基于分子对接和网络药理学分析金银花-黄连治疗关节假体周围感染的作用及分子机制

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3870

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (21): 3360-3367.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3870

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基于分子对接和网络药理学分析金银花-黄连治疗关节假体周围感染的作用及分子机制

张海涛1，陈锦伦2，朱兴阳1，曾会粮3，李杰2，孙小波1，齐新宇2，曾建春2，曾意荣2

1广州中医药大学第一临床医学院，广东省广州市 510405；2广州中医药大学第一附属医院，广东省广州市 510405；3佛山市中医院，广东省佛山市 528000

收稿日期:2020-07-14 修回日期:2020-07-16 接受日期:2020-09-11 出版日期:2021-07-28 发布日期:2021-01-23
通讯作者: 曾意荣，博士，主任医师，博士生导师，广州中医药大学第一附属医院三骨科，广东省广州市 510000
作者简介:张海涛，男，1997年生，江西省上饶市人，汉族，广州中医药大学在读硕士，主要从事中医药治疗骨与关节疾病方面的研究。

Effect and molecular mechanism of Honeysuckle-Rhizoma coptidis in the treatment of periprosthetic joint infection based on molecular docking and network pharmacology

Zhang Haitao1, Chen Jinlun2, Zhu Xingyang1, Zeng Huiliang3, Li Jie2, Sun Xiaobo1, Qi Xinyu2, Zeng Jianchun2, Zeng Yirong2

1First Clinical Medical College, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510405, Guangdong Province, China; 2First Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510405, Guangdong Province, China; 3Foshan Traditional Chinese Medicine Hospital, Foshan 528000, Guangdong Province, China

Received:2020-07-14 Revised:2020-07-16 Accepted:2020-09-11 Online:2021-07-28 Published:2021-01-23
Contact: Zeng Yirong, MD, Chief physician, Doctoral supervisor, First Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510405, Guangdong Province, China
About author:Zhang Haitao, Master candidate, First Clinical Medical College, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510405, Guangdong Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
关节假体周围感染：中医学领域中归属于“附骨疽”的范畴，是由邪毒侵袭手术部位，热毒壅滞，气血凝结，经络阻滞，进而化腐成脓，流注于筋肉，渗出于体表皮肤所致。
金银花：自古被誉为清热解毒、疏散风热之良药，主治温病发热、热毒血痢和痈疽疔毒等热毒性疾病。

背景：有研究表明金银花、黄连中多种单体治疗关节假体周围感染有效，关于金银花、黄连单独作用的研究较多，但金银花-黄连的共同药理作用机制鲜有文献报道。
目的：基于分子对接和网络药理学手段探究金银花-黄连治疗关节假体周围感染的潜在有效成分、靶点和作用机制。
方法：通过传统中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)筛选金银花、黄连的有效成分和靶点基因。使用人类基因数据库(GeneCards)和在线孟德尔遗传数据库(OMIM)获得关节假体周围感染靶点基因，取交集后获得金银花-黄连与关节假体周围感染的交集基因。通过STRING数据库构建靶点蛋白质之间相互作用(PPI)网络，利用Cytoscape 3.7.2软件中“CytoNCA”插件对该PPI网络做拓扑分析和核心靶点筛选，再通过Cytoscape 3.7.2软件构建“中药-有效成分-交集靶点-疾病”“有效成分-交集靶点”和“通路-富集基因”网络。利用DAVID在线工具进行交集靶点的基因本体论(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析，并通过分子对接验证有效成分与靶点亲和力。
结果与结论：①通过数据库筛选获得金银花治疗关节假体周围感染的有效成分14个及对应靶点183个，黄连治疗关节假体周围感染的有效成分9个及对应靶点158个；②共获得关节假体周围感染相关基因286个，药物和疾病的交集基因37个，PPI网络筛选出白细胞介素6等17个核心基因；③GO功能富集显示，金银花-黄连治疗关节假体周围感染的生物功能共有59个，其中生物过程44个，细胞组分6个，分子功能9个；④KEGG通路富集共筛选出17条信号通路；⑤分子对接结果显示，槲皮素、木犀草素、山柰酚与白细胞介素6、基质金属蛋白酶9、白细胞介素1β具有良好的亲和力；⑥结果证实，金银花-黄连治疗关节假体周围感染的具体机制涉及槲皮素和木犀草素等多个有效化合物，南美锥虫病和肿瘤坏死因子信号通路等多个作用途径，白细胞介素6和前列腺素内过氧化物合酶2等多个靶点基因，这些化合物、靶点基因和途径可共同协调药物发挥治疗作用。此外，文章还发现了潜在有效成分槲皮素，为后续深入研究提供了新导向和新思路。

