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研究背景在世界范围内,肝癌、胰腺癌、肺癌高居恶性肿瘤发病率和死亡率的前列,严重威胁着人们的生命健康,也给家庭和社会带来了沉重的负担。中药注射剂在肿瘤治疗中具有独特的优势,广泛应用于临床。但由于中药具有多成分、多途径、多靶点、多功能的特点,导致药效物质基础不明确、作用机制不清楚,增加了研究的难度,严重影响了国际化的进程。复方苦参注射液具有清热利湿,凉血解毒,散结止痛的作用,临床上广泛用于恶性肿瘤的治疗,然而其作用机制尚未完全阐明。近年来伴随着生物信息学的迅猛发展,新理念、新思路不断涌现,网络药理学与生物信息学的结合成为提高中医药研究水平的重要路径。基于此,本研究运用整合生物信息学方法,分析探究复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的作用机制。研究目的通过生物信息学方法确认肝癌、胰腺癌中的关键基因。通过网络药理学方法预测、筛选复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的化学成分、作用靶点和信号通路并进行网络构建,从系统层面揭示复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的多成分、多靶点、多通路复杂机制。研究方法1.生物信息学分析在肝癌关键基因研究中,从GEO数据库下载基因芯片数据集,使用limma包进行差异表达分析,之后采用RobustRankAggreg包对数据集进行整合分析,筛选出共同被确认为差异表达的基因。通过STRING获取差异基因的蛋白互作信息,导入Cytoscape构建蛋白互作网络,并使用MCODE进行模块分析。通过DAVID进行GO和KEGG富集分析。利用KM plotter、GEPIA进行生存分析、表达水平分析和关联性分析。在胰腺癌关键基因研究中,从TCGA数据库下载转录组测序数据和患者的临床信息,利用WGCNA包构建共表达网络、识别基因模块并与临床信息相关联。通过Cytoscape对模块进行可视化,并使用CytoHubba确定关键基因。通过clusterProfiler包进行GO富集分析,并通过DAVID进行KGEE通路富集分析。采用survival包进行单因素Cox回归分析,随后根据单因素的P值筛选基因进行多因素Cox回归分析,构建生存相关的线性风险评估模型,通过Kaplan-Meier生存曲线评估高、低风险组样本的总体生存率差异情况。采用survivalROC包绘制ROC曲线,评价预后模型的预测准确性。2.网络药理学分析在复方苦参注射液治疗肝癌作用机制研究中,通过文献检索获得复方苦参注射液的化学成分,通过 STITCH、SuperPred、SwissTargetPrediction、TCMSP 获取化学成分的靶点。通过TTD、GEO、TCGA获得肝细胞癌相关基因。使用Cytoscape构建“化合物-潜在靶点网络”、“化合物-肝细胞癌靶点网络”、“药物-化合物-靶点-通路网络”,对网络的关键拓扑参数进行分析。通过DAVID进行GO和KEGG富集分析。使用KM plotter、GEPIA进行生存分析和关联性分析。利用AutoDock进行分子对接模拟。在复方苦参注射液治疗胰腺癌作用机制研究中,通过文献检索获得复方苦参注射液的化学成分,通过 STITCH、SuperPred、SwissTargetPrediction、TCMSP 获取化学成分的靶点。通过合并TTD、TCGA以及WGCNA筛选出的关键基因得到胰腺癌相关基因。随后通过STRING获取蛋白互作信息。使用Cytoscape构建“化合物-潜在靶点网络”、“化合物靶点-胰腺癌靶点蛋白互作网络”、“药物-化合物-蛋白互作靶点-通路网络”,并使用MCODE对网络进行模块分析。通过DAVID进行GO和KEGG富集分析。利用AutoDock+进行分子对接模拟。在复方苦参注射液治疗肺癌作用机制研究中,通过文献检索获得复方苦参注射液的化学成分,通过STITCH、SuperPred、SwissTargetPrediction获取化学成分的靶点,通过TTD、OMIM获得肺癌相关基因。随后通过STRING获取蛋白互作信息。