To Explore the Mechanism of Tremella fuciformis Ameliorating Constipation by Network Pharmacology Analysis and Molecular Docking
Objective: To explore the potential active ingredients and possible mechanisms of Tremella fuciformis in improving constipation. Method: Search for potential active ingredients, targets, and constipation related targets of Tremella fuciformis and Auricularia auricula in databases such as CNKI, Wanfang, CQVIP, TCMSP, PubChem, HERB, and DisGeNET. We import the intersection targets into STRING and Cytoscape 3.10.3 software for analysis, and use Cytohuba plugin to explore the core genes that improve constipation in Tremella fuciformis, perform GO and KEGG enrichment analysis using DAVID database, and perform molecular docking and visualization analysis using Auto Dock Tools-1.5.6 and PyMOL software. Results: The results showed that there were 23 active ingredients in Tremella fuciformis and Auricularia auricula, 402 predicted targets for compounds, 7804 targets for constipation, and 305 intersecting targets between Tremella fuciformis active ingredients and constipation. After topological analysis, 10 core target proteins for constipation improvement were obtained. GO and KEGG enrichment analysis showed involvement in multiple biological processes, cellular components, and molecular functions. The key signaling pathways include AKT1, STAT3, IL6, and TNF. The molecular docking results indicate that the active ingredients have a good binding effect with the target, especially quercetin and baicalein, which have low binding energies with AKT1. This suggests that quercetin and baicalein may improve constipation by regulating the protein kinase B-related signaling pathway. Conclusion: Through network pharmacology analysis and molecular docking, this study identified important active ingredients in addition to Tremella fuciformis polysaccharides, including palmitoleic acid, quercetin, baicalein, cis-13-octadecenoic acid, and oleic acid. These active ingredients may improve constipation by regulating targets such as STAT3, GAPDH, BCL2, IL6, TP53, TNF, EGFR, AKT1, ESR1, and MMP9. These potential active ingredients and targets have been less involved in previous related studies and are worth further investigation.
Tremella fuciformis
银耳的生物活性成分以多糖为核心,辅以膳食纤维、糖蛋白、甾醇和多酚等,具有抗氧化、免疫调节、肠道保护等多重功能。未来研究需进一步解析其成分的构效关系及协同机制,以推动其在功能食品和医药领域的应用。本研究采用网络药理学的研究方法和分子对接技术,旨在对银耳治疗便秘的成分进行预测和分析,为后期实验研究和临床实践提供理论基础。
登录微生信可视化云平台9,在Venny2.1软件界面分别输入银耳作用靶点和便秘的疾病相关靶点,获取二者共有的作用靶点。
将银耳、木耳的活性成分以及“2.3”所获取的潜在作用靶点分别导人Cytoscape 3.10.3软件,构建“成分–疾病–靶点”相互作用网络,使用Cytoscape插件Network analysis对网络特征进行分析。