https://orcid.org/0000-0001-5949-6483 (张海涛)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 关节, 中医药, 假体, 金银花, 黄连, 感染, 网络药理学, 分子对接, 信号通路, 基因

Abstract: BACKGROUND: Studies have shown that various monomers of Honeysuckle and Rhizoma coptidis are effective in the treatment of periprosthetic joint infections. There are many studies on the individual effects of Honeysuckle and Rhizoma coptidis, but the common pharmacological mechanism of Honeysuckle and Rhizoma coptidis is rarely reported.
OBJECTIVE: To explore the potential effective components, targets and action mechanisms of Honeysuckle-Rhizoma coptidis in the treatment of periprosthetic joint infection based on molecular docking network pharmacology.
METHODS: The effective components and target genes of Honeysuckle and Rhizoma coptidis were screened by traditional Chinese medicine system pharmacology database and analysis platform. The GeneCards and On-line Mendelian Inheritance in Man were used to obtain the targets for periprosthetic joint infection. The intersection of the two was taken to obtain the Honeysuckle, Rhizoma coptidis-periprosthetic joint infection disease intersection target. The protein-protein interaction (PPI) network was constructed through the STRING database, and the “CytoNCA” plug-in in Cytoscape 3.7.2 software was used for topology analysis and core target screening of the PPI network. Afterwards, through Cytoscape 3.7.2 software, the network of “traditional Chinese medicine - active component -intersection target-disease”, “active component -intersection target” and “pathway -enrichment gene” was constructed. DAVID was used to analyze the Gene Ontology (GO) function of the intersection target and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment. The affinity between the active components and the target was verified by molecular docking.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Through data screening, 14 effective components and 183 corresponding targets of Honeysuckle, 9 effective components of Rhizoma coptidis and 158 corresponding targets were obtained for periprosthetic joint infection. (2) In addition, 286 genes related to periprosthetic joint infection and 37 genes related to drug and disease were obtained. 17 core genes (such as interleukin 6) were screened by PPI network. (3) GO function enrichment showed that there were 59 biological functions of Honeysuckle-Rhizoma coptidis in the treatment of periprosthetic infection, including 44 biological processes, 6 cellular components and 9 molecular functions. (4) A total of 17 signal pathways were screened by enrichment of KEGG pathway. (5) The results of molecular docking showed that quercetin, luteolin, and kaempferol had good affinity with interleukin 6, matrix metalloproteinase 9 and interleukin 1β. (6) Results verified that Honeysuckle-Rhizoma coptidis is characterized by multiple effective compounds (such as quercetin and luteolin), multiple action pathways (such as Chagas disease and Toll-like receptor signaling pathway) and multiple target genes (such as prostaglandin-endoperoxide synthase 2 and interleukin 6) in the treatment of periprosthetic infection. These compounds, target genes and pathways can coordinate the therapeutic effect of drugs. In addition, quercetin was also found as a potential active ingredient, which provides a new direction and new idea for further research.

Key words: joint, traditional Chinese medicine, prosthesis, Honeysuckle, Rhizoma coptidis, infection, network pharmacology, molecular docking, signal pathway, gene

中图分类号:

张海涛, 陈锦伦, 朱兴阳, 曾会粮, 李杰, 孙小波, 齐新宇, 曾建春, 曾意荣. 基于分子对接和网络药理学分析金银花-黄连治疗关节假体周围感染的作用及分子机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3360-3367.

