基于数据挖掘探讨中药防治黄曲霉菌感染的用药规律

董雯雯; 张玉霞; 孟凯; 李峰; 张世栋; 宋华鲁; 王云超; 刘庆彬; 朱应波; 李桂明; 袁小远

doi:10.12418/CJAN2024.517

动物营养学报 >

2024 , Vol. 36 >Issue 9: 6095 - 6108

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.517

研究论文

基于数据挖掘探讨中药防治黄曲霉菌感染的用药规律

董雯雯 ^,¹^,² ,
张玉霞 ¹^,² ,
孟凯 ¹^,² ,
李峰 ¹^,² ,
张世栋 ¹^,² ,
宋华鲁 ³ ,
王云超 ⁴^,⁵ ,
刘庆彬 ⁴ ,
朱应波 ⁴ ,
李桂明 ^,¹^,²^,^* ,
袁小远 ^,¹^,²^,^*

展开

¹ 山东省农业科学院家禽研究所,济南 250100
² 济南市农业实验动物与比较医学重点实验室,济南 250023
³ 山东省农业科学院农业信息与经济研究所,济南 250100
⁴ 山东蓝海生态农业有限公司,东营 257100
⁵ 东营蓝海生态养殖有限公司,东营 257100

^* 李桂明,研究员,E-mail: truemonk@126.com;

袁小远,研究员,E-mail: xyyuan1980@163.com

董雯雯(1990—),女,山东德州人,助理研究员,硕士,从事家禽疫病诊断与防控、植物提取物活性成分研究等。E-mail: dongwenwenjqs@163.com

Office editor: 菅景颖

收稿日期: 2023-10-15

网络出版日期: 2024-09-08

基金资助

山东省自然科学基金项目(ZR2021MC060)

山东省农业科学院农业科技创新工程(CXGC2024D11)

山东省农业科学院农业科技创新工程(CXGC2024B07)

山东省农业科学院农业科技创新工程(CXGC2024A08)

山东省农业科学院农业科技创新工程(CXGC2023A10)

山东省农业科学院农业科技创新工程(CXGC2023A22)

山东省重点研发计划项目(2022LZGC014)

泰山产业领军人才工程专项(tscx202306046)

山东省农业良种工程课题任务书(2022LZGC013)

收起

Medication Rule of Chinese Herbs in Preventing and Treating Aspergillus flavus Infection Based on Data Mining

DONG Wenwen ^,¹^,² ,
ZHANG Yuxia ¹^,² ,
MENG Kai ¹^,² ,
LI Feng ¹^,² ,
ZHANG Shidong ¹^,² ,
SONG Hualu ³ ,
WANG Yunchao ⁴^,⁵ ,
LIU Qingbin ⁴ ,
ZHU Yingbo ⁴ ,
LI Guiming ^,¹^,²^,^* ,
YUAN Xiaoyuan ^,¹^,²^,^*

Expand

¹ Poultry Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan 250100, China
² Jinan Key Laboratory for Agricultural Experimental Animal and Comparative Medicine, Ji’nan 250023, China
³ Institute of Agricultural Information and Economics, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan 250100, China
⁴ Shandong Blue Sea Ecological Agriculture Co., Ltd., Dongying 257100, China
⁵ Dongying Blue Sea Ecological Aquaculture Co., Ltd., Dongying 257100, China

^* LI Guiming, professor, E-mail: truemonk@126.com;

YUAN Xiaoyuan, professor, E-mail: xyyuan1980@163.com

Received date: 2023-10-15

Online published: 2024-09-08

Fold

摘要

本研究基于网络药理学等数据挖掘方法探究中药干预黄曲霉菌感染的用药规律。通过GeneCards数据库获得并筛选黄曲霉菌感染潜在靶点,同时在中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)筛选口服生物利用度≥30%、类药性≥0.18的候选化合物及中药,随后构建关键靶点-候选化合物-候选中药网络,并通过检索各候选中药的性、味、归经等相关信息,分析出相关用药规律。结果表明:利用数据库共筛选出69个黄曲霉菌感染相关靶点,收集到54个候选化合物,筛选到275味中药。用药频次统计结果显示,防治黄曲霉菌感染的候选中药中,苦味、寒性居多,主要归肝、肺二经。本文系统地分析了中药干预黄曲霉菌感染的小分子物质基础,归纳了一般用药规律,可为临床治疗黄曲霉菌感染等相关疾病的新药研发及中药治疗提供一定的参考及思路。

关键词： 黄曲霉菌; 中药; 用药规律; 数据挖掘

本文引用格式

董雯雯 , 张玉霞 , 孟凯 , 李峰 , 张世栋 , 宋华鲁 , 王云超 , 刘庆彬 , 朱应波 , 李桂明 , 袁小远 . 基于数据挖掘探讨中药防治黄曲霉菌感染的用药规律[J]. 动物营养学报, 2024 , 36(9) : 6095 -6108 . DOI: 10.12418/CJAN2024.517

Abstract

This study was based on data mining methods such as network pharmacology to explore the medication rule of intervention of Chinese herbs in Aspergillus flavus infection. Potential targets of Aspergillus flavus infection were obtained through GeneCards database. At the same time, candidate compounds and Chinese herbs with oral bioavailability≥30% and drug class ≥0.18 were screened on the TCM System Pharmacology Technology Platform (TCMSP), and then the target-compound-TCM network was constructed, and the relevant medication rule were analyzed by retrieving the property, taste, meridial distribution and other relevant information of each candidate Chinese herbs. The results showed that a total of 69 targets related to Aspergillus flavus infection were screened, 54 candidate compounds and 275 Chinese herbs were collected. The statistics results of frequency showed that the main taste of candidate Chinese herbs that could interfere with Aspergillus flavus infection was bitter, and the drug was mostly cold, mainly attributed to liver and lung channels. This article systematically discussed the small molecule substance basis of Chinese herbs intervention in Aspergillus flavus infection, summarized the general medication rule of Chinese herbs, and provided ideas for the clinical treatment of Aspergillus flavus infection and other related diseases of new drug development and Chinese herb treatment.

