论文部分内容阅读
第一部分结合RTCA系统和基于霍夫变换的算法评估动态细胞形态特性
背景：高通量实时细胞功能分析(xCELLigence real-time cell analysis (RTCA))系统具有检测细胞增殖、迁移、细胞毒性、粘附和重构的潜力。虽然RTCA系统被广泛认为是一种能实时无创高效监测细胞命运的工具，但它无法描述细胞长度和数量等具体的细胞形态学参数。方法：在A549细胞上用转化生长因子-β(transforminggrowthfactorbeta(TGF-β))刺激后诱导上皮间质的转化(epithelial?mesenchymal transition (EMT))这一生物过程并伴有明显的形态学改变，并用蛋白免疫法(western blot)检测EMT相关蛋白的表达。同时也比较了脂多糖(lipopolysaccharide (LPS))，香烟提取物(cigarette smoke extract (CSE))刺激后效果。用RTCA系统记录A549细胞经TGF-β、LPS、CSE刺激后细胞指数的变化。另外我们开发了一种有效的算法来量化具体的细胞形态参数(细胞长度，数量)。该算法由图像预处理、霍夫变换(Hough transform(HT))和图像后处理三大部分组成。结果：TGF-β刺激A549细胞后能诱导EMT变化，细胞形态由鹅卵石样转变成纤维细长样，而LPS和CSE组并没发现该变化；RTCA系统显示不同刺激因子产生不同的细胞指数曲线，尤其是TGF-β组细胞指数曲线呈现一个独特的拱形结构，并且算法检测到的细胞长度及数量结果趋势和RTCA结果一致。结论：基于光学的计算机视觉技术高效提取并量化了细胞形态参数，可作为RTCA系统的有益补充。
第二部分基于网络药理学探索黄连解毒汤治疗口腔鳞癌的机制研究
背景：口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)是口腔颌面部常见的恶性肿瘤之一，致死率高，近年来分子靶向治疗备受关注，而网络药理学的出现给寻找药物靶点提供新的技术手段。黄连解毒汤(Huanglianjiedu Decoction， HLJDD)是由黄连、黄芩、黄柏和栀子四味药组成的一个著名的中药配方，已被用于治疗广泛的疾病，但目前还没有HLJDD在OSCC中的研究，故我们首次尝试基于网络药理学去分析和研究HLJDD对OSCC的作用。
方法：首先采用TCMSP(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform)数据库筛选出HLJDD复方中各味药的有效成分及其潜在的作用靶点，然后采用TTD(Therapeutic Target Database)数据库，OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man)数据库等搜索OSCC相关疾病靶点，之后用Cytoscapev3.2.0软件绘制蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络图，根据拓扑分析得到PPI网络图中的核心靶点，并通过富集分析核心靶点对应的生物过程、细胞组成、分子功能、通路分析等去揭示HLJDD对OSCC可能起治疗作用的机制，最后在SCC-25和CAL-27两种口腔鳞癌细胞水平验证部分生物过程和信号通路。
结果：我们筛选得到黄连，黄芩，黄柏及栀子活性成分相关靶点数量分别是39，93，81和88个，并用Cytoscape软件拓扑分析之后得到HLJDD潜在活性成分相关靶点-OSCC相关靶点PPI交集网络的53个核心靶点，对核心靶点GeneOntology(GO)富集分析结果提示HLJDD对OSCC作用涉及细胞周期、细胞增殖、细胞凋亡、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)活性等生物过程。最后我们在SCC-25和CAL-27细胞层面验证得到HLJDD确实能抑制细胞增殖、促进细胞晚期凋亡、抑制细胞侵袭迁移能力、抑制细胞周期G1期并停滞在S期，最后基于KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes(KEGG)通路富集分析，我们验证了蛋白激酶B(Protein kinase B /AKT)通路，MAPK通路以及核因子?B(Nuclearfactor-kappaB,NF-κB)通路等，发现HLJDD可抑制细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK1/2)、NF-κBp65(S468)的磷酸化，从而对OSCC产生治疗作用。
结论：本研究首次用网络药理学探索HLJDD对OSCC潜在的作用机制，网络药理学的结果为筛选治疗OSCC的药物靶点提供了新的分析手段，同时通过细胞实验验证，增加了网络药理学分析结果的可信度，证明HLJDD可成为治疗OSCC的潜在治疗药物。
