唐標(biāo) 唐文靜 鄧常清

摘要：目的? 采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法探討黃芪和三七主要有效成分配伍抗缺血性腦損傷作用機(jī)制，為成分篩選提供參考。方法? 文獻(xiàn)檢索結(jié)合前期研究確定黃芪和三七抗缺血性腦損傷主要有效成分，通過(guò)DRAR-CPI數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)有效成分作用靶點(diǎn)，多數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合檢索腦缺血相關(guān)疾病靶點(diǎn)。采用Cytoscape3.2.1軟件構(gòu)建有效成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、作用靶點(diǎn)蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)及疾病靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)，交叉融合并篩選核心靶點(diǎn)。利用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)核心靶點(diǎn)進(jìn)行生物過(guò)程和信號(hào)通路富集分析。結(jié)果? 篩選出的194個(gè)核心靶點(diǎn)主要關(guān)聯(lián)腦缺血凋亡、自噬、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的保護(hù)作用、血管新生及炎癥反應(yīng)等多個(gè)過(guò)程。此外，靶點(diǎn)參與了腦缺血中PI3K-Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路、血管新生途徑及多種炎癥反應(yīng)途徑。結(jié)論? 上述生物過(guò)程和通路介導(dǎo)了黃芪和三七主要有效成分抗缺血性腦損傷的潛在機(jī)制，可為成分篩選提供參考。

關(guān)鍵詞：黃芪;三七;腦缺血;網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);靶點(diǎn);信號(hào)通路

中圖分類號(hào)：R277.73;R285??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：1005-5304（2019）07-0109-05

Abstract： Objective To discuss the mechanism of compatibility of main active components of Astragali Radix and Notoginseng Radix et Rhizoma on cerebral ischemic injury through network pharmacology. Methods Main active components of Astragali Radix and Notoginseng Radix et Rhizoma for the treatment of cerebral ischemic injury were determined through literature search combined with preliminary experimental research. Through the DRAR-CPI database， main active components were predicted and collected， and the targets were associated with cerebral ischemia. In addition， targets for cerebral ischemia-related diseases were retrieved and collected by multiple data bases. Cytoscape 3.2.1 software was used to construct the active component-target network， target protein-protein interaction network and disease-related target protein-protein interaction network， and the two protein networkswere under cross-fusion and screening. The DAVID database was used to analyze the biological processes and pathways of core targets to predict the mechanism of action. Results The screened 194 core targets showed that the targets were associated with apoptosis， autophagy， neurotrophic factor protection， angiogenesis and inflammatory response. Furthermore， the targets were involved in PI3K-Akt signaling pathway， MAPK signaling pathway， neurotrophin signaling pathway， angiogenesis pathway， inflammatory response pathway of cerebral ischemia. Conclusion These biological processes and pathways mediated the underlying mechanisms of the main active components of Astragali Radix and Notoginseng Radix et Rhizoma against cerebral ischemic injury.

Keywords： Astragali Radix; Notoginseng Radix et Rhizoma; cerebral ischemia; network pharmacology; targets; signaling pathways

臨床上，腦卒中以缺血性腦卒中最為常見(jiàn)。黃芪和三七是治療心腦血管疾病的常用有效中藥，黃芪具有補(bǔ)氣升陽(yáng)作用，三七具有活血散瘀、消腫定痛功效，二者常配伍使用。實(shí)驗(yàn)研究表明，黃芪甲苷是黃芪中具有心腦血管效應(yīng)的主要藥效組分，三七總皂苷是三七中具有心腦血管效應(yīng)的主要藥效組分，主要含人參皂苷Rb1、人參皂苷Rg1、和三七皂苷R1，黃芪甲苷和三七總皂苷均有明顯改善腦缺血損傷作用[1-2]。前期研究我們采用中藥組分配伍模式，研究了黃芪甲苷與三七中的人參皂苷Rb1、人參皂苷Rg1和三七皂苷R1配伍的協(xié)同增效作用，發(fā)現(xiàn)配伍后可通過(guò)腦缺血后的多個(gè)病理生理環(huán)節(jié)，協(xié)同對(duì)抗缺血性腦損傷[3-7]。為進(jìn)一步揭示黃芪和三七主要有效成分配伍協(xié)同抗腦缺血損傷作用機(jī)制，本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理方法，從分子作用網(wǎng)絡(luò)探討黃芪和三七有效成分配伍抗缺血性腦損傷作用靶點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)通路，為成分篩選提供參考。