Key words： Aspergillus flavus; Chinese herbs; medication rule; data mining

黄曲霉菌作为一种真菌门曲霉属的需氧菌,极容易在饲料中进行滋生;此外,黄曲霉菌的污染也常发现在肉制品和奶制品中^[1]。研究显示,黄曲霉菌内的次级代谢基因约有55个,可调控产生黄曲霉毒素、环匹阿尼酸等毒素。其中,黄曲霉毒素危害巨大,对人和动物具有致畸、致癌、致突变毒性^[2]。动物长期暴露在黄曲霉毒素下不仅会对内脏器官损伤造成,还会影响生殖系统、消化系统、免疫系统等,继而会降低动物的生产性能,给养殖户带来较为严重的经济损失^[3-4]。因此,研究在动物养殖过程中如何减少黄曲霉毒素对动物的损伤变得尤为重要。

寻求有效调控黄曲霉菌引起宿主感染的天然化合物是开发新型绿色防治黄曲霉菌产品的重要途径之一。中草药种类繁多且富含多种活性成分,可抑制细菌生长、清除内毒素,并具有低残留、无毒副作用、使用安全、绿色无害等多种优点^[5]。近年来,有关中草药及其提取物抑制黄曲霉菌增殖、降解毒素及通过调控相关靶点缓解/逆转黄曲霉毒素引起的宿主损伤的研究日渐增多^{[5⇓⇓⇓-9]}。中药具有多成分、多靶点、多系统调控的特点,由于黄曲霉菌及毒素涉及的领域较多,采用单一药物、靶点的研究思路无法系统性展现中药对黄曲霉菌的防治机制,且黄曲霉毒素作为一个研究热点,中药在本方向的研究起步较晚,暂未系统性的总结出可防治黄曲霉菌的中药用药规律。因此,本研究采用数据挖掘及网络药理学手段分析黄曲霉菌感染关键靶点、候选化合物与候选中药之间的关系,探讨相关中药的物质基础和用药规律,以期为防治黄曲霉菌感染的中药选择、机制探讨、新药开发及临床应用研究提供一定的思路和理论依据。

1 材料与方法

1.1 黄曲霉菌感染相关靶点的收集及潜在靶点信号通路分析

通过GeneCards(https://www.genecards.org/)数据库,以“Aspergillus flavus”为关键词检索并筛选黄曲霉菌感染相关靶点。通过在线网站STRING(https://cn.string-db.org/)、UniProt(https://www.uniprot.org/)数据库获得靶点全称并对靶点进行相关标准化,同时采用R语言进行GO富集分析和KEGG通路富集分析。

1.2 化合物的筛选及靶点-化合物网络构建

将上述所筛选到的相关靶点,利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP, https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)检索与靶点相关且以口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%、类药性(drug-likeness,DL)≥0.18为筛选条件,获得最终候选化合物。将关键靶点及候选化合物导入Cytoscape软件进行绘图,并使用软件中的CytoNCA插件分析度中心性等指标。

1.3 化合物与靶点的分子对接

本部分以PPI网络中度值排名前3的化合物为分析对象,与其所对应的靶点(度值排名前5的靶点)进行分子对接。首先经PubChem数据库下载化合物2D结构,利用Chem 3D软件进行3D结构修饰。利用PDB数据库(https://www.rcsb.org/structure)进行关键靶点pdb格式的下载,利用PyMOL软件进行去水去配体处理。通过Autodock-Tools1.5.6软件进行靶点与化合物的分子对接,最佳构象选用结合自由能数值最低的结合构象,最后通过PyMOL软件进行分子对接。

1.4 中药获取及网络构建

通过TCMSP收集含有候选化合物的中药,借助Cytoscape软件的Merge插件进行关键靶点-候选化合物-中药网络的可视化构图,应用CytoNCA插件分析相关度值。

1.5 中药数据整理及频数分析

将收集到的候选中材参考《中华人民共和国药典(2020年版一部)》^[10]进行规范,同时收集候选中材的性、味、归经等基本信息。

2 结果

2.1 黄曲霉毒菌感染潜在靶点及候选化合物

通过数据库检索并筛选获得与黄曲霉菌感染相关的靶点69个(表1),利用TCMSP匹配出相关化合物118个,以OB≥30%、DL≥0.18为筛选条件获取到54个符合要求的化合物,具体信息见表2。