背景：高通量实时细胞功能分析(xCELLigence real-time cell analysis (RTCA))系统具有检测细胞增殖、迁移、细胞毒性、粘附和重构的潜力。虽然RTCA系统被广泛认为是一种能实时无创高效监测细胞命运的工具，但它无法描述细胞长度和数量等具体的细胞形态学参数。方法：在A549细胞上用转化生长因子-β(transforminggrowthfactorbeta(TGF-β))刺激后诱导上皮间质的转化(epithelial?mesenchymal transition (EMT))这一生物过程并伴有明显的形态学改变，并用蛋白免疫法(western blot)检测EMT相关蛋白的表达。同时也比较了脂多糖(lipopolysaccharide (LPS))，香烟提取物(cigarette smoke extract (CSE))刺激后效果。用RTCA系统记录A549细胞经TGF-β、LPS、CSE刺激后细胞指数的变化。另外我们开发了一种有效的算法来量化具体的细胞形态参数(细胞长度，数量)。该算法由图像预处理、霍夫变换(Hough transform(HT))和图像后处理三大部分组成。结果：TGF-β刺激A549细胞后能诱导EMT变化，细胞形态由鹅卵石样转变成纤维细长样，而LPS和CSE组并没发现该变化；RTCA系统显示不同刺激因子产生不同的细胞指数曲线，尤其是TGF-β组细胞指数曲线呈现一个独特的拱形结构，并且算法检测到的细胞长度及数量结果趋势和RTCA结果一致。结论：基于光学的计算机视觉技术高效提取并量化了细胞形态参数，可作为RTCA系统的有益补充。
第二部分基于网络药理学探索黄连解毒汤治疗口腔鳞癌的机制研究
背景：口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)是口腔颌面部常见的恶性肿瘤之一，致死率高，近年来分子靶向治疗备受关注，而网络药理学的出现给寻找药物靶点提供新的技术手段。黄连解毒汤(Huanglianjiedu Decoction， HLJDD)是由黄连、黄芩、黄柏和栀子四味药组成的一个著名的中药配方，已被用于治疗广泛的疾病，但目前还没有HLJDD在OSCC中的研究，故我们首次尝试基于网络药理学去分析和研究HLJDD对OSCC的作用。
方法：首先采用TCMSP(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform)数据库筛选出HLJDD复方中各味药的有效成分及其潜在的作用靶点，然后采用TTD(Therapeutic Target Database)数据库，OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man)数据库等搜索OSCC相关疾病靶点，之后用Cytoscapev3.2.0软件绘制蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络图，根据拓扑分析得到PPI网络图中的核心靶点，并通过富集分析核心靶点对应的生物过程、细胞组成、分子功能、通路分析等去揭示HLJDD对OSCC可能起治疗作用的机制，最后在SCC-25和CAL-27两种口腔鳞癌细胞水平验证部分生物过程和信号通路。
结果：我们筛选得到黄连，黄芩，黄柏及栀子活性成分相关靶点数量分别是39，93，81和88个，并用Cytoscape软件拓扑分析之后得到HLJDD潜在活性成分相关靶点-OSCC相关靶点PPI交集网络的53个核心靶点，对核心靶点GeneOntology(GO)富集分析结果提示HLJDD对OSCC作用涉及细胞周期、细胞增殖、细胞凋亡、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)活性等生物过程。最后我们在SCC-25和CAL-27细胞层面验证得到HLJDD确实能抑制细胞增殖、促进细胞晚期凋亡、抑制细胞侵袭迁移能力、抑制细胞周期G1期并停滞在S期，最后基于KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes(KEGG)通路富集分析，我们验证了蛋白激酶B(Protein kinase B /AKT)通路，MAPK通路以及核因子?B(Nuclearfactor-kappaB,NF-κB)通路等，发现HLJDD可抑制细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK1/2)、NF-κBp65(S468)的磷酸化，从而对OSCC产生治疗作用。
结论：本研究首次用网络药理学探索HLJDD对OSCC潜在的作用机制，网络药理学的结果为筛选治疗OSCC的药物靶点提供了新的分析手段，同时通过细胞实验验证，增加了网络药理学分析结果的可信度，证明HLJDD可成为治疗OSCC的潜在治疗药物。