1? 資料與方法

1.1? 主要有效成分選擇

結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道和課題組前期研究，選擇黃芪和三七中具有抗缺血性腦損傷作用的主要有效成分黃芪甲苷、人參皂苷Rb1、人參皂苷Rg1、三七皂苷R1為網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析的候選有效成分，通過(guò)Pub Chem（有機(jī)小分子生物活性數(shù)據(jù)庫(kù)，http：//pubchem.ncbi. nlm.nih.gov）檢索有效成分，收集結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息，建立有效成分?jǐn)?shù)據(jù)集。

1.2? 有效成分作用靶點(diǎn)預(yù)測(cè)與疾病靶點(diǎn)收集

DRAR-CPI數(shù)據(jù)庫(kù)是以CPI（chemical-protein interactome）為方法學(xué)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以小分子為研究對(duì)象，基本涵蓋全部上市藥物和全部的人類可藥性蛋白，得到一系列靶藥結(jié)合強(qiáng)度的矩陣并形成一個(gè)結(jié)合譜，用于尋找小分子和FDA所批準(zhǔn)藥物間的相似性，進(jìn)而挖掘“藥物-藥靶”關(guān)系，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)計(jì)算輸入化合物與數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白的對(duì)接情況，預(yù)測(cè)能與化合物相互作用的靶蛋白。通過(guò)DRAR-CPI數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//cpi.bio-x.cn/drar/）基于反向分子對(duì)接方法預(yù)測(cè)有效成分的作用靶點(diǎn)，在線輸入分子結(jié)構(gòu)后收集和建立作用靶點(diǎn)數(shù)據(jù)集。將預(yù)測(cè)到的作用靶點(diǎn)輸入DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//david.ncifcrf.gov/），通過(guò)輸入靶基因名稱列表并限定物種為人，并將所有靶基因名稱校正為其官方名稱，設(shè)定閾值P<0.05進(jìn)行GO生物學(xué)過(guò)程富集初步分析和KEGG代謝通路富集初步分析，分析作用靶點(diǎn)的潛在作用。通過(guò)TTD（http：// bidd.nus.edu.sg/group/cjttd/）、Drugbank（https：//www. drugbank.ca/）、OMIM（http：//www.omim.org/）、CTD（http：//ctdbase.org/）聯(lián)合檢索腦缺血疾病相關(guān)靶點(diǎn)，檢索詞為“Brain Ischemia”或“Cerebral Infarction”或“Hypoxia- Ischemia， Brain”或“Cerebral ischemia”，其中TTD數(shù)據(jù)檢索到18個(gè)靶點(diǎn)，Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到12個(gè)靶點(diǎn)，OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到82個(gè)靶點(diǎn)，CTD數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的靶點(diǎn)95個(gè)。去除重復(fù)靶點(diǎn)，導(dǎo)入U(xiǎn)niprot（http：// www.Uniprot.org/），通過(guò)輸入靶基因名稱列表并限定物種為人，剔除非人源靶點(diǎn)，并將所有靶基因名稱校正為其官方名稱，建立疾病相關(guān)靶點(diǎn)數(shù)據(jù)集。

1.3? 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

采用Cytoscape3.2.1軟件構(gòu)建有效成分-作用靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。利用Cytoscape插件Bisogenet3.0.0，根據(jù)Bisogenet中的蛋白相互作用（PPI）數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建作用靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)和疾病靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)，輸入靶基因名稱列表并限定物種為人，數(shù)據(jù)設(shè)置選擇蛋白與蛋白的相互作用，方法選擇輸入所有節(jié)點(diǎn)和所有的鄰居，輸出選擇基因。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)鋵W(xué)特征通過(guò)Cytoscape的插件CytoNCA計(jì)算參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，參數(shù)分別為度中心性（DC）、中間中心性（BC）、接近中心性（CC），這3個(gè)參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性的核心參數(shù)，值越大說(shuō)明節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中越接近網(wǎng)絡(luò)中心位置。參照文獻(xiàn)[8]篩選方法，以DC、BC和CC對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選。