表1 黄曲霉毒菌感染潜在靶点信息

Table 1 Information about potential targets of Aspergillus flavus infection

序号 Number	基因符号 Gene symbol	UniProt编号 UniProt ID	蛋白质英文名称 Protein English name	蛋白质中文名称 Protein Chinese name
1	CLEC7A	Q9BXN2	C-type lectin domain family 7 member A	C-型凝集素域家族7成员A
2	CLEC1A	Q8NC01	C-type lectin domain family 1 member A	C-型凝集素结构域家族1成员A
3	TLR2	O60603	Toll like receptor 2	Toll样受体2
4	CFTR	P13569	CF transmembrane conductance regulator	CF跨膜电导调节器
5	ELANE	P08246	Elastase, neutrophil expressed	中性粒细胞弹性蛋白酶
6	IFNG	P01579	Interferon gamma	干扰素γ
7	CYBB	P04839	Cytochrome B-245 beta chain	细胞色素B-245 β链
8	TLR4	O00206	Toll like receptor 4	Toll样受体4
9	SLPI	P03973	Secretory leukocyte peptidase inhibitor	分泌型白细胞肽酶抑制剂
10	TNF	P01375	Tumor necrosis factor	肿瘤坏死因子
11	CSF3	P09919	Colony stimulating factor 3	细胞集落刺激因子3
12	CYBA	P13498	Cytochrome B-245 alpha chain	细胞色素B-245α链
13	CXCL8	P10145	C-X-C motif chemokine ligand 8	C-X-C基序趋化因子配体8
14	SFTPD	P35247	Surfactant protein D	表面活性剂蛋白D
15	IL1B	P01584	Interleukin 1 beta	白细胞介素1β
16	IL10	P22301	Interleukin 10	白细胞介素10
17	CSF2	P04141	Colony stimulating factor 2	集落刺激因子2
18	IL4	P05112	Interleukin 4	白细胞介素4
19	PTX3	P26022	Pentraxin 3	五聚蛋白3
20	IL6	P05231	Interleukin 6	白细胞介素6
21	MBL2	P11226	Mannose binding lectin 2	甘露糖结合凝集素2
22	PLG	P00747	Plasminogen	纤溶酶原
23	CSF1	P09603	Colony stimulating factor 1	集落刺激因子1
24	CD209	Q9NNX6	CD209 molecule	CD209分子
25	TLR9	Q9NR96	Toll like receptor 9	Toll样受体9
26	IL5	P05113	Interleukin 5	白细胞介素5
27	TLR3	O15455	Toll like receptor 3	Toll样受体3
28	EPX	P11678	Eosinophil peroxidase	嗜酸粒细胞过氧化物酶
29	NOD2	Q9HC29	Nucleotide binding oligomerization domain containing protein 2	核苷酸结合寡聚化结构域含有蛋白2
30	CCL3	P10147	C-C motif chemokine ligand 3	C-C基序趋化因子配体3
31	CCL5	P13501	C-C motif chemokine ligand 5	C-C基序趋化因子配体5
32	IL15	P40933	Interleukin 15	白细胞介素15
33	IGHE	P01854	Immunoglobulin heavy constant epsilon	免疫球蛋白重常数ε
34	TREM1	Q9NP99	Triggering receptor expressed on myeloid cells	髓细胞上表达的触发受体
35	SFTPA1	Q8IWL2	Surfactant protein A1	表面活性剂蛋白A1
36	CCL17	Q92583	C-C motif chemokine ligand 17	C-C基序趋化因子配体17
37	IL23A	Q9NPF7	Interleukin 23 subunit alpha	白细胞介素23亚单位α
38	TLR1	Q15399	Toll like receptor 1	Toll样受体1
39	STAT3	P40763	Signal transducer and activator of transcription 3	信号转导子和转录激活子3
40	IL18	Q14116	Interleukin 18	白细胞介素18
41	TLR5	O60602	Toll like receptor 5	Toll样受体5
42	IL1R1	P14778	Interleukin 1 receptor type 1	白细胞介素1受体Ⅰ型
43	CCR6	P51684	C-C motif chemokine receptor 6	C-C基序趋化因子受体6
44	CXCL10	P02778	C-X-C motif chemokine ligand 10	C-X-C基序趋化因子配体10
45	HLA-DRB1	P01911	Major histocompatibility complex, class Ⅱ, DR beta 1	重组人类主要组织相容性复合物Ⅱ类DR β1
46	SFTPA2	Q8IWL1	Surfactant protein A2	表面活性剂蛋白A2
47	ENPP3	O14638	Ectonucleotide pyrophosphatase/ phosphodiesterase 3	外核苷酸磷酸酶/磷酸二酯酶3
48	TLR10	Q9BXR5	Toll like receptor 10	Toll样受体10
49	IL1A	P01583	Interleukin 1 alpha	白细胞介素1α
50	TLR6	Q9Y2C9	Toll like receptor 6	Toll样受体6
51	CYP51A1	Q16850	Cytochrome P450 family 51 subfamily A member 1	细胞色素P450家族51 亚家族A成员1
52	TP53	P04637	Tumor protein P53	肿瘤蛋白P53
53	IL17A	Q16552	Interleukin 17A	白细胞介素17A
54	CSN1S1	P47710	Casein alpha S1	酪蛋白αS1
55	BRCA1	P38398	BRCA1 DNA repair associated	乳腺癌1号基因
56	PAPPA-AS1	Q5QFB9	PAPPA antisense RNA 1	重组人血浆蛋白A反义RNA1
57	XDH	P47989	Xanthine dehydrogenase	黄嘌呤脱氢酶
58	CYP3A4	P08684	Cytochrome P450 family 3 subfamily A member 4	细胞色素P450家族3 亚家族A成员4
59	NEU1	Q99519	Neuraminidase 1	神经氨酸酶1
60	HTR2A	P28223	5-hydroxytryptamine receptor 2A	5-羟色胺受体2A
61	HTR3A	P46098	5-hydroxytryptamine receptor 3A	5-羟色胺受体3A
62	GPT	P24298	Glutamic-pYRUVIC transaminase	谷氨酸-丙酮转氨酶
63	TAP1	Q03518	Transporter 1, ATP binding cassette subfamily B member	抗原肽转运蛋白1
64	CYP1A2	P05177	Cytochrome P450 family 1 subfamily A member 2	细胞色素P450家族1 亚家族A成员2
65	PCSK6	P29122	Proprotein convertase subtilisin/kexin type 6	前蛋白转化酶枯草溶菌素6
66	ITGAL	P20701	Integrin subunit alpha L	整合素亚基αL
67	ARTN	Q5T4W7	Artemin	神经鞘胚素
68	SNCA	P37840	Synuclein alpha	α-核蛋白
69	ACHE	P22303	Acetylcholinesterase (Cartwright blood group)	乙酰胆碱酯酶(卡特赖特血型系统)

