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基于网络药理学的二陈汤治疗冠心病分子机制研究

 生物_医药_科研 2019-02-11

冠心病心绞痛属中医“心痛”“胸痹”“厥心痛”的范畴。中医认为胸痹心痛多因痰瘀互结,气滞血瘀,累及于心,不能助心以贯脉行血,心脉运行不畅,致血脉瘀阻。二陈汤是临床从痰瘀论治冠心病胸痹的经典方药,出自《太平惠民和剂局方》(卷四)。该方由橘红、法半夏、茯苓、乌梅、生姜、甘草6味中药组成,主要功效为化痰燥湿、理气健脾,是治痰的基础方。方中半夏为君药,辛温性燥,为燥湿化痰、温化寒痰之要药;橘红为臣药,既可理气宽中,又能理气化痰;茯苓为佐药,善健脾渗湿,以助化痰之力;甘草为佐使之药,和中健脾、湿化痰消、调和诸药[1-3]。现代实验研究证实二陈汤具有调脂、降糖、抗炎、抗氧化等作用。临床研究显示,二陈汤对脂代谢紊乱的调节作用显著,可明显降低高脂血症患者的总胆固醇和三酰甘油水平[4],有效调节代谢综合征模型大鼠的血脂水平,使血清中一改善胆碱类物质的代谢异常[8]

网络药理学是整合系统生物学和药理学的一门新兴学科,通过大量生物学信息,对已有的分子生物学数据进行系统全面地分析,从蛋白、分子、基因层面揭示机体与疾病的相互作用机制,可以为多靶点药物的开发和机制研究提供依据。目前中药复方的药效物质基础和机制的研究主要集中在对单一靶点或信号通路的调控,很难揭示中药复方成分-靶点-通路之间的协同作用,网络药理学从多靶点的角度将药物靶点网络与生物信息网络相结合,为探索中药复方的复杂机制和新药研发提供新的思路。

本研究基于网络药理学对二陈汤治疗冠心病的作用靶点、代谢物、通路等方面进行了探索,旨在揭示其从痰瘀论治冠心病的分子机制,从而为其临床应用提供依据。

1  材料与方法

1.1  稳定型心绞痛靶点网络的构建

TCMSP)、中药潜在靶点数据库(TCMpotential Target DatabaseTCM-PTD)、中药综合数据库(Traditional Chinese Medicines Integrated DatabaseTCMID),找到二陈汤的中药成分,并根据药物相

1.1.2  疾病相关靶点的筛选  通过Therapeutic Target DatabaseTTD 4.3.02https://db./ t menu/home[13]数据库进行检索,获得冠心病相关的疾病靶点[14],并应用Uniprot数据库(https://www. uniprot.org/release2018_09)对疾病靶点进行标准化,获得Swiss-Prot ID

1.1.3  药物-疾病靶点网络构建  为明确疾病相关靶点与药物二陈汤潜在靶点之间的相互作用,将疾病靶点与药物靶点进行交集,将疾病靶点与药物成分靶点输入Venny 2.1软件(http://b.csic. es/tools/venny/index.html)绘制韦恩图。将筛选得到的疾病-药物成分共同靶蛋白在STRING 10.5平台(https:///)构建蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interactionPPI)网络模型[15-17],将蛋白种类设置为“Homo sapiens”,最低相互作用阈值设为中等“highest confidence”(>0.9),其他参数保持默认设置,获得PPI网络。

1.2  基因通路与功能分析

ca/)数据库将上述筛选出的成分进行代谢物分析,筛选出主要代谢物。采用CytoscapeMetScapeClueGO插件分别分析二陈汤治疗冠心病相关靶点的基因功能及代谢通路[18-20]。利用得到的药物-疾病[21]

2  结果

2.1  药物靶点网络的构建

数据库筛选出的二陈汤8种主要成分,包括槲皮素(quercetin)、异鼠李亭(isorhamnetin)、β-谷甾醇β-sitosterol)、豆甾醇(stigmasterol)、常春藤皂苷元(hederagenin)等,见表1。对这些成分进行靶点预测,筛选出132个相关靶点。将药物成分及作用靶点导入Cytoscape 3.2.1软件进行可视化分析。该网络共包括140个节点,见图1

2.2  疾病靶点的筛选与PPI网络构建

通过TTDDrugbankDisGeNET数据库进行检索,获得冠心病相关的疾病靶点909个。将909个疾病靶点与132个药物成分靶点输入Venny2.1软件绘制韦恩图,两者取交集后获得疾病-药物成分共同靶点56个,见图2。应用STRING数据平台输入56个共同靶点,分析PPI,共获得30个相互作用节点,见图3

2.3  药物靶点-代谢物网络构建

应用MetaboAnalyst数据库获得二陈汤8种主要活性成分的代谢物,经与文献报道[22-24]进行比对分析,明确主要代谢物26个,其中包括L-苯丙氨酸(L-phenylalanine)、L-亮氨酸(L-leucine)、4-甲基-2-氧代戊酸酯(4-methyl-2-oxopentanoate)、运动升压素(kinetensin)、神经介素(neuromedin)等。

采用CytoscapeMetScape插件分析二陈汤治疗冠心病相关靶点的基因-代谢物网络图,共获得62个节点,其中包括26个药物代谢物及36个相关基因靶点,结果见图4

