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目的整合芯片数据集及联合TCGA数据库挖掘核心基因,为乳腺癌生物标志物的研究提供新的参考依据。使用网络药理学方法系统阐释虎杖抗乳腺癌作用机理。同时结合分子对接与分子指纹技术对核心靶点进行初步验证及结构相似度分析,为实验设计及新药开发提供参考依据。方法1.整合表达谱分析运用R语言下载芯片数据,结合limma包对芯片数据进行标准化处理及差异表达分析(differentially expressed genes analysis,DEGs)。TCGA数据使用edgeR包进行DEGs分析。借助稳健秩聚集(Robust Rank Aggregation,RRA)算法对芯片数据集进行整合,将整合后的结果与TCGA的DEGs基因取交集,获得交集DEGs基因。使用DAVID6.8对交集DEGs基因进行GO及KEGG通路富集分析。采用CMAP数据库预测交集DEGs基因潜在的负性小分子化合物。STRING数据库用于交集DEGs基因PPI分析,同时借助cytoHubba插件提供节点连接度(degree,Deg)、最大团中心性(maximal clique centrality,MCC)、最大邻居组件的密度(density of maximum neighborhood component,DMNC)、边缘渗出组件(edge percolated component,EPC)、介数(betweenness,BC)、与紧密度(Closeness,Clo)算法进行网络拓扑结构分析挖掘核心基因,并对核心基因进行生存预后分析。2.网络药理学分析TCMSP数据库获得虎杖的潜在活性成分,使用PharmMapper数据库进行反向对接,获得成分靶点。通过检索NCBI、CooLGeN、Genecards数据库获取乳腺癌靶点,将乳腺癌靶点与成分靶点取交集,获得交集靶点。交集靶点使用ClueGO插件进行KEGG、GO富集分析,使用STRING数据库对交集靶点进行蛋白互作PPI分析,结合cytoHubba插件提供Deg、MCC、DMNC、EPC、BC、Clo算法进行网络拓扑结构分析挖掘核心靶点。3.分子对接与分子指纹分析整合本研究所获得的核心靶点基因进行分子对接,其受体pdb文件来源于PDB数据库,配体文件为虎杖潜在活性成分及阳性药物多柔比星。同时使用分子指纹技术研究CMAP预测的小分子化合物、阳性药物多柔比星与虎杖潜在活性成分的结构相似度比较,深入挖掘潜在活性成分。结果1.整合表达谱分析本研究通过综合多套芯片进行差异分析及结合TCGA数据进行交集基因挖掘,获得201个差异基因,其中上调基因为69个,下调基因132个。CMAP数据库获得前7负性小分子化合物。功能注释分析发现,上调基因主要参与蛋白分解代谢过程、CXCR3趋化因子受体结合、CXCR趋化因子受体结合、组蛋白激酶活性;下调基因主要参与了平滑肌细胞增殖负调控、蛋白质同源二聚体的激活、类固醇单加氧酶活化等过程;作用通路主要涉及了PPAR信号通路、ECM信号通路、AMPK信号通路等。通过使用Deg、MCC、DMNC、EPC、BC、Clo算法进行挖掘得到12个核心基因(EZH2、CCNB1、KIAA0101、PBK、CDK1、PTTG1、AURKA、UBE2C、BUB1B、HMMR、UBE2T、RMI2)。除RMI2基因以外,其余基因与乳腺癌的生存预后相关,这些基因可能是乳腺癌的生物标志物。2.网络药理学分析本研究获得虎杖潜在活性成分32个,成分靶点321个。疾病靶点来源于OMIM有3827个相关靶点,来源于CooLGeN有726个,来源于Genecards有810个靶点。成分靶点与疾病靶点取交集获得73个交集靶点。交集靶点显著性富集于细胞增殖、迁移、凋亡、蛋白质磷酸化、血管生成等过程,涉及了癌症通路、PI3K-Akt信号通路、VEGF信号通路等。同时使用Deg、MCC、DMNC、EPC、BC、Clo算法对PPI网络进行挖掘,获得核心靶点11个(IGF1R、MAP2K1、JAK2、AKT2、CDC42、PGR、XIAP、GRB2、KDR、STAT1、ABL1)。3.分子对接与分子指纹分析分子对接结果显示,虎杖潜在活性化合物均能与核心靶点存在一定程度上的结合,其中白藜芦醇、虎杖苷、槲皮素等多个化合物已有相关文献进行报道。根据能量函数评分结果可知,大黄素甲醚二葡萄糖苷、西托糖苷、大黄素-8β-D-葡萄糖苷B等化合物分子对接得分与多柔比星较为接近,这提示这些化合物可能与多柔比星有相似的药理作用。分子指纹分析结果显示,虎杖中多个化合物结构与多柔比星、金雀异黄素、去铁胺、白藜芦醇相似度较高,如虎杖苷、羟基大黄素、木犀草素、槲皮素等。结论本研究通过使用多数据库整合策略并结合多种算法挖掘核心基因,为乳腺癌的生物标志物发现提供新的参考依据。通过网络药理学初步阐释虎杖抗乳腺癌作用机制,同时使用分子对接及分子指纹技术对核心靶点进行初步验证及结构相似度考察,为药物的开发及实验的研究提供了新的思路。然而,本研究主要基于数据预测分析及现有文献进行结果的验证,因此确切的结果还待体内外实验进行验证。