表2 候选化合物信息

Table 2 Information of candidate compounds

序号 Number	MOL编号 MOL ID	化合物英文名称 English name of compound	化合物中文名称 Chinese name of compound	口服生物利用度 OB/%	类药性 DL	度值 Degree value
1	MOL005916	Irisolidone	尼泊尔鸢尾异黄酮	37.78	0.30	8
2	MOL000006	Luteolin	木犀草素	36.16	0.25	7
3	MOL002322	Isovitexin	异牡荆素	37.78	0.30	6
4	MOL007101	Dihydrotanshinone Ⅰ	二氢丹参酮Ⅰ	45.04	0.36	5
5	MOL006982	Codeine	可待因	45.48	0.56	5
6	MOL001924	Paeoniflorin	芍药苷	53.87	0.79	5
7	MOL009136	Peraksine	霹雳萝芙辛碱	82.58	0.78	4
8	MOL007210	O-nornuciferine	O-去甲基荷叶碱	33.52	0.36	4
9	MOL005266	Agroclavin	麦角克碱	47.71	0.24	4
10	MOL000354	Isorhamnetin	异鼠李素	49.60	0.31	4
11	MOL005257	Penniclavin	狼尾草麦角碱	48.15	0.31	4
12	MOL003272	Wilsonine	台湾三尖杉碱	29.27	0.65	4
13	MOL000529	Ibogain	伊博格碱	50.52	0.63	4
14	MOL001592	Piperine	胡椒碱	42.52	0.23	4
15	MOL005344	Ginsenoside Rh2	人参皂苷Rh2	36.32	0.56	4
16	MOL009172	Pronuciferine	原荷叶碱	32.75	0.37	3
17	MOL009015	(-)-Tabernemontanine	缝籽木蓁甲醚	58.67	0.61	3
18	MOL008465	(E)-16,17-didehydro-17- methoxy-17,18-seco-3-beta- yohimban-16-carboxylic acid methyl ester	毛钩藤碱	32.75	0.64	3
19	MOL007218	Remerin	碘葡苯胺	40.75	0.52	3
20	MOL001531	DL-nuciferine	荷叶碱	29.26	0.40	3
21	MOL004891	Shinpterocarpin	类黄酮	80.30	0.73	3
22	MOL000737	Morin	桑黄素	46.23	0.27	3
23	MOL004180	Coronaridine	冠狗牙花定碱	34.97	0.68	3
24	MOL004071	Hyndarin	罗通定	73.94	0.64	3
25	MOL001460	Cryptopin	隐品碱	78.74	0.72	3
26	MOL000790	Isocorypalmine	异延胡索单酚碱	35.77	0.59	3
27	MOL003627	Sophocarpine	槐果碱	64.26	0.25	3
28	MOL000173	Wogonin	汉黄芩素	30.68	0.23	3
29	MOL000422	Kaempferol	山奈酚	41.88	0.24	3
30	MOL008145	Costaclavine	肋麦角碱	46.21	0.24	2
31	MOL012921	Stepharine	光千金藤碱	31.55	0.33	2
32	MOL008633	(S)-cheilanthifoline	碎叶紫堇碱	46.68	0.72	2
33	MOL007041	2-isopropyl-8- methylphenanthrene- 3,4-dione	2-异丙基-8-甲基菲-3,4-二酮	40.86	0.23	2
34	MOL013081	Decussine	对生马钱碱	39.83	0.65	2
35	MOL001455	(S)-canadine	四氢表小檗碱	53.83	0.77	2
36	MOL006821	(-)-Epigallocatechin- 3-gallate	表没食子儿茶素没食子酸酯	55.09	0.77	2
37	MOL006419	(13aS)-2,3,10- trimethoxy-6,8,13,13a- tetrahydro-5H-isoquinolino [2,1-b]isoquinolin-9-ol	黄柏碱	72.65	0.59	2
38	MOL003958	Evodiamine	吴茱萸碱	86.02	0.64	2
39	MOL002903	(R)-canadine	(R)-氢化小檗碱	55.37	0.77	2
40	MOL002670	Cavidine	消旋卡文定碱	35.64	0.81	2
41	MOL001476	(S)-stylopine	四氢黄连碱	51.15	0.85	2
42	MOL001467	Luteanin	异紫堇定碱	55.63	0.55	2
43	MOL002662	Rutaecarpine	吴茱萸次碱	40.30	0.60	2
44	MOL013179	Fisetin	漆黄素	52.60	0.24	2
45	MOL013079	DL-praeruptorin A	白花前胡甲素	46.46	0.53	2
46	MOL000098	Quercetin	槲皮素	46.43	0.28	2
47	MOL012920	Sinomenine	青藤碱	30.98	0.46	2
48	MOL004575	Astilbin	落新妇苷	36.46	0.74	2
49	MOL008489	Delta(sup 18)-hirsutine	去氢毛钩藤碱	41.64	0.64	1
50	MOL008458	Angustidine	安枯斯特定碱	51.85	0.66	1
51	MOL007145	Salviolone	鼠尾草酚酮	31.72	0.24	1
52	MOL000787	Fumarine	原阿片碱	59.26	0.83	1
53	MOL003680	Sophoridine	槐定碱	60.07	0.25	1
54	MOL005944	Matrine	苦参碱	63.77	0.25	1

经DAVID数据库(http://david.ncifcrf.gov/),对筛选出的69个潜在靶点进行GO富集分析及KEGG通路富集分析。并以P值<0.05为筛选标准,获取20条KEGG信号通路,并应用R语言制备KEGG信号通路富集气泡图(图1)。由KEGG通路富集分析可以看出,潜在靶点参与的信号通路主要包括细胞因子-细胞因子受体相互作用(cytokine-cytokine receptor interaction)、炎症性肠病(inflammatory bowel disease)、Toll样受体信号通路(Toll-like receptor signaling pathway)、白细胞介素17信号通路(IL17 signaling pathway)、NOD样受体信号通路(NOD-like receptor signaling pathway)、Janus激酶-信号转导子和转录激活子信号通路(JAK-STAT signaling pathway)等。

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图1 KEGG通路富集分析

Fig.1 KEGG pathway enrichment analysis

GO富集分析是将基因根据生物过程(biological process,BP)、细胞组分(cell component,CC)、分子功能(molecular function,MF)等进行归类,以对所分析的基因进行注释和分类^[11]。本研究对筛选后的前10个条目进行GO功能富集可视化分析(图2),发现BP主要与炎症反应(inflammatory response)、免疫反应(immune response)、基因表达的正向调控(positive regulation of gene expression)、白细胞介素6生成的正向调控(positive regulation of interleukin 6 production)、肿瘤坏死因子生成的正向调控(positive regulation of tumor necrosis factor production)、白细胞介素8生成的正向调控(positive regulation of interleukin 8 production)等有关;CC主要与细胞外区域(extracellular region)、细胞外空间(extracellular space)、细胞表面(cell surface)、内质网膜(endoplasmic reticulum membrane)等有关;MF主要与细胞因子活性(cytokine activity)、跨膜信号受体活性(transmembrane signaling receptor activity)、NAD⁺核苷酶活性(NAD⁺ nucleosidase activity)、蛋白同型二聚化活性(protein homodimerization activity)等有关。