2.4  成分-靶点-代谢物共表达网络构建

2.5  药物生物学过程分析

采用Cytoscape软件的ClueGO插件对二陈汤的主要药物成分-疾病共同靶点进行生物学过程分析,可见多个基因功能与冠心病的发生发展关系密切,其中主要富集于活性氧代谢过程(reactive oxygen species metabolic process)、循环系统血管功能(vascular process incirculatory system)、胶原生物合成调控(regulation of collagen biosynthetic process)、趋化因子生物合成调控(regulation of chemokinebiosynthetic process)、平滑肌细胞增殖调控(regulation of smooth muscle cell proliferation)、损伤修复调控(regulation of wound healing)、活性氧生物合成过程(reactive oxygen speciesbiosynthetic process)、胶原代谢过程(collagen metabolic process)、急性炎症反应(acute inflammatory response)等通路,说明二陈汤可通过抗氧化应激、保护血管内皮、抗炎修复等方面发挥对冠心病的治疗作用,结果见图67

2.6  网络拓扑图构建

应用Cytoscape软件构建二陈汤主要药物成分-代谢物-靶点-信号通路共表达网络拓扑图(图8),共112个节点,其中4个药物主要成分(黄色菱形节点)、13个相关代谢物(红色圆形节点)、84相关靶点(蓝色节点)、13个相关信号通路(绿色圆形节点),具体信号通路名称见表2;边分别代表药物代谢物-靶点对、药物成分-靶点对、信号通路-靶点对和靶点之间的相互作用。同时可见该拓扑结构网络的节点之间连接度比较高,特征路径长度短,说明调节单个重要靶点或多个靶点就可对整个网络进行调节,这为二陈汤多靶点治疗冠心病的作用机制提供了科学依据。

3  讨论

冠心病(胸痹)的病理因素以痰、瘀、湿、热、风、火、浊、毒为主,其中痰、瘀最为常见,并贯穿整个病理过程。痰浊致瘀,瘀血生痰。历代医家临床经验证实,胸痹的发生是由痰致瘀,最终发生痰瘀互结证。痰属阴物,为体内之浊邪。但当痰浊犯心,必致心脉凝滞,心窍受阻,心脉不畅,心失所养而致胸痹。冠心病痰浊证常伴脂质代谢紊乱,导致脂质过氧化;血液瘀滞,导致组织缺血缺氧;内皮炎症诱导免疫细胞活化、聚集,导致血管损伤;此外细胞迁移、氧化应激刺激、细菌感染、凝血功能异常等均与冠心病发病机制相关[25-27]

二陈汤是中医临床治疗冠心病的经典方,方中半夏为君,燥湿化痰、温化寒痰;橘红为臣,理气化痰;佐以茯苓健脾渗湿、生姜降逆、乌梅酸收;甘草为使,和中健脾、湿化痰消。诸药合用,可行气消脂、活血通脉。现代研究表明,半夏具有抗心律失常作用,能增加冠脉血流[28]。茯苓提取物可使心肌收缩力加强、减轻心力衰竭症状[29]。甘草提取物具有促进血管平滑肌细胞增殖[30]、调血脂、抗血小板聚集的作用[31]。虽然对二陈汤各主要成分的药理学作用已基本明确,但是做为复方研究其治疗心血管疾病的确切靶点却鲜见报道。

本研究应用中药网络药理学技术,将网络数据库、高通量组学、药理学等多学科相融合,从系统生物学角度揭示二陈汤的中药药理作用。本研究分别建立了二陈汤的成分-靶点网络、成分-冠心病靶点-代谢-信号通路的共表达网络,预测了二陈汤治疗冠心病的靶点,从多个角度探索二陈汤治疗冠心病的潜在分子机制,揭示了二陈汤的药理作用及其分子作用机制。

本研究发现二陈汤可能主要通过保护血管内皮、抗氧化应激、抗炎修复等多靶点发挥对冠心病的治疗作用。本研究共筛选出相关通路13条,发现二陈汤可能通过调控活性氧生物合成与代谢、心血管功能、胶原生物合成与代谢、趋化因子生物合成、平滑肌细胞增殖、损伤修复、急性炎症等通路发挥治疗心血管疾病的作用。前期临床研究发现,二陈汤可显著降低高脂血症患者总胆固醇和三酰甘油水平[4],通过阻断激酶传导途径,对自发性高血压合并动脉粥样硬化大鼠的心脏重构有良好的干预作用,可以显著改善冠心病稳定型心绞痛患者的临床症状[32]。同时,基础研究表明,二陈汤可以升高代谢综合征模型大鼠血清中NO浓度,降低ET的水平[5],抑制主动脉细胞间黏附分子1ICAM1)的表达[7],降低C反应蛋白(CRP)的浓度,降低TNF-αIL-6的水平,发挥抗炎效应[6,33],达到稳定斑块的作用,具有抗动脉粥样硬化作用。这些报道与本研究预测的二陈汤调控心血管疾病的信号通路基本一致。此外,本研究提示二陈汤可以通过调控胶原的生物合成与代谢及平滑肌细胞的增殖等途径促进血管的损伤修复,目前未见相关的实验报道。

从研究结果可以看出,二陈汤中的同一化合物可调控不同的靶点,同一靶点可参与不同的信号通路及生物学过程,体现了二陈汤多靶点、多通路协同作用的特点。提示调节网络中的单个重要靶点或多个靶点,可实现对整个网络的调控,这为临床治疗冠心病提供了科学依据,为开展二陈汤后续临床疗效评价指标的筛选提供了方向,也为发掘中药二陈汤的潜在作用机制提供了新的思路。但是,因为本实验的网络药理学研究是基于生物信息学及大量数据库的计算得出的结果,后续将在此基础上进行进一步筛选和体内外实验验证,从而明确二陈汤的主要调控靶点。

参考文献(略) 

来  源:陈文娜,朱爱松,丛培玮,郭隽馥,王  丹,王俊岩. 基于网络药理学的二陈汤治疗冠心病分子机制研究 [J]. 中草药, 2019, 50(2):441-448.


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