基于有效中药的冠心病痰瘀互结证网络生物学基础探究

摘要

研究目的：
　　初步探讨冠心病痰瘀互结证的网络生物学基础。
　　材料与方法：
　　本研究以冠心病种子基因集（定义:与冠心病相关的基因为冠心病种子基因，种子基因构成的集合为种子基因集）及其所在的模块构成的网络对应为冠心病疾病网络。以冠心病疾病网络为“背景”，找出痰瘀同治冠心病中起活血、化痰作用的方药，搜集整理这些方药（有效成分）作用的靶点，形成冠心病活血、化痰方药作用的靶点集。以冠心病的西药靶点集为佐证（如果中药的作用靶点同时是西药的作用靶点，则说明该靶点的可靠性较高），在假定冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集三者同时出现的基因/通路/模块可能与冠心病痰瘀互结证密切相关的前提下，分析了这些同时出现的基因/通路/模块的功能，初步探究了冠心病痰瘀互结证的网络生物学基础。具体的研究步骤如下。
　　步骤①:整合Pubmed文献、CAD基因数据库、OMIM数据库、GWAS数据库中与冠心病相关的基因，形成冠心病种子基因集，分析冠心病种子基因集及其所在模块的功能。
　　步骤②:检索中国知网、万方两个中文文献数据库，结合先验知识和专家经验，确定痰瘀同治冠心病时分别起活血、化痰作用的方药。
　　步骤③:确定痰瘀同治冠心病起活血、化痰作用方药（有效成分）的作用靶点，形成冠心病活血靶点集和冠心病化痰靶点集，分析冠心病活血靶点集、化痰靶点集的功能及其所在模块的主要功能。
　　步骤④:整合TTD和DurgBank等西药-靶点数据库中出现的治疗冠心病的西药-靶点数据，形成冠心病西药靶点集，作为上述步骤①、②、③形成的冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集的佐证，如果中药作用靶点同时是西药的作用靶点，则说明该中药作用靶点的可靠性较高。
　　步骤⑤:分析冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集、西药靶点集四个集合中同时出现的基因/通路/模块及其相应的功能，初步阐释冠心病痰瘀互结证的网络生物学基础。
　　研究结果：
　　①形成了由1086个冠心病种子基因构成的冠心病种子基因集。
　　种子基因集GO富集功能分析结果提示:冠心病主要涉及的疾病病理过程包括损伤(Wounding)、炎症(Inflammatory)、氧化（Oxidative）、血液循环与血管发生(Blood circulation and Blood vasculature development)、脂质代谢(Liqid)、应激刺激（External stimulus）、细菌感染(Bacterial origin)、脂多糖反应(Response to lipopolysaccharide)、炎症反应的调节(Regulation ofinflammatory reponse)、细胞迁移(Postive of cell migration)等。
　　最显著富集的通路是补体和凝血级联反应(Complement and coagulationcascades，hsa04610)。
　　冠心病种子基因在STRING9.1出现比例最高的前10个模块的主要功能是:组织缺氧时RNA聚合酶Ⅱ激动剂的调节[Regulation of transcription from RNApolymeraseⅡ promoter in response to hypoxia(GO:0061418)]、血液中血管紧张素水平的调节[Regulation of angiotensin levels in blood(GO:0002002)]、血管紧张素成熟[Angiotensin maturation(GO:0002003)]、MLL5-L complex(GO:0070688)，主要与组织缺氧、血管紧张素的成熟/调节相关。
　　以上种子基因集功能分析的结果与现代认识到的关于冠心病发病机制的多种学说基本一致。
　　②确定了痰瘀同治冠心病时，起活血作用的方药及其有效成分作用的152个靶点，这152个靶点构成冠心病活血靶点集;起化痰作用的方药及其有效成分作用的133个靶点，这133个靶点构成冠心病活血化痰靶点集。
　　从188篇痰瘀同治冠心病的临床研究文献中共得出152首痰瘀同治冠心病方剂，确定丹参饮（包括丹参、檀香、砂仁三味中药）和桃红四物汤（包括桃仁、红花、当归、赤芍、川芎、生地黄六味中药）为痰瘀同治冠心病起活血作用的方药，瓜蒌薤白半夏汤（包括瓜蒌、薤白、半夏三味中药）和黄连温胆汤（包括黄连、茯苓、陈皮、枳实、竹茹五味中药）合石菖蒲为痰瘀同治冠心病起化痰作用的方药。起活血作用的方药（有效成分）作用的152个靶点构成了冠心病活血靶点集，起化痰作用的方药（有效成分）作用的133个靶点构成了冠心病化痰靶点集。
　　冠心病活血靶点集的主要的功能包括:活性氧簇生物合成过程以及调节过程[Reactive oxygen species biosynthetic process(GO:1903409)和Positiveregulation of reactive oxygen species metabolic process(GO:2000379)]、循环系统血管过程[Vascular process in circulatory system(GO:0003018)]、脂多糖反应[Response to lipopolysaccharide(GO:0032496)]、细菌反应[Response tobacterium(GO:0009617)]、缺氧反应[Response to hypoxia(GO:0001666)]，最显著富集的Pathway是Hepatitis B(Has:hsa05161)，与既往关于血瘀证的认识部分一致。
　　冠心病化痰靶点集主要的功能包括:类固醇激素反应Rresponse to steroidhormone(GO:0048545)]、脂多糖反应[Response to lipopolysaccharide(GO:0032496)]、Fc-epsilon receptor信号通路[Fc-epsilon receptor signalingpathway(GO:0038095)]、二氧化氮生物合成过程调节[Regulation of nitric oxidebiosynthetic process(GO:0045428)]，最显著富集的Pathway是Hepatitis B(Has:hsa05161)，与既往关于血瘀证的认识部分一致。
　　③冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集同时显著富集的GO结点包括皮质类固醇反应[Response to corticosteroid(GO:0031960)、脂多糖的细胞反应[Cellular response to lipopolysaccharide(GO:0071222)]、炎症反应[Inflammatory response(GO:0006954)]、二氧化氮生物合同的正向调节[Positive regulation of nitric oxide biosynthetic process(GO:0045429)]、细胞类型的特异凋亡过程[Cell-type specific apoptotic process(GO:0097285)]。
　　冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集同时显著富集的通路包括TNFsignaling pathway、Apoptosis、HIF-1 signaling pathway、NF-kappa B signalingpathway，四个通路主要功能以炎症、免疫、凋亡为主。
　　确定了典型的冠心病痰瘀互结证模块(Module95)，该模块出现了四个同时是种子基因、西药靶点、活血靶点、化痰靶点的基因:PTGS2(Gene ID:5743)、NOS2(Gene ID:4843)、MMP9(GeneID:4318)、VEGFA(GeneID:7422),其中PTGS2和NOS2的功能与炎症反应相关。同时，Module95显著富集的GO结点包括防御反应(Defense response)、免疫过程(Immune system process和Immune response)、压力应激反应(Response to stress、Responsetostimulus)、炎症反应(Inflammatory response)，提示免疫和炎症反应是其中重要的富集结点。Module95显著富集的通路包括NF-kappa B signaling pathway(hsa04064)，其功能以免疫炎症反应为主。
　　因此，同时为冠心病种子基因、活血靶点、化痰靶点、西药靶点的两个基因（TGS2和NOS2），冠心病种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集三个集合同时显著富集的GO结点和通路，典型的冠心病痰瘀互结证潜在模块，以上三者功能分析的结果，共同指向了炎症反应这一病理过程。
　　研究结论：
　　初步结果提示炎症反应可能在冠心病痰瘀互结证发生发展过程中起到了重要作用，可能是冠心病痰瘀互结证的重要生物学基础之一。