使用Cytoscape构建“化合物-潜在靶点网络”、“肺癌靶点蛋白互作网络”、“化合物-肺癌靶点网络”、“药物-化合物-靶点-通路网络”,对网络的关键拓扑参数进行分析。通过DAVID进行GO和KEGG富集分析并通过systemsDock进行分子对接模拟。研究结果1.生物信息学分析结果对13个肝细胞癌基因芯片数据集进行整合分析,得到380个差异基因,包括293个下调基因和87个上调基因。通过蛋白互作网络与模块分析得到1 1个关键基因(CDK1、CCNB2、CDC20、CCNB1、TOP2A、CCNA2、MELK、PBK、TPX2、KIF20A、AURKA)和2个重要模块。富集分析表明,差异基因主要与代谢相关通路有关,关键基因和模块1与细胞周期密切相关。生存分析发现关键基因均与肝细胞癌患者生存时间呈负相关。表达水平分析表明关键基因均在肝细胞癌中高表达,关联性分析表明CDK1的表达与其他关键基因的表达呈正相关。对TCGA胰腺癌转录组测序数据进行筛选,共得到177个样本和5000个基因用于WGCNA分析,并得到11个基因模块。通过肿瘤分级、肿瘤分期和患者的生存状态最终筛选出黑色模块和蓝色模块作进一步研究。GO富集分析显示黑色模块与肿瘤的发生发展密切相关,蓝色模块与肿瘤的分化、侵袭和转移密切相关。KEGG通路富集分析显示,黑色模块中的基因主要富集在细胞周期、p53信号通路等通路上。蓝色模块中的基因主要富集在粘蛋白型O-聚糖的生物合成、花生四烯酸代谢、ECM-受体相互作用、紧密连接等通路上。通过网络分析,分别筛选出黑色模块和蓝色模块中的5个关键基因(NCAPG、BUB1、CDK1、TPX2、DLGAP5;INAVA、MST1R、TMPRSS4、TMEM92、SFN),且这些基因均在胰腺癌中高表达。生存分析得到5个基因构建预后模型,其中TSPOAP1与胰腺癌患者生存时间呈正相关,ADGRG6、GPR87、FAM111B、MMP28与胰腺癌患者生存时间呈负相关。2.网络药理学分析结果在复方苦参注射液治疗肝癌作用机制研究中,通过网络分析,筛选出6个关键靶点(BCHE、SRD5A2、EPHX2、ADH1C、ADH1A、CDK1),其中 CDK1 在肝细胞癌中高表达,其余5个均为低表达。GO富集分析显示,复方苦参注射液调控的与肝细胞癌有关的靶点主要富集在细胞周期、凋亡过程调控、代谢过程等生物过程中。KEGG通路富集分析表明,这些靶点主要与药物代谢-细胞色素P450、花生四烯酸代谢等通路有关。此外,关联性分析结果表明SRD5A2、EPHX2、ADH1C、ADH1A的表达与CDK1的表达有很强的负相关关系。生存分析结果表明,CDK1与肝细胞癌患者生存时间呈负相关,SRD5A2、EPHX2、ADH1C、ADH1A与肝细胞癌患者生存时间呈正相关。在复方苦参注射液治疗胰腺癌作用机制研究中,通过网络分析与模块分析,筛选出6个关键靶点(AKT1、MAPK1、MAPK3、EGFR、CDK1、JAK1)和3个重要模块。GO富集分析显示,3个重要模块主要与细胞周期、细胞增殖、JAK-STAT级联、MAPK级联、磷酸化,凋亡过程调控有关。KEGG通路富集分析表明,3个重要模块显著富集在细胞周期、ErbB信号通路、PI3K-Akt信号通路、mTOR信号通路等通路上。在复方苦参注射液治疗肺癌作用机制研究中,通过网络分析,筛选出8个关键靶点(CHRNA3、DRD2、PRKCA、CDK1、CDK2、CHRNA5、MMP1、MMP9)。GO 富集分析显示,复方苦参注射液调控的与肺癌有关的靶点显著富集在有丝分裂细胞周期G1/S转换、蛋白质磷酸化、ERK1和ERK2级联的调控、激酶活性等生物过程和分子功能中。KEGG通路富集分析表明,这些靶点主要参与癌症通路、癌症中的蛋白多糖、PI3K-Akt信号通路、非小细胞肺癌和小细胞肺癌等通路。研究结论本研究综合运用网络药理学和生物信息学方法,在系统层面揭示了复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的化学成分、作用靶点和信号通路。初步阐释了复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的作用机制可能与协同调控多个关键靶点和通路有关。本研究可为中药注射剂治疗不同类型恶性肿瘤的作用机制研究提供线索和思路,为进一步开展复方苦参注射液治疗肝癌、胰腺癌、肺癌的基础实验研究以及促进治疗肝癌、胰腺癌、肺癌中药的临床合理应用提供参考和借鉴。