1.4? 靶點(diǎn)的生物過(guò)程和通路富集分析

基因富集分析是指將基因按照先驗(yàn)知識(shí)，按照基因組注釋信息進(jìn)行分類。采用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)篩選出的核心靶點(diǎn)進(jìn)行基因的生物學(xué)過(guò)程和代謝通路的初步富集分析[9]。通過(guò)基因的富集分析預(yù)測(cè)有效成分配伍抗缺血性腦損傷的可能機(jī)制。

2? 結(jié)果

2.1? 靶點(diǎn)預(yù)測(cè)與收集

通過(guò)DRAR-CPI數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)4種有效成分靶點(diǎn)，共收集到80個(gè)靶點(diǎn)，其中黃芪甲苷的作用靶點(diǎn)66個(gè)，人參皂苷Rb1作用靶點(diǎn)5個(gè)，人參皂苷Rg1的作用靶點(diǎn)34個(gè)，三七皂苷R1的作用靶點(diǎn)24個(gè)。利用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)作用靶點(diǎn)進(jìn)行基因的生物學(xué)過(guò)程和代謝通路的初步富集分析，結(jié)果表明，靶點(diǎn)參與的主要生物過(guò)程中凋亡的調(diào)控（10個(gè)，13.5%）和氧化還原反應(yīng)（9個(gè)基因，12.1%）為缺血性腦損傷的核心過(guò)程。另外預(yù)測(cè)靶點(diǎn)主要參與的與腦缺血有關(guān)的通路為代謝通路、MAPK信號(hào)通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路、cAMP信號(hào)通路、mTOR信號(hào)通路、TNF信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路、AMPK信號(hào)通路及凋亡途徑。富集分析結(jié)果表明，預(yù)測(cè)靶點(diǎn)與腦缺血密切關(guān)聯(lián)，有潛在抗缺血性腦損傷作用。此外，通過(guò)多數(shù)據(jù)聯(lián)合關(guān)鍵詞檢索的方式檢索到腦缺血疾病相關(guān)靶點(diǎn)，包括TTD數(shù)據(jù)庫(kù)18個(gè)、Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)12個(gè)、OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)82個(gè)，CTD數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的95個(gè)靶點(diǎn)。剔重后得到腦缺血相關(guān)靶點(diǎn)199個(gè)。

2.2? 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

構(gòu)建的有效成分-作用靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)包含84個(gè)節(jié)點(diǎn)、129條邊，見(jiàn)圖1?？梢?jiàn)1個(gè)活性成分可作用于多個(gè)靶點(diǎn)，多個(gè)活性成分可作用于同一靶點(diǎn)，體現(xiàn)了有效成分多靶點(diǎn)的協(xié)同作用特點(diǎn)。

構(gòu)建作用靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)和疾病靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)。80個(gè)作用靶點(diǎn)生成的PPI網(wǎng)絡(luò)包含2963個(gè)節(jié)點(diǎn)、64 362條邊。199個(gè)疾病靶點(diǎn)生成的PPI網(wǎng)絡(luò)包含4348個(gè)節(jié)點(diǎn)、102 093條邊。采用Cytoscape的融合工具對(duì)2個(gè)PPI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交叉融合，篩選共有網(wǎng)絡(luò)，得到的共有網(wǎng)絡(luò)包含1723個(gè)節(jié)點(diǎn)、43 979條邊。采用CytoNCA計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的DC、BC和CC值并進(jìn)行2次篩選。第一次以DC>68（2倍中位數(shù)）作為篩選指標(biāo)，得到的初篩網(wǎng)絡(luò)包含410個(gè)節(jié)點(diǎn)、15 215條邊。采用DC>66.5、BC>0.001 22、CC>0.543 161進(jìn)行第二次篩選，得到的核心網(wǎng)絡(luò)包含194個(gè)節(jié)點(diǎn)、6105條邊，194個(gè)靶點(diǎn)即為黃芪和三七主要有效成分配伍抗缺血性腦損傷的核心靶點(diǎn)。