Zhang Haitao, Chen Jinlun, Zhu Xingyang, Zeng Huiliang, Li Jie, Sun Xiaobo, Qi Xinyu, Zeng Jianchun, Zeng Yirong. Effect and molecular mechanism of Honeysuckle-Rhizoma coptidis in the treatment of periprosthetic joint infection based on molecular docking and network pharmacology[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(21): 3360-3367.

图/表（结果） 12

2.1 金银花-黄连有效成分、关节假体周围感染疾病靶点以及交集基因获取结果通过TCMSP数据库筛选得到金银花治疗关节假体周围感染的有效成分14个，对应靶点183个，黄连治疗关节假体周围感染的有效成分9个，对应靶点158个，两者共同有效成分为槲皮素，共同靶点150个，见表1。通过GeneCards和OMIM数据库共筛选获得关节假体周围感染的疾病靶点共286个。两药对应靶点与关节假体周围感染疾病的靶点取交集后，获得37个交集靶点基因(PTGS1，PTGS2，MMP2，JUN，CASP3，CASP8，MMP1，GJA1，NOS2，STAT1，ICAM1，ALOX5，PLAU，MMP9，白细胞介素10，白细胞介素4，白细胞介素6，白细胞介素2，白细胞介素1B，NFKBIA，IFNG，MMP3，EGF，CCL2，CXCL8，PLAT，SERPINE1，白细胞介素1A，PARP1，CRP，CXCL10，SPP1，RUNX2，CTSD，ALB，MMP10和MAPK14)，见图1。

2.2 PPI网络构建和核心基因筛选利用STRING在线数据库构建交集靶点蛋白相互作用网络的结果如图2。PPI网络包含37个蛋白质节点，452条边(即节点间的相互作用关系)，节点度值为平均值24.4。PPI网络TSV文件导入Cytoscape 3.7.2软件后，设定Degree值大于平均值并构建子网络，子网络介质中心性平均值为11.6，再次设定Betweenness大于平均值获得核心基因PPI网络，共得到17个核心靶基因，其中度值排名前3的分别为白细胞介素6、MMP9和白细胞介素1B如图3。

2.3 可视化结构网络的构建采用Cytoscape 3.7.2软件分别构建了“金银花、黄连-有效成分-交集靶点-关节假体周围感染”可视化调控网络见图4，“有效成分-交集靶点”拓扑分析网络见图5。“金银花、黄连-有效成分-交集靶点-关节假体周围感染”网络中，左侧13个三角形节点为金银花有效成分，右侧8个三角形为黄连有效成分，下方1个长方形红色节点槲皮素为金银花和黄连两药共有成分。图中错综复杂的“边”(连线)，体现了金银花和黄连的多种有效成分通过不同的靶点、不同的途径作用于疾病。“有效成分-交集靶点”拓扑分析网络中，蓝色节点代表金银花的有效成分，绿色节点代表黄连的有效成分，红色代表节点两药共有有效成分，粉红色节点代表交集靶点基因，度值大于10以上的有效成分分别是槲皮素为32，木犀草素为14。由此可见，槲皮素在金银花和黄连对治疗关节假体周围感染疾病的作用机制中发挥着举足轻重的作用。

2.4 GO功能富集分析结果通过DAVID在线工具分析交集靶点基因后，获得按P值升序排列的59个功能富集，其中包括生物过程44个，细胞组分6个，分子功能9个。选取排名前10位的生物过程、排名前5的分子功能、细胞组分制成表格，见表2，并以气泡图的形式直观展示如图6。GO富集分析结果显示，金银花、黄连-关节假体周围感染疾病交集靶基因的生物功能主要包括：细胞对脂多糖的反应、细胞增殖调节、免疫反应、MHC Ⅱ类生物合成过程的正向调控、同型向IgG同型转变的正向调节、肌牵张反应、炎症反应、RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控、胶原蛋白分解代谢的过程、对原生生物的防御反应等；细胞组分主要包括：细胞外空间、细胞外基质、质膜外侧面、胞质和细胞外的外来体；分子功能主要为细胞因子活性、生长因子活性、金属内肽酶活性、趋化因子活性及丝氨酸-型肽链内切酶活性等。

2.5 KEGG通路富集分析结果金银花、黄连-关节假体周围感染疾病交集基因的KEGG富集分析共获得17条信号通路，结果见图7。图7中共有17个通路节点(长方形)，26个靶基因节点(椭圆形)，颜色越深，形状越大，该通路或靶点的度值越大。选取前10条信号通路绘制的气泡图如图8。TOP10信号通路分别为：南美锥虫病、肿瘤坏死因子、利什曼病、甲型流感、类风湿性关节炎、炎症性肠病、Toll样受体信号通路、弓形体病、百日咳和肺结核信号通路。结果表明，金银花-黄连有效成分对应的靶点基因可以通过多条不同的炎性疾病或细胞因子信号通路作用于关节假体周围感染疾病。

2.6 金银花和黄连主要有效成分作用于关节假体周围感染的分子对接结果普遍而言，在结合能<0时，配体与受体结合的构象稳定时能量越低，发生的作用可能性越大，结合能≤-5.0 kJ/mol时，具有良好的亲和力。分子对接结果显示金银花、黄连中主要有效成分与关节假体周围感染关键靶点的分子对接亲和力均小于-5.0 kJ/mol，因此，结果表明金银花、黄连中有效成分与关节假体周围感染关键靶点具有较好的结合力，分子对接结果见表3，图9。

