不同部位营养成分和抗氧化能力的分析比较 [J]. 食品与发酵工业, 2021, 47 (14): 76-81.

[4]马子甲,张凯杰,陆胜民,等. 不同品种芹菜可食部分的降压活性成分及其体外血管紧张素转换酶抑制活性[J].浙江农业学报,2021,33(12): 2415-2422.

[5]李新,韩彦琪,张祥麒,等. 基于网络药理学的痹祺胶囊治疗类风湿性关节炎的配伍规律研究[J]. 中草药, 2023, 54 (23): 7607-7617.基金号：大学生创新创业项目：S202211840006