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图2 GO功能富集分析

Enrichment score:富集得分;Biological process:生物过程;Cellular component:细胞组分;Molecular function:分子功能;inflammatory response:炎症反应;immune response:免疫反应;innate immune response:天然免疫反应;positive regulation of gene expression:基因表达的正向调控;positive regulation of transcription from RNA polymerase Ⅱ promoter:RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正向调控;signal transcription:信号转导;positive regulation of interleukin 6 production:白细胞介素6生成的正向调控;positive regulation of tumor necrosis factor production:肿瘤坏死因子生成的正向调控;positive regulation of interleukin 8 production:白细胞介素8生成的正向调控;positive regulation of inflammatory response 炎症反应的正向调控;extracellular region:细胞外区域;extracellular space:细胞外间隙;plasma membrane:质膜;integral component of membrane:膜的必要组成成分;cell surface:细胞表面;membrane:膜;integral component of plasma membrane:质膜的必要组成成分; external side of plasma membrane:质膜外侧;endoplasmic reticulum membrane:内质网膜;Golgi apparatus:高尔基体;protein binding:蛋白结合;identical protein binding:同种蛋白结合;cytokine activity:细胞因子活性;transmembrane signaling receptor activity:跨膜信号受体活性;NAD⁺ nucleosidase activity:NAD⁺核苷酶活性;signaling receptor activity:信号受体活性;enzyme binding:酶结合;growth factor activity:生长因子活性;receptor binding:受体结合;protein homodimerization activity:蛋白质同源二聚体活性。

Fig.2 GO functional enrichment analysis

2.2 靶点-化合物网络

利用Cytoscape软件构建潜在靶点与候选化合物的网络关系,并进行网络可视化处理,结果见图3。由图3可以看出,度值排前6位的靶点为乙酰胆碱酯酶(ACHE)、5-羟色胺受体2A(HTR2A)、5-羟色胺受体3A(HTR3A)、细胞色素P450家族1亚家族A成员2(CYP1A2)、Toll样受体9(TLR9)和黄嘌呤脱氢酶(XDH),分别与35、30、15、10、10、9个化合物相关联;度值排前6位的化合物为尼泊尔鸢尾异黄酮、木犀草素、异牡荆素、二氢丹参酮I、可待因和芍药苷,分别与8、7、6、5、5、5个靶点相关联。

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图3 靶点-化合物网络图可视化

图中红色圆形表示潜在靶点,蓝色菱形表示候选化合物,边表示相互关联。

Fig.3 Visualization of target-compound network diagram

In the figure, the red circles represent potential targets, the blue diamonds represent candidate compounds, and the edges represent correlations.

2.3 分子对接

本部分以靶点-化合物网络图中度值排名前3的化合物为配体,度值排名前5的靶点为受体分别进行分子对接,即配体为尼泊尔鸢尾异黄酮、木犀草素和异牡荆素,受体为ACHE、HTR2A、HTR3A、CYP1A2和TLR9,分子对接结果见表3和图4。结合自由能为粒子从自由状态成为复合粒子时所释放的能量,即结合自由能越小,提示2个分子在自然状态下更容易结合,且稳定性越高。对接结果显示,尼泊尔鸢尾异黄酮、木犀草素和异牡荆素与受体蛋白ACHE、HTR2A、HTR3A、CYP1A2和TLR9的结合自由能均小于-29 kJ/mol。

表3 靶点与化合物分子对接结果

Table 3 Molecular docking results of targets with compounds

项目 Items	结合自由能Binding free energy/(kJ/mol)
项目 Items	乙酰胆碱酯酶 ACHE	5-羟色胺受体2A HTR2A	5-羟色胺受体3A HTR3A	细胞色素P450 家族1亚家族A成员2 CYP1A2	Toll样受体9 TLR9
尼泊尔鸢尾异黄酮Irisolidone	-40.17	-30.54	-39.33	-39.33	-33.47
木犀草素Luteolin	-43.93	-33.05	-42.68	-30.96	-35.98
异牡荆素Isovitexin	-39.33	-29.71	-32.64	-43.51	-33.05

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图4 分子对接最佳构象相互作用模式图

ACHE:乙酰胆碱酯酶 acetylcholinesterase;HTR2A:5-羟色胺受体2A 5-hydroxytryptamine receptor 2A;HTR3A:5-羟色胺受体3A 5-hydroxytryptamine receptor 3A;CYP1A2:细胞色素P450家族1亚家族A成员2 cytochrome P450 family 1 subfamily A member 2 ;TLR9:Toll样受体9 Toll like receptor 9。

Fig.4 Diagram of optimal conformation interaction model for molecular docking

2.4 靶点-化合物-中药网络

根据2.1筛选到的54个符合要求的候选化合物,通过TCMSP及《中华人民共和国药典(2020年版一部)》^[10],筛选到275味相关中药。随后使用Cytoscape软件的Merge插件构建潜在靶点、候选化合物、候选中药的网络关系,并进行网络可视化处理,结果见图5。对候选中药的度值进行分析发现,排在前6位的中药分别为荷叶、香附、胡芦巴、败酱草、青蒿、射干,其度值分别为25、24、22、22、20、20(图6-A);对候选中药涉及的潜在靶点进行分析发现,其中所含靶点较多的中药分别为香附、丹参、檀香、青蒿、射干、余甘子、银杏叶、紫菀、络石藤、连子心、菊花、旋覆花(图6-B),据此推测这12种中药对黄曲霉菌感染具有较大的调控作用。

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图5 靶点-化合物-中药网络图可视化

图中椭圆形表示候选中药,六边形表示候选化合物,三角形代表潜在靶点。

Fig.5 Visualization of target-compound-Chinese herb network diagram

In the figure, ellipses represent candidate Chinese herbs, hexagons represent candidate compounds, and triangles represent potential targets.