目录

声明

摘要

英文缩略词表

文献综述

综述一 复杂网络角度认知中医证候研究进展

综述二 证候分类的研究进展

前言

材料与方法

1 冠心病种子基因的确定

1．1 CAD基因数据库出现的种子基因

1．2 Pubmed文献中出现的种子基因

1．3 整合OMIM、GWAS中出现的种子基因

2 冠心病活血靶点集、化痰靶点集的确定

2．1 痰瘀同治冠心病的方药收集

2．2 痰瘀同治冠心病活血方药、化痰方药的确定

2．3 中药有效成分的作用靶点数据的整理

3 冠心病相关西药作用靶点的整合

3．1 TTD数据库中治疗冠心病的西药-靶点数据

3．2 Drugbank数据库中治疗冠心病的西药-靶点数据

4 基因集富集功能分析

5 模块功能分析

结果

1 冠心病种子基因集的确定及功能分析结果

1．1 冠心病种子基因集的确定

1．2 冠心病种子基因集富集功能分析结果

1．3 冠心病种子基因所在模块功能分析结果

2 冠心病活血靶点集、化痰靶点集的确定及功能分析结果

2．1 痰瘀同治冠心病痰瘀起活血／化痰作用的方药的确定

2．2 冠心病活血靶点集、化痰靶点集的确定

2．3 冠心病活血靶点集、化痰靶点集的富集功能分析

3 冠心病西药靶点集的确定

4 冠心病痰瘀互结证网络生物学基础探究

4．1 冠心病种子基因编码的蛋白质与中、西药物靶点同现情况

4．2 种子基因集、活血靶点集、化痰靶点集同时显著富集功能分析

4．3 典型冠心病痰瘀互结证潜在模块的分析结果

4．4 本研究的初步结果

讨论

1 炎症反应可能贯穿于冠心病痰瘀互结证发生发展的全过程

2 本研究的不足之处

参考文献

附录

致谢

个人简历