将“2.3”获得的相交靶点输入到STRING10数据库中,设置物种为“Homo sapiens”,设置置信度为≥0.4,建立靶点蛋白之间的相互作用网络并进行分析,获得靶点之间的相互关系,隐藏无相互作用的靶点,获得蛋白相互作用结果图和STV格式文件。然后将STV文件导入Cytoscape3.10.3软件对其进行可视化分析,使用CytoHCA、CytoHubba和MCODE三种方法来确定重要蛋白。CytoHCAc插件以网络拓扑学参数如度值(Degree)、中介中心性(Betweenness centrality, BC)、紧密中心性(closeness centrality, CC)、特征向量中心性(eigenvector centrality, EC)、局部平均连通性(local average connectivity, LAC)和网络中心性(network centrality, NC)的中位数筛选银耳、木耳作用于便秘的关键靶点。CytoHubba插件以度值(Degree)、边缘渗透组件(EPC)和最大团中心性(MCC)为分析参数进行拓扑分析。根据MCC由高到低排序,筛选出10个核心基因,在此基础上,通过MCODE插件来确定PPI网络中连接密度最大的区域,此区域作为一个模块,并给予打分,该分数反映此模块与周围节点的密度,得分越高,说明该模块中节点的重要程度越高。获取蛋白相互作用信息,将其导人Cytoscape3.10.3软件,绘制PPI网络,并根据节点的度值筛选出核心靶点。
将“药物–活性成分–靶点”图中排名前5的活性成分与PPI网络中筛选到的靶蛋白进行分子对接。从PubChem的数据库中下载SDF格式的小分子药物,从RCSB PDB数据库11下载蛋白质,用OpenBabel 3.1.1软件将SDF格式文件转化为PDB格式文件。利用Auto Dock Tools-1.5.6软件对蛋白进行去水、加氢原子、能量最小化、确定扭转键等处理,然后使用Autodock进行活性位点对接,并使用Actodock Vina算法计算结合能,最后利用PyMOL软件进行可视化分析
通过文献与数据库检索共获得42个化学成分
通过在CTD、OMIM、TTD和GeneCards这四个数据库中检索“Constipation”相关靶点,其中GeneCards数据库共检索到8669个靶点,剔除后得到4452个靶点,而CTD数据库共检索到20,214个靶点,剔除后得到5061个靶点。TTD数据库共检索到11个相关靶点。OMIM数据库共检索到369个相关靶点,剔除遗传靶点以及重复靶点后,剩余48个。将四个数据库检索得到的靶点合并,共得到9598个。进一步剔除3133个重复靶点后,最终确定7804个靶点。采用Venny 2.1工具将获取的成分靶点与银耳靶点进行交集并绘制韦恩图。最终发现305个交集靶点(见
化学名称 |
xlogp |
Hbond donor |
hbondacc |
Mw (g/mol) |
2-氨基-4-甲基戊酸 |
−0.9 |
1 |
2 |
131.17 |
赖氨酸 |
−3 |
3 |
4 |
146.19 |
2,4-二羟基-6-甲基苯甲酸 |
1.7 |
3 |
4 |
168.15 |
洛伐他汀 |
4.3 |
1 |
5 |
404.5 |
麦角硫因 |
0.3 |
2 |
3 |
229.3 |
类别 |
Molecule ID |
Molecule name |
MW |
OB (%) |
DL |
黑木耳 |
MOL000359 |
β-Sitosterol |
414.79 |
36.91 |
0.75 |
黑木耳 |
MOL012237 |
Daucosterol |
576.95 |
20.63 |
0.63 |
黑木耳 |
MOL000476 |
Physcione |
284.28 |
22.29 |
0.27 |
黑木耳 |
MOL000359 |
Sitosterol |
414.79 |
36.91 |
0.75 |
木耳 |
MOL000298 |
ergosterol |
396.72 |
14.29 |
0.72 |
木耳 |
MOL013107 |
Sphondin |
216.2 |
42.99 |
0.13 |
木耳 |
MOL012254 |
campesterol |
400.76 |
37.58 |
0.71 |
银耳 |
MOL001739 |
Palmitoleic acid |
254.46 |
35.78 |
0.1 |
银耳 |
MOL000069 |
hexadecanoic acid |
256.48 |
19.3 |
0.1 |
银耳 |
MOL000617 |
(14S)-14-methylpalmitic acid |
270.51 |
23.12 |
0.11 |
银耳 |
MOL012365 |
cis-13-Octadecenoic Acid |
282.52 |
33.13 |
0.14 |
银耳 |
MOL000675 |
Oleic acid |
282.52 |
33.13 |
0.14 |
银耳 |
MOL000860 |
stearic acid |
284.54 |
17.83 |
0.14 |
银耳 |
MOL000399 |
Behenic Acid |
340.66 |
15.69 |
0.26 |
银耳 |
MOL000663 |
tetracosanoic acid |
368.72 |
14.9 |
0.33 |
银耳 |
MOL002737 |
scutellarein |
286.25 |
18.97 |
0.24 |
银耳 |
MOL001787 |
adenosine |
267.28 |
15.98 |
0.18 |
银耳 |
MOL000098 |
Quercetin |
302.25 |
46.43 |
0.28 |
使用Cytoscape 3.10.3对305个交集靶点绘制“药物–疾病–靶点”网络图(
类别 |
化合物名称 |
Degree值 |
银耳 |
Palmitoleic acid |
79 |
银耳 |
Quercetin |
77 |
银耳 |
Scutellarein |
77 |
银耳 |
Cis-13-Octadecenoic acid |
73 |
银耳 |
Oleic acid |
72 |
在String数据库中输入305个相交靶点,选择物种“Homo sapiens”,设置置信度为≥0.4,再点击MORE进行一次增多,然后进行K-means聚类分析,集群数量设置为3,获得303个靶点,共涉及308个节点和4712条边(