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图6 候选中药的度值和靶点

Fig.6 Degree values and targets of candidate Chinese herbs

2.5 中药性味归经频数统计

通过TCMSP及《中华人民共和国药典(2020年版一部)》^[10]筛选出的275味候选中药,进一步查找出各味中药的性味、归经等相关信息,统计频次。药味统计结果显示,可防治黄曲霉菌感染的候选中药中药性以苦味居高,其次为甘味和辛味,频次占比分别为61.25%、39.48%、34.32%;药性统计结果显示,候选中药中寒性药占比最大,为44.28%,结果见表4。归经统计结果显示,275味中药中肝经占比为22.27%,占比第二的为肺经,两者占比共40.19%(图7)。由此可知,黄曲霉菌感染机制与肝经、肺经关系密切。

表4 候选中药性味分析

Table 4 Property and taste analysis of herbs of candidate Chinese herbs

药性 Property	频次 Frequency	占比 Proportion/%	药味 Taste	频次 Frequency	占比 Proportion/%
寒Cold	120	44.28	苦Bitter	166	61.25
温Warm	67	24.73	甘Sweet	107	39.48
平Equilibrium	53	19.56	辛Pungent	93	34.32
凉Cool	26	9.59	酸Acid	25	9.23
热Heat	5	1.85	涩Puckery	22	8.12
			咸Salty	6	2.21

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图7 候选中药归经分析

Fig.7 Meridial distribution analysis of candidate Chinese herbs

3 讨论

中药来源的天然化合物具有安全、低毒副作用、质优价廉等优点,是当前临床药物研发的重要资源之一。但鉴于中药的多成分、多靶点的特点,若仅仅以“单一药材、化学成分及靶点”的研究思路,往往涉及到大量时间与经费的投入,难以实现中药的系统性调控作用,因此通过逐一筛选的试验方式筛选出可以有效防治黄曲霉菌感染的中药较为繁琐。本研究基于多种数据库,以防治黄曲霉菌感染为研究方向,逐步挖掘出与黄曲霉菌感染靶点相关的化合物和中药,并构建靶点-化合物-中药网络关系,分析出中药防治黄曲霉菌感染的物质基础及一般用药规律。

黄曲霉菌感染潜在靶点的GO功能富集分析结果显示,潜在靶点主要涉及炎症反应、免疫反应、基因表达的正向调控、白细胞介素6生成的正向调控、细胞外区域、细胞外空间、细胞表面、内质网膜、细胞因子活性、跨膜信号受体活性以及NAD⁺核苷酶活性等。KEGG通路富集分析结果显示,潜在靶点所涉及到的主要信号通路包括细胞因子-细胞因子受体相互作用、炎症性肠病、Toll样受体信号通路、白细胞介素17信号通路、NOD样受体信号通路、JAK-STAT信号通路等。JAK-STAT信号通路主要参与细胞增殖、分化和抵抗外源病原体等多种生物过程^[12];白细胞介素6与JAK-STAT信号通路相关联,可以调控核内DNA序列的转录,影响相关细胞反应;白细胞介素17为一种重要的促炎细胞因子,在机体抵御真菌感染中扮演重要角色。Hinton等^[13]研究发现,黄曲霉毒素B₁(AFB₁)可导致大鼠血清中白细胞介素2和干扰素γ mRNA表达水平的下降,肿瘤坏死因子-α mRNA表达水平的升高,暗示AFB₁可通过抑制机体免疫功能而导致T淋巴细胞活性损伤。杨红等^[14]研究发现,Toll样受体4/核因子-κB/炎性介质信号可参与由黄曲霉毒素G₁(AFG₁)导致的大鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤。此外,还有研究显示,人髓样树突状细胞在暴露于一定剂量的黄曲霉毒素环境下,可导致Toll样受体2和4转录水平的上调,同时伴随有炎性细胞因子的产生^[15-16];黄曲霉毒素可通过促进活性氧(ROS)生成、抑制核因子E2相关因子2(Nrf2)-抗氧化反应元件(ARE)通路的激活诱导机体器官损伤^[17-18]。以上分析结果暗示,潜在靶点可通过众多的机制参与黄曲霉菌的感染,尚存在并未发现或报道的作用机制,此结果可为后续相关领域的研究提供一定参考。

对靶点-化合物网络进行分析发现,尼泊尔鸢尾异黄酮、木犀草素、异牡荆素、二氢丹参酮Ⅰ、可待因和芍药苷等化合物与黄曲霉菌感染潜在靶点的联系较多。尼泊尔鸢尾异黄酮属于葛花中的异黄酮成分,研究显示其具有保肝、抗炎、抗氧化、抑菌、抗肿瘤等多种功效^[19]。此外,Zaki等^[20]研究发现,木犀草素可通过降低丙二醛(MDA)和活性氧的生成,以及提高抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,减轻AFB₁引起的氧化应激,显著逆转AFB₁引起的肝损伤;进一步研究发现,木犀草素可能通过激活Nrf2信号通路缓解肝脏细胞凋亡和氧化应激^[21]。Castano-Duque等^[22]通过体外试验发现,木犀草素能够抑制真菌的增殖和毒素产生,且具有剂量依赖性,主要通过破坏细胞壁的完整性、改变微环境的氧化状态发挥作用。异牡荆素、二氢丹参酮Ⅰ、芍药苷等属于天然黄酮类化合物,有研究表明黄酮类化合物可有效控制AFB₁和黄曲霉毒素B₂(AFB₂)的感染^[23];此外,还可抑制AFB₁转化为AFB₁-8,9-环氧化物,继而防止黄曲霉毒素转化为致癌物质损伤机体器官^[24]。有研究提示,选用一些富含黄酮类化合物的药材或食物可预防黄曲霉毒素的污染^[25]。

对靶点-化合物-中药网络进行分析发现,香附、丹参、檀香、青蒿、射干、余甘子、银杏叶、紫菀、络石藤、连子心、菊花、旋覆花等所含靶点较多,从而推测这几味中药与防治黄曲霉菌感染的关系较大。研究表明,香附乙醇提取物有抗炎、解热镇痛等功效,其挥发油α-香附酮可抑制黄曲霉毒素的形成;青蒿乙醇提取物可显著抑制真菌烟曲霉和黄曲霉菌的繁殖^[26]。银杏叶具有抑菌、抗炎、抗癌等功效,银杏叶提取物可缓解AFB₁导致的肝脏损伤;值得注意的是,银杏叶提取物还可以有效抑制AFB₁导致的大鼠肝癌;进一步研究表明,这可能与银杏叶调控机体肝细胞中抑癌基因P16Ink4a mRNA表达以及调控肝细胞增殖基因IGF-Ⅱ mRNA的表达水平有关^[27⇓-29]。本研究结果中涉及一些未经研究和试验验证的中药,因此将此分析结果中的一些中药加以进一步的试验验证,可为干预黄曲霉菌的感染提供更多的思路。