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引言

关节假体周围感染是人工关节置换后的一种极具破坏性的并发症[1]。随着人类平均寿命的增加，人工关节置换手术越来越多，由此而发生的关节置换后假体周围感染率不断上升。在英国和美国，每年大约有80万例关节置换，预计到2030年将超过400万例，而人工髋、膝关节置换的假体周围感染分别为1%和1%-2%。由此可见，有效防治关节假体周围感染尤为重要。目前临床以使用抗生素、一期保留假体清创和二期放置占位器翻修等治疗方式为主[2]。然而，患者们却面临着抗生素使用产生耐药性、手术费用过高、住院治疗时间延长、感染后可能发生再次感染等问题。
传统中医学认为，关节假体周围感染在中医学领域中归属于“附骨疽”的范畴，是由邪毒侵袭手术部位，热毒壅滞，气血凝结，经络阻滞，进而化腐成脓，流注于筋肉，渗出于体表皮肤所致[3]。金银花-黄连常见于治疗关节假体周围感染等感染性疾病的方剂中。金银花自古被誉为清热解毒、疏散风热之良药，主治温病发热、热毒血痢和痈疽疔毒等热毒性疾病。现代药理学研究表明，金银花含有槲皮素和木犀草素等活性成分，对溶血性链球菌、金黄葡萄球菌等多种致病菌具有显著的抑制作用[4-5]，黄连亦有清热燥湿、泻火解毒之功效。许多现代研究表明，黄连具有广谱的抗菌活性，对革兰阳性菌、革兰阴性菌和真菌均敏感，已被大量运用于临床实践中[6-8]。目前关于金银花或黄连单独用药的研究较多，但关于金银花-黄连的共同药理作用机制鲜有文献报道[9-10]。
因此，文章通过集生物信息学、分子生物学以及药理学等学科于一体的网络药理学，采用多种在线数据库及可视化软件，建立金银花、黄连-靶点-关节假体周围感染可视化结构网络，进行中药有效成分、作用靶点以及信号通路的全面评价分析，并通过计算机虚拟验证技术(分子对接)进行有效成分与靶点的低能结合模式验证，从而探究金银花、黄连治疗关节假体周围感染的可能作用机制，为后期研究中药抗关节假体周围感染的体外及体内实验提供方向和思路。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 数据库信息及金银花-黄连有效成分及靶基因筛选采用中药系统药理学数据库及分析平台(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP)筛选金银花和黄连的作用靶点，于数据库中分别输入检索词“金银花”和“黄连”，选择“成分”(Ingredients)按键，根据毒药物动力学参数(ADME)作为中药有效成分的筛选条件，设置生物利用度(OB)≥30%，药物相似性(DL)≥0.18。毒药物动力学参数(ADME)是指机体对外源化学物的吸收(absorption)、分布(distribution)、代谢(metabolism)及排泄(excretion)过程，其反映了药物在动物或者人体内的动态变化规律。随后选择“相关基因”(Related Targets)按键，获得金银花和黄连所有活性成分对应的靶基因，通过Excel软件查找并整理得到金银花和黄连的有效成分及靶点。
1.2 关节假体周围感染疾病靶点的收集在人类基因数据库(GeneCards，https://www.genecards.org/)和《人类孟德尔遗传》杂志(OMIM，https://omim.org/)2个在线数据库中输入关键词“PeriprostheticJoint Infection”，将2个人工关节周围感染疾病靶点汇总后，得到人工关节周围感染疾病的靶点基因，检索日期截止至2020年2月。
1.3 交集基因获取使用在线软件VRNNY2.1(http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)对关节假体周围感染疾病的靶点和“金银花-黄连”的有效成分靶点进行分析并获得交集靶点，从而得到药物-疾病的共同作用靶点，然后绘制韦恩图。
1.4 PPI网络的构建和核心靶点筛选通过STRING在线数据库(http://string-db.org/)构建靶点蛋白质之间相互作用(Protein-protein interaction，PPI)网络。输入交集基因后，选定“Homo sapiens”，设置中等置信度为0.4进行检索，获得结果后，将网络保存为TSV格式，导入Cytoscape 3.7.2软件( http://www.cytoscape.org)中，使用“CytoNCA”插件对该PPI 网络模型做拓扑分析和核心靶点筛选，以明确靶点之间的相互调控关系，其中核心靶点的筛选条件为该网络中的节点度值(Degree)和介质中心性(Betweenness Centrality)均大于平均值。
1.5 “中药-有效成分-交集靶点-疾病”调控网络和“有效成分-交集靶点”拓扑分析网络的构建通过Excel软件建立“中药-有效成分”“有效成分-靶点”及“靶点-疾病”对应关系文件和属性赋值文件，依次导入Cytoscape 3.7.2软件中，构建“金银花、黄连-有效成分-靶点-关节假体周围感染”可视化调控网络。此外，为更加清晰地呈现金银花和黄连中有效成分的重要性，根据有效成分的度值构建“有效成分-交集靶点”的拓扑分析网络，网络中有效成分的颜色和节点形状大小依据Degree值而变化，值越大，颜色越深，形状越大，该有效成分发挥的作用越大。
1.6 GO 富集分析和KEGG 信号通路分析将交集基因提交至DAVID在线数据库(https://david.ncifcrf.gov/)，将背景设置为“Homo sapiens”(人类)，设定P < 0.05，进行GO(Gene Ontology)富集分析和基因组百科全书KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集分析，其中KEGG分析的筛选另增设置FCR < 0.05，得到金银花-黄连治疗关节假体周围感染的主要生物学过程和作用通路。为明确靶基因参与KEGG信号通路的情况，根据每条通路所包含的基因数，绘制“KEGG通路-交集靶点”拓扑分析网络图。并对显著性排名前10的生物学过程、分子功能和KEGG通路进行分析，采用imageGP 在线作图工具(http://www.ehbio.com/ImageGP/)制作GO功能和KEGG通路气泡图。
1.7 分子对接在pubchem在线数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)输入度值靠前的有效成分英文名，下载各有效成分的2D结构，采用ChemOffice软件构建有效成分的3D结构保存为*mol2 格式并使其能量最小化。随后从PDB 数据库(https://www.rcsb.org/)分别下载PPI网络中度值排名前3位的靶点白细胞介素6、基质金属蛋白酶9(MMP9)和白细胞介素1B的配体PDB格式文件，用PyMOL软件对蛋白进行去水、分离出活性中心的原配体，运用Auto Dock软件将化合物及靶蛋白由*pdb格式转换为*pdbqt格式，根据盒子包围活性中心位置设置准确的Grid box参数值以及X，Y，Z轴坐标值，最后运行Vina进行分子对接。据先前文献报道[11]，结合能<0说明配体与受体能够自发结合，结合能≤-5.0 kJ/mol表示均有更好的结合活性，因此选定结合能≤-5.0 kJ/mol作为亲和力良好的筛选标准。
1.8 主要观察指标 ①核心基因筛选结果；②核心基因的GO功能和KEGG富集结果；③有效成分作用于关节假体周围感染的分子对接结果。

讨论

关节假体周围感染是人工关节置换后一种极其严重的并发症，给社会和患者带来巨大的经济损失，始终牵动着关节外科医生们的心。尽管有多种降低关节假体周围感染发生率的干预措施，如围术期的抗生素预防、危险因素的修正和严格的感染预防方案等，但仍然无法治愈关节假体周围感染[12]。其难治性主要在于致病菌在假体表面形成一种由胞外多糖基质、纤维蛋白和脂蛋白等多糖类物质组成的生物被膜，生物膜使致病菌能够在恶劣的环境中以低活性生存，并且定植于假体表面的致病菌在生物膜的膜性屏障保护作用下，使抗生素等抗菌药物无法充分渗透而发挥作用[13]。目前，国内外多项研究均表明金银花、黄连中有效成分具有抑制细菌生长及其生物膜形成的作用[4-6，8]。
文章通过基于系统生物信息原理的网络药理学筛选得到金银花-黄连的有效成分22种，其中金银花14种，黄连9种。其中槲皮素为两者共同有效成分，且其对应的交集靶点数最多，即度值为32，其次度值排名靠前的分别为木犀草素(Degree=14)，山柰酚(Degree=9)。这与目前发表的研究结果存在一定的一致性，表明文章的预测结果具有一定的参考价值。研究表明，槲皮素主要通过防止细菌黏附、抑制群体感应途径、破坏或改变质膜、抑制外排泵、阻断核酸合成等抑制细菌生长和生物膜的形成，但尚无学者运用于抗关节假体周围感染研究中[14]；木犀草素是一种天然黄酮类化合物，其对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌等均具有明显的体外抗菌活性，研究证实它不直接破坏膜的完整性，但通过影响金黄色葡萄球菌的膜通透性从而发挥抗菌作用[15-16]；山柰酚通过抑制多种炎症因子的表达发挥抗炎作用，对MRSA等致病菌具有良好的抗菌作用[17-18]。虽然黄连素在网络中度值相对较低，但最近研究表明，黄连素(小檗碱)对与关节假体感染有关的白色念珠菌和金黄色葡萄球菌有显著的杀菌作用[19-20]。这一情况与当前的研究有所出入，可能与药物数据库的更新不及时有关。
通过构建交集靶基因PPI网络，筛选核心基因，得到白细胞介素6、MMP9、白细胞介素1B，PTGS2，ALB，CCL2，JUN，CXCL8，CASP3，MMP2，白细胞介素10，EGF，白细胞介素4，MMP3，IFNG，CXCL10和MMP1共17个核心靶点基因。白细胞介素6、MMP9和白细胞介素1B更为关键。白细胞介素6和白细胞介素1B均为白细胞介素类的细胞因子，血清白细胞介素6是临床上观察关节假体周围感染患者炎性水平的常用诊断指标，能够刺激巨噬细胞的抗菌活性，与炎症反应密切相关[21]，白细胞介素1B作为白细胞介素1的存在形式，是一种具有多种生物学作用的促炎细胞因子，参与多种炎性反应[22]。MMP9是具有维持和降解细胞外基质某些平衡功能的蛋白，MMP9会在B淋巴细胞的白细胞介素1β的刺激作用下表达[23]。核心基因的预测结果与当前运用白细胞介素6诊断关节假体周围感染的研究具有相似性[24-25]。
交集基因的GO功能富集包括3个方面，生物学过程主要涉及细胞对脂多糖的反应、细胞增殖调节、免疫反应、MHC Ⅱ类生物合成过程的正向调控、同型向IgG同型转变的正向调节、肌牵张反应、炎症反应、RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控、胶原蛋白分解代谢的过程和对原生生物的防御反应等；细胞组分主要包括：细胞外空间、细胞外基质、质膜外侧面、胞质和细胞外的外来体；分子功能主要为细胞因子活性、生长因子活性、金属内肽酶活性、趋化因子活性和丝氨酸-型肽链内切酶活性等。脂多糖是革兰阴性细菌细胞壁外壁的组成成分，相当于一种物理屏障为细菌提供对周围环境保护，也可被免疫系统识别为检测细菌病原体入侵的标志物，并引起炎症反应的发展，金银花和黄连可能通过细胞对脂多糖的反应功能从而发挥抑菌作用[26]。经查阅文献证实，其他免疫反应、炎症反应、对原生生物的防御反应、细胞因子活性、生长因子活性和趋化因子活性等均与感染性炎性反应关系密切，参与炎性反应的多个过程。交集靶点基因可能通过影响这些炎性反应的功能或活性，来抑制病原菌生长，从而发挥对关节假体周围感染的控制作用。