2.3? 靶點(diǎn)生物過(guò)程和通路富集分析

初步富集分析結(jié)果表明，靶點(diǎn)參與的生物過(guò)程為RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子的調(diào)控、凋亡的調(diào)控、基因表達(dá)、細(xì)胞黏附、蛋白磷酸化調(diào)控、蛋白泛素化調(diào)控、MAPK復(fù)合物調(diào)控、NF-κB信號(hào)通路調(diào)控、ERK1和ERK2復(fù)合物調(diào)控、自噬調(diào)控、Wnt信號(hào)通路調(diào)控、Toll樣受體信號(hào)通路調(diào)控、JNK復(fù)合物調(diào)控（見(jiàn)圖2A）。其中凋亡、自噬均為腦缺血損傷的關(guān)鍵過(guò)程[10]，MAPK、ERK、Wnt、Toll樣受體和NF-κB信號(hào)通路為腦缺血損傷中的關(guān)鍵通路[11]。此外，靶點(diǎn)主要參與了PI3K-Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路、泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解通路、ErbB信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路、cAMP信號(hào)通路、TGF-β信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路、NOD樣受體信號(hào)通路、Wnt信號(hào)通路、NF-κB信號(hào)通路和凋亡途徑（見(jiàn)圖2B）。通路富集具體結(jié)果見(jiàn)表1。在這些通路中，PI3K-Akt信號(hào)通路和MAPK信號(hào)通路為腦缺血的核心通路，可調(diào)控腦缺血的多個(gè)過(guò)程，如氧化應(yīng)激、自噬、凋亡、炎癥反應(yīng)[12];神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路和ErbB信號(hào)通路主要調(diào)節(jié)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)腦缺血的保護(hù)作用[13];TGF-β信號(hào)通路有抗氧化、阻止細(xì)胞凋亡、促進(jìn)腦缺血組織修復(fù)的多種作用;Toll樣受體信號(hào)通路、NOD樣受體信號(hào)通路和NF-κB信號(hào)通路為腦缺血中重要炎癥反應(yīng)通路[14];HIF-1信號(hào)通路和Wnt信號(hào)通路主要調(diào)節(jié)腦缺血中血管新生[15]。綜合富集分析結(jié)果，預(yù)測(cè)黃芪和三七有效成分配伍抗缺血性腦損傷的機(jī)制主要為：①黃芪和三七有效成分配伍通過(guò)調(diào)控包括凋亡和自噬在內(nèi)的多種細(xì)胞死亡方式、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的保護(hù)作用、血管新生、炎癥反應(yīng)發(fā)揮對(duì)缺血性腦損傷的保護(hù)作用;②PI3K-Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路、血管新生途徑，以及包括Toll樣受體信號(hào)通路、NOD樣受體信號(hào)通路和NF-κB信號(hào)通路在內(nèi)的炎癥反應(yīng)途徑介導(dǎo)了黃芪和三七有效成分配伍的抗缺血性腦損傷潛在機(jī)制。

3? 討論

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)整合了系統(tǒng)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、多向量藥理學(xué)、網(wǎng)絡(luò)分析等學(xué)科技術(shù)，從整體角度揭示藥物與疾病的關(guān)聯(lián)，為中藥作用的多靶點(diǎn)、多途徑效應(yīng)提供了可量化數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于單味藥多成分或復(fù)方作用機(jī)制及有效成分配伍研究。

本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法對(duì)黃芪和三七的4種有效成分進(jìn)行靶點(diǎn)預(yù)測(cè)，共收集到80個(gè)作用靶點(diǎn)，靶點(diǎn)的初步富集分析表明靶點(diǎn)與腦缺血密切關(guān)聯(lián)，且在有效成分和作用靶點(diǎn)的對(duì)應(yīng)中，存在1種有效成分對(duì)應(yīng)多靶點(diǎn)、同一靶點(diǎn)對(duì)應(yīng)多種有效成分的現(xiàn)象，體現(xiàn)了黃芪和三七有效成分配伍的多靶點(diǎn)協(xié)同作用機(jī)制，在一定程度上揭示了二者配伍的科學(xué)內(nèi)涵。此外，通過(guò)多數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合檢索收集到腦缺血的199個(gè)疾病靶點(diǎn)，采用Bisogenet構(gòu)建作用靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)和疾病靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)2個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交叉融合篩選出共有網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)篩選方法對(duì)共有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兩次篩選，篩選出核心網(wǎng)絡(luò)，得到黃芪和三七有效成分配伍抗腦缺血的194個(gè)核心靶點(diǎn)。利用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)核心靶點(diǎn)進(jìn)行基因的生物學(xué)過(guò)程和代謝通路的初步富集分析，通過(guò)文獻(xiàn)檢索分析結(jié)果與腦缺血的關(guān)聯(lián)性，預(yù)測(cè)黃芪和三七有效成分配伍抗缺血性腦損傷的可能機(jī)制主要為：①調(diào)控腦缺血中包括凋亡和自噬在內(nèi)的多種細(xì)胞死亡方式、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的保護(hù)作用、血管新生、炎癥反應(yīng);②調(diào)控腦缺血中的PI3K-Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路、血管新生途徑及多種炎癥反應(yīng)途徑。

目前認(rèn)為，缺血性腦損傷的病理機(jī)制復(fù)雜，涉及多種生物活性分子及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如活性氧大爆發(fā)、一氧化氮生物利用率減少、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、炎癥、細(xì)胞凋亡及自噬等。前期研究表明，黃芪和三七主要有效成分配伍可通過(guò)NF-κB信號(hào)通路抑制炎癥和凋亡[5]，通過(guò)PI3KⅠ/Akt/mTOR通路調(diào)控腦缺血自噬過(guò)程[16]，這與預(yù)測(cè)結(jié)果相符，為本研究預(yù)測(cè)機(jī)制提供了數(shù)據(jù)參考，也表明預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確。此外，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，炎癥反應(yīng)調(diào)控是預(yù)測(cè)機(jī)制的核心，而炎癥反應(yīng)在腦缺血的發(fā)生發(fā)展中也起到重要作用，炎癥反應(yīng)參與腦缺血的病理生理學(xué)過(guò)程，并在腦缺血中起“雙刃劍”作用，在缺血早期加重缺血性腦損傷，又參與組織的修復(fù)和再生。研究表明，腦缺血中神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞死亡的炎癥機(jī)制，主要是NOD樣受體信號(hào)通路中的炎癥小體介導(dǎo)，且炎癥小體通路接受NF-κB和MAPK通路的調(diào)控，實(shí)驗(yàn)研究表明，在腦缺血中，炎癥小體各組成蛋白表達(dá)增加，炎癥小體活化產(chǎn)物Caspase-1、白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-18水平升高，且NF-κB和MAPK通路介導(dǎo)腦缺血中炎癥小體的活化，抑制NF-κB和MAPK通路及炎癥小體均可減少腦缺血損傷[17-18]。腦缺血中NF-κB和MAPK通路介導(dǎo)的炎癥小體活化可能為黃芪和三七主要有效成分配伍抗腦缺血損傷的重要機(jī)制。但黃芪和三七主要有效成分配伍對(duì)腦缺血中核心過(guò)程和通路的調(diào)節(jié)作用，還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證。

綜上，基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析黃芪和三七有效成分配伍抗缺血性腦損傷的作用機(jī)制，預(yù)測(cè)了核心靶點(diǎn)及其可能的作用機(jī)制，初步揭示了黃芪和三七有效成分配伍抗缺血性腦損傷的多靶點(diǎn)-多途徑作用特點(diǎn)，可為進(jìn)一步深入研究其作用機(jī)制及成分篩選提供參考。

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