肝脏是机体最重要的排毒器官之一,中医认为肝为风木之脏,主疏泄而藏血;此外,肝脏也是AFB₁攻击的主要靶器官,肝脏损伤后蛋白质、碳水化合物和脂质的代谢受到阻碍,进而影响机体的生长性能^[30]。根据中药性味归经等信息的频次统计结果可知,治疗黄曲霉菌感染相关中药归肝经、肺经居多。黄曲霉菌对机体免疫系统危害巨大,可介导调控宿主免疫系统的功能,诱发机体炎症反应,从而对机体造成一定损害。由此可知,黄曲霉菌的感染可受炎性因子的调控,值得注意的是,机体的疏泄功能可对机体的炎性因子的重新分布进行一定的调控。与西药相比,中药的性味配伍使用是中医理论中的最大特色,可以为临床用药提供指导,同样也是中医药性理论的重要组成之一。本研究的性味分析发现,候选药物中以寒、温、苦、甘为主,苦寒之药多具有清热解毒功效,甘温之品多有温补扶正之功,此亦与中药寒热配伍用药规律相一致。据此推测,中药干预黄曲霉菌的感染应以调理气血、扶正祛邪为立论依据。

综上所述,本研究以数据挖掘及网络药理学为手段较为直观地构建出黄曲霉菌关键靶点-候选化合物-候选中药网络关系,同时分析归纳出与黄曲霉菌感染相关的物质基础及中药的一般用药规律,可为临床针对黄曲霉菌感染的治疗和新型药物的研发等提供一些指导。由于本项研究主要基于数据库挖掘,不可否认各在线数据库收录的内容广度和算法等方面均可能会对研究结果产生一定的影响,因此具体结果仍需借助试验加以进一步试验验证。

4 结论

本研究系统地分析了中药干预黄曲霉菌感染的小分子物质基础,归纳了中药的一般用药规律,可为临床治疗黄曲霉菌感染等相关疾病的新药研发及中药治疗提供一定的参考及思路。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

[1]	AMAIKE S, KELLER N P. Aspergillus flavus[J]. Annual Review of Phytopathology, 2011, 49(1):107-133.

[2]	NUNES E M C G, PEREIRA M M G, COSTA A P R, et al. Effects of aflatoxin B₁ on performance and health of tambaqui fingerlings (Colossoma macropomum)[J]. International Aquatic Research, 2019, 11(1):73-83.

[3]	JIANG Y, OGUNADE I M, VYAS D, et al. Aflatoxin in dairy cows:toxicity,occurrence in feedstuffs and milk and dietary mitigation strategies[J]. Toxins, 2021, 13(4):283.

[4]	FOUAD A M, RUAN D, EL-SENOUSEY H K, et al. Harmful effects and control strategies of aflatoxin B₁ produced by Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus strains on poultry:review[J]. Toxins, 2019, 11(3):176.

[5]

隋明, 朱克永, 张崇军, 等. 10种中药水提物对黄曲霉菌体外生长特性的影响[J]. 动物医学进展, 2018, 39(12):100-103.

SUI

, ZHU

K Y

, ZHANG

C J

, et al. Effects of water extracts from 10 kinds of antipyretic antidotes on growth characteristics of Aspergillus flavus in vitro[J]. Progress in Veterinary Medicine, 2018, 39(12):100-103. (in Chinese)

[6]	周丽, 杨清山, 连运河, 等. 辣椒及辣椒提取物中黄曲霉毒素含量的测定及迁移规律分析[J]. 食品科学, 2016, 37(14):165-168. DOI ZHOU L, YANG Q S, LIAN Y H, et al. Contamination and migration of aflatoxin in paprika and paprika extracts[J]. Food Science, 2016, 37(14):165-168. (in Chinese) DOI

[7]	梁丹丹, 邢福国, 王龑, 等. 植物提取物抑制玉米中黄曲霉生长及产毒研究[J]. 粮食与饲料工业, 2015(8):51-56. LIANG D D, XING F G, WANG Y, et al. Inhibitory of the growth of Aspergillus flavus and aflatoxin B₁ in maize by plant extracts[J]. Cereal & Feed Industry, 2015(8):51-56. (in Chinese)

[8]

杨涛, 莫钦国, 欧超, 等. 银杏叶提取物对黄曲霉毒素B₁所致大鼠肝癌相关蛋白表达影响的研究[J]. 中华肿瘤防治杂志, 2011, 18(11):847-850.

YANG

, MO

Q G

, OU

, et al. Effects of Ginkgo biloba extract on relative protein expressions during hepatocarcinogenesis aflatoxin B₁-induced in Wistar rats[J]. Chinese Journal of Cancer Prevention and Treatment, 2011, 18(11):847-850. (in Chinese)

[9]	HAO Y R, SU J J, OU C, et al. Effects of Ginkgo biloba extract on expression of biomarkers during aflatoxin B₁-induced hepatocarcinogenesis in Wistar rats[J]. The Chinese-German Journal of Clinical Oncology, 2012, 11(5):261-265.

[10]	国家药典委员会. 中华人民共和国药典(2020年版一部)[M]. 北京: 中国医药科技出版社, 2020. National Pharmacopoeia Committee. Pharmacopoeia of the People’s Republic of China:2020 edition part 1[M]. Beijing: China Medical Science Press, 2020. (in Chinese)

[11]	王群, 邵李海, 赵冰, 等. 基于肿瘤组织与血清miRNA表达数据的肝癌诊断模型构建[J]. 解剖科学进展, 2021, 27(4):396-400. WANG Q, SHAO L H, ZHAO B, et al. Construction of diagnosis signature of hepatocellular carcinoma based on tissue and circulating miRNA expression data[J]. Progress of Anatomical Sciences, 2021, 27(4):396-400. (in Chinese)

[12]	XU X Y, HE F Y, TIAN Y, et al. The anti-inflammatory effect of TR6 on LPS-induced mastitis in mice[J]. International Immunopharmacology, 2016, 30:150-156. DOI PMID

[13]	HINTON D M, MYERS M J, RAYBOURNE R A, et al. Immunotoxicity of aflatoxin B₁ in rats: effects on lymphocytes and the inflammatory response in a chronic intermittent dosing study[J]. Toxicological Sciences, 2003, 73(2):362-377.

[14]	杨红, 陈成水. Toll样受体4参与介导黄曲霉毒素G₁对大鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞的致损伤作用[J]. 实用医药杂志, 2012, 29(8):727-730. YANG H, CHEN C S. Toll-like receptor 4 mediated inducing-injury role of aflatoxin G₁ on rat type Ⅱ alveolar epithelial cells[J]. Practical Journal of Medicine & Pharmacy, 2012, 29(8):727-730. (in Chinese)

[15]	MEHRZAD J, MALVANDI A M, ALIPOUR M, et al. Environmentally relevant level of aflatoxin B₁ elicits toxic pro-inflammatory response in murine CNS-derived cells[J]. Toxicology Letters, 2017, 279:96-106.

[16]	乔春雨, 刘家和, 张博熙, 等. 黄曲霉毒素B₁致病机制及防治研究进展[J]. 中国畜牧兽医, 2022, 49(2):765-775. DOI QIAO C Y, LIU J H, ZHANG B X, et al. Research progress on pathogenic mechanism and control of aflatoxin B₁[J]. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2022, 49(2):765-775. (in Chinese)

[17]	CHATTERJEE A, CHATTERJI U. All-trans retinoic acid ameliorates arsenic-induced oxidative stress and apoptosis in the rat uterus by modulating MAPK signaling proteins[J]. Journal of Cellular Biochemistry, 2017, 118(11):3796-3809. DOI PMID

[18]	JIN S J, YANG H, JIAO Y H, et al. Dietary curcumin alleviated acute ileum damage of ducks (Anas platyrhynchos) induced by AFB₁ through regulating Nrf2-ARE and NF-κB signaling pathways[J]. Foods, 2021, 10(6):1370.

[19]	张国哲. 尼泊尔鸢尾异黄酮在大鼠体内外的代谢研究[D]. 博士学位论文. 沈阳: 沈阳药科大学, 2014. ZHANG G Z. Studies on metabolism of irisolidone in vivo and in vitro of rats[D]. Ph.D.Thesis. Shenyang: Shenyang Pharmaceutical University, 2014. (in Chinese)

[20]	ZAKI M S A, ABADI A M, EL-KOTT A F, et al. Protective efficacy of luteolin against aflatoxin B₁-induced toxicity,oxidative damage,and apoptosis in the rat liver[J]. Environmental Science and Pollution Research International, 2023, 30(18):52358-52368.

[21]	RAJPUT S A, SHAUKAT A, WU K T, et al. Luteolin alleviates aflatoxin B₁-induced apoptosis and oxidative stress in the liver of mice through activation of Nrf2 signaling pathway[J]. Antioxidants, 2021, 10(8):1268.

[22]	CASTANO-DUQUE L, LEBAR M D, CARTER-WIENTJES C, et al. Flavonoids modulate Aspergillus flavus proliferation and aflatoxin production[J]. Journal of Fungi, 2022, 8(11):1211.

[23]	GONÇALEZ E, FELICIO J D, PINTO M M. Biflavonoids inhibit the production of aflatoxin by Aspergillus flavus[J]. Brazilian Journal of Medical and Biological Research, 2001, 34(11):1453-1456.

[24]	LEE S E, CAMPBELL B C, MOLYNEUX R J, et al. Inhibitory effects of naturally occurring compounds on aflatoxin B₁ biotransformation[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49(11):5171-5177.

[25]	FAROMBI E O, ADEPOJU B F, OLA-DAVIES O E, et al. Chemoprevention of aflatoxin B₁-induced genotoxicity and hepatic oxidative damage in rats by kolaviron,a natural bioflavonoid of Garcinia kola seeds[J]. European Journal of Cancer Prevention, 2005, 14(3):207-214.

[26]

毛丽旦·热合木吐拉, 阿地拉·艾斯卡尔, 汪建平. 青蒿抑制烟曲霉和黄曲霉的实验研究[J]. 中国民族民间医药, 2022, 31(15):22-25.

REHEMUTULA

M L D

, AISIKAER

A D L

, WANG

J P

. Experimental study on Artemisia annua L. inhibiting Aspergillus fumigatus and Aspergillus flavus[J]. Chinese Journal of Ethnomedicine and Ethnopharmacy, 2022, 31(15):22-25. (in Chinese)

[27]

郑海平, 欧超, 曹骥, 等. 银杏叶对黄曲霉毒素B₁诱发大鼠肝癌IGF-ⅡmRNA及蛋白表达影响的观察[J]. 中华肿瘤防治杂志, 2012, 19(17):1303-1307

ZHENG

H P

, OU

, CAO

, et al. Effects of Ginkogo biloba on the expression of IGF-ⅡmRNA and protein during hepatocarcinogenesis aflatoxin B₁-induced in Wistar rats[J]. Chinese Journal of Cancer Prevention and Treatment, 2012, 19(17):1303-1307. (in Chinese)

[28]

郑海平, 欧超, 曹骥, 等. 银杏叶提取物对AFB₁所致大鼠肝癌基因P16Ink4a mRNA 及蛋白表达的影响[J]. 中国肿瘤临床, 2012, 39(15):1069-1072.

ZHENG

H P

, OU

, CAO

, et al. Effects of Ginkgo biloba extract on the expression of P16Ink4a mRNA and protein during aflatoxin B₁-induced hepatocarcinogenesis in Wistar rats[J]. Chinese Journal of Clinical Oncology, 2012, 39(15):1069-1072. (in Chinese)

[29]	曲晓华, 辛玉峰. 银杏提取物抑菌效果的研究[J]. 黑龙江农业科学, 2008(1):25-26. QU X H, XIN Y F. Study on anti-microbial activity of the extract of Ginkgo biloba[J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2008(1):25-26. (in Chinese)

[30]	JOBE M C, MTHIYANE D M N, DLUDLA P V, et al. Pathological role of oxidative stress in aflatoxin-induced toxicity in different experimental models and protective effect of phytochemicals:a review[J]. Molecules, 2023, 28(14):5369.

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