通过KEGG信号通路富集分析，得出前17条信号通路。前10条信号通路中，有8个疾病相关通路：南美锥虫病、利什曼病、甲型流感、类风湿性关节炎、炎症性肠病、弓形体病、百日咳和肺结核；1个细胞因子相关通路：肿瘤坏死因子信号通路，1个蛋白质分子相关通路：Toll样受体信号通路。疾病通路中，大多数均为病原菌或病原虫致病所致，如南美锥虫病由锥虫致病，百日咳由百日咳杆菌致病，与关节假体周围感染疾病相似。其他疾病通路均与炎性反应相关，如研究首次证实利什曼病患者表现出NK细胞的反复积累，与对照组相比，表现出更高的细胞毒性和炎症反应[27]，而细胞毒性可以直接激活NK细胞，NK细胞产生干扰素γ，粒细胞集落刺激因子和肿瘤坏死因子等炎性细胞因子，在感染过程中对炎症环境起作用，此外，NK细胞也是各种趋化因子的来源[28]。类风湿性关节炎中的细胞因子是滑膜炎症的重要调节剂，主要有促炎因子和抗炎因子2种，肿瘤坏死因子α和白细胞介素1等通过促进炎症反应和诱导软骨降解而发挥作用，白细胞介素4，10，13等主要起抗炎分子的作用[29]。炎症性肠病患者中外周血吞噬细胞和淋巴细胞会对自然免疫产生破坏，且细胞因子炎症性肠病的发病机理中至关重要[30-31]。肿瘤坏死因子是一种细胞因子，因其在抗感染中至关重要的作用而被广泛研究，其关键作用之一是在控制侵入性感染同时促进细胞间通讯，其与细(真)菌致病的关节假体周围感染疾病通路极为相关[32]。Toll样受体通过识别入侵细菌，激活炎症反应，清除病原体，修复受损组织，是抵御入侵病原体的第一道防线，Toll样受体2，4分别识别广泛的革兰阳性菌和革兰阴性菌，并诱导主要的炎症反应，Toll样受体2的血清水平与典型的炎症标志物C反应蛋白一样升高。因此，Toll样受体2血清水平可被认为是关节假体周围感染早期检测的一种新的潜在诊断标志物[33-35]。
综上分析表明，文章中金银花、黄连作用于关节假体周围感染的方式是多通路、多靶点及多有效成分的共同作用，较为全面地分析了药物-疾病的作用机制。其中，最重要、最有可能的有效成分、作用靶点和调控通路分别为槲皮素、白细胞介素6和细胞对脂多糖的反应以及南美锥虫病信号通路。槲皮素虽具有较明显的抗菌活性，但尚未作为单体运用于关节假体周围感染进行研究，此发现可作为课题组未来的研究方向。文章通过分子对接验证出槲皮素对于关节假体周围感染的核心靶点有较好的亲和力，因此作者认为此潜在有效成分的预测具有一定的可靠性。此外，课题组目前正在从事中药单体抗细菌生物膜研究，文章结果为课题组的研究方向提供了一定的指导意义。但文章仍存在局限性，由于是基于网络药理学的中药活性成分数据库进行检索，有些尚未证实或已经证实但未纳入数据库的有效成分如金银花中的绿原酸被已证实具有显著的体外抗细菌作用，但此次研究并未检索出绿原酸。因此，该研究结果还需要未来的实验研究加以验证。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

基于分子对接和网络药理学分析金银花-黄连治疗关节假体周围感染的作用及分子机制

Effect and molecular mechanism of Honeysuckle-Rhizoma coptidis in the treatment of periprosthetic joint infection based on molecular docking and network pharmacology

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