使用Cytoscape3.10.3软件中依次使用CytoHCA、CytoHubba和MCODE三种方法来确定重要的蛋白。首先使用CytoHCAc插件,根据DC、BC、CC、EC、LAC和NC的中位数进行3次筛选,得到23个核心基因有雄激素受体(Androgen Receptor, AR)、SRC原癌基因(SRC Proto-Oncogene, Non-Receptor Tyrosine Kinase, SRC)、基质金属蛋白酶9 (Matrix Metallopeptidase 9, MMP9)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ (Peroxisome Proliferator Activated Receptor Gamma, PPARG)、表皮生长因子受体(Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR)、白细胞介素1β (Interleukin 1 Beta, IL1B)、Erb-B2受体酪氨酸激酶2 (Erb-B2 Receptor Tyrosine Kinase 2, ERBB2)、雌激素受体1 (Estrogen Receptor 1, ESR1)、肿瘤蛋白P53 (Tumor Protein P53, TP53)、肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor, TNF)、前列腺素内过氧化物合酶2 (Prostaglandin-Endoperoxide Synthase 2, PTGS2)、信号转导和转录激活因子3 (Signal Transducer and Activator of Transcription 3, STAT3)、白细胞介素6 (Interleukin 6, IL6)、丝裂原活化蛋白激酶3 (Mitogen-Activated Protein Kinase 3, MAPK3)、B细胞淋巴瘤2 (B-Cell Lymphoma 2, BCL2)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase, GAPDH)、小鼠双微体2同源物(Mouse Double Minute 2 Homolog, MDM2)、糖原合成酶激酶3β (Glycogen Synthase Kinase 3 Beta, GSK3B)、胰岛素(Insulin, INS)、核因子κB亚基1 (Nuclear Factor Kappa B Subunit 1, NFKB1)、AKT丝氨酸(AKT Serine, AKT1)、BCL2样1 (BCL2 Like 1, BCL2L1)、丝裂原活化蛋白激酶1 (Mitogen-Activated Protein Kinase 1, MAPK1)。见
运用David数据库对银耳、木耳调控便秘相关靶点进行信号通路分析。在Upload列内将共有基因粘贴在列表内,第二步选择“OFFICIAL-GENE-SYMBO0L”和“Homo sapiens”,第三步选择“Gene List”,第四步点击“Submit List”得出结果,共获取187条GO条目,导入excel里,分别选取10个条目运用微生信进行可视化处理绘制柱状图(
图4. 潜在靶点调控网络图
利用DAVID在线数据库对银耳、木耳调控便秘靶点进行KEGG通路富集分析,根据P < 0.05筛选出45条通路(
“药物–活性成分–靶点”网络图中排列前5的活性成分分别与PPI网络中筛选出的10个核心蛋白(STAT3, GAPDH, BCL2, IL6, TP53, TNF, EGFR, AKT1, ESR1, MMP9)进行对接。对接盒子x、y、z值均为126,中心值x、y、z分别为−2.257,19.47,24.491。
图9. 结合能力最强的前4个对接图
化合物名称 |
结合能/kcal·mol−1 |
||||
STAT3 |
IL6 |
TP53 |
TNF |
AKT1 |
|
Palmitoleic acid |
−4.4 |
−4.2 |
−5.0 |
−4.4 |
−5.4 |
Quercetin |
−7.4 |
−6.2 |
−7.1 |
−7.4 |
−7.9 |
Scutellarein |
−7.1 |
−6.5 |
−7.3 |
−7.5 |
−7.9 |
Cis-13-Octadecenoic acid |
−4.7 |
−4.6 |
−4.6 |
−4.8 |
−5.7 |
Oleic acid |
−4.3 |
−4.1 |
−4.6 |
−4.6 |
−5.9 |
银耳是一种药食两用的真菌,传统医学认为其具有润肠通便的功效。现代研究表明,银耳通过多种分子机制调节肠道功能,其改善便秘的作用主要与其多糖成分、膳食纤维、肠道菌群调节及免疫调节活性相关。银耳多糖具有显著的水溶性和黏性。研究表明,银耳多糖可通过激活肠道上皮细胞中的TLR4/MyD88/NF-κB信号通路,促进黏蛋白(MUC2)的分泌,从而增强肠道黏液层的保护作用
银耳富含可溶性与不可溶性膳食纤维。不可溶性纤维通过增加粪便体积刺激肠道机械感受器,激活5-羟色胺(5-HT)的释放,进而增强肠道蠕动
慢性便秘常伴随肠道低度炎症。银耳多糖通过抑制NLRP3炎症小体的激活,减少IL-1β和IL-18的释放,从而缓解炎症对肠道平滑肌的损伤
本研究通过网络药理学分析发现了银耳多糖之外的重要活性成分,包括榈油酸、槲皮素、野黄芩素、顺式-13-十八碳烯酸和油酸等,这些活性成分可能通过调节STAT3、GAPDH、BCL2、IL6、TP53、TNF、EGFR、AKT1、ESR1和MMP9等靶点改善便秘。特别是槲皮素和野黄芩素与AKT1的结合能很低,提示槲皮素和野黄芩素有可能通过调节蛋白激酶B相关信号通路改善便秘。这些潜在活性成分和靶点在过去的相关研究中涉及较少,值得深入研究。
广西中医药大学校级重点项目(2021ZD004);广西中医药大学大学生科研训练课题(2023DXS22)。
*共同第一作者。
#通讯作者。
1HERB数据库:
2中药系统药理学分析平台:
3Pubchem数据库:
4Swiss Target Prediction 数据库:
5Genecard数据库:
6TTD数据库:
7OMIM数据库:
8TCD数据库:
9微生信可视化云平台:
10STRING数据库:
11RCSB PDB数据库: