姜云耀,劉 楠,胡曉梅,侯金才,劉建勛**
(1. 清華大學(xué)藥學(xué)院中藥研究院 北京