平平无奇的中药研究，如何才能与众不同

当前大家对中药的探讨如火如荼，关于中药在临床的研究也在不断深入。那么，如何利用已有的数据评估中药的疗效呢？生信分析无疑是个非常不错的途径，小编为大家整理了相关的研究思路。大体上可以分为这几个部分：

• 筛选中药的活性成分及其靶基因
• 筛选差异基因进行富集分析
• 构建互作网络
• 通过分子对接验证活性

如果继续用常规思路来进行中药临床研究，势必很难发高分文章。今天小编就助大家一臂之力，挑选了一篇在中药分析方面与众不同的文章，如果把xx中药对应的基因当成你感兴趣的基因集，你会发现貌似之前生信人推荐过的思路都可以值得在中药研究上来一遍。

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文章是利用生物信息学的方法分析了复方贞术调脂胶囊（FTZ）对破骨细胞分化的抑制作用，破骨细胞分化是骨质疏松症的一个重要治疗靶点。

7月份发表在Aging，影响因子5.95

下面我们来具体看一下文章的分析思路

1、复方贞术调脂胶囊（FTZ）目标预测与分析

采用UPLC/ Q-TOF-MS对口服FTZ后的有效成分进行鉴定，筛选到26种活性成分。分析得到593个活性成分作用的目标基因。在这些活性成分中，原儿茶酸（PCA）的拥有最多的目标基因（142个）。

图1 活性成分与目标基因互作网络

2、破骨细胞生成相关的差异基因表达筛选

文章从不同的数据集中筛选到1733个特异表达的差异基因，并用Robust rank aggregation (RRA) 进一步分析，得到52个差异表达基因，其中25个在破骨细胞生成过程中起到上调作用，27个起到下调的作用。对前50个差异表达基因进行分析，发现破骨标志物基因如Mmp9和Acp5在这三个数据集中显著增加，以此证明作者的分析是准确可靠的。

作者还对这52个差异表达基因进行了富集分析，生物过程主要富集在炎症反应的调节、髓细胞分化、破骨细胞分化、骨吸收和细胞钙离子稳态，富集到的相关通路有TNF-α信号通路和破骨细胞分化。

图2 前50个差异表达基因的热图

3、构建PPI网络

这部分作者对593个活性成分作用的目标基因和筛选到的1733个特异表达的差异基因进行比对，得到FTZ和破骨细胞相关基因之间77个共同作用靶点，这些共同靶点可能是FTZ抑制破骨细胞形成的基因。对这些基因进行互作网络分析，Il6、IL10、Mmp9、Ptgs2和Il1β可能在该网络中发挥关键作用。

图3 抑制破骨细胞分化的77个候选靶基因的PPI网络

4、候选靶基因富集通路分析

进一步对77个候选靶基因的生物功能进行研究。在富集到的生物过程中，炎症反应的调节和氧化应激反应均被证实为与破骨细胞形成相关的关键过程。此外，调节破骨细胞分化、髓细胞稳态和髓细胞分化在总的生物过程富集中被识别到。

接下来，通过KEGG富集研究复方贞术调脂胶囊（FTZ）在通路水平上对破骨细胞形成的调控机制。结果显示，77个靶点富集于93个信号通路。破骨细胞形成相关的TNF-α信号通路(hsa04668)是最重要的25个信号通路之一。

图4 FTZ药理靶标基因与破骨细胞相关的77个共基因的富集

5、活性成分与目标基因互相作用的验证

前面的结果确认了TNF-α通路在破骨细胞形成中起关键作用，可能是复方贞术调脂胶囊（FTZ）抑制破骨细胞形成的潜在治疗机制。因此，作者进一步研究了27个FTZ成分与6个TNF-α通路富集基因的联合活性，包括Ptgs2、Pik3cb、Mmp9、Il1β、Il6和Fos。结果表明FTZ活性成分与TNF-α通路富集基因有良好的结合活性。值得注意的是，人参皂苷F1、Rb1、Rd与Mmp9、IL1β、IL6具有较高的亲和能力，提示这些成分可能在FTZ的治疗作用中发挥重要作用。这些对接结果在一定程度上证实了文章在网络药理学分析方面的可靠性。

图5 TNF通路相关的活性成分和富集基因的对接模型

图6  5种对接模式

6、复方贞术调脂胶囊（FTZ）对体外破骨细胞生成的抑制作用

为了研究FTZ对破骨细胞分化的影响，文章用RANKL诱导BMMs，并加入含有FTZ的血清进行处理。8天后RANKL诱导，TRAP染色，显微镜下观察，BMM细胞在RANKL刺激下分化为成熟的破骨细胞（图7A）。然而这种分化可被FTZ血清显著抑制（图7B 7C）。MTS检测结果显示，FTZ血清对BMMs无细胞毒性作用（图7 G）。BMMS在RANKL和M-CSF诱导下分化为成熟破骨细胞具有较强的骨吸收能力。在FTZ血清的干预下，骨吸收活性显著减弱(图7D-7F)。RT-qPCR进一步证实FTZ在基因表达水平上对破骨细胞形成的抑制作用，Mmp9、Trap、活化T细胞核因子表达水平明显升高。

图7 FTZ抑制破骨细胞功能及破骨特异性基因表达

7、复方贞术调脂胶囊（FTZ）减轻卵巢切除诱导的体内骨丢失

为了进一步评价FTZ对体内破骨细胞形成的治疗作用，文章建立了卵巢切除术（OVX）小鼠模型。治疗12周后处死小鼠，用Micro-CT和ELISA进一步分析小鼠左股骨和血清。FTZ组小鼠血清E2水平较OVX组显著升高。此外，FTZ可逆转OVX诱导的血清TRAP、TNF-α、IL-6水平升高。

重建的3D图像证实，OVX小鼠发生了显著的骨丢失，这种现象可通过接受FTZ治疗得到抑制。

图8 FTZ治疗可改善卵巢切除（OVX）诱导的体内骨丢失

文章筛选复方贞术调脂胶囊（FTZ）活性成分和其作用的靶基因，构建蛋白互作网络并进行富集分析，进一步通过实验验证FTZ治疗的骨质疏松的作用机制。亮点是结合了生物信息学分析和实验验证进行全面分析。在中药与疾病的作用关系方面提供了一个新的思路，对于研究中药的小伙伴来说有着非常不错的借鉴意义。

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撰稿  ▎欣欣

排版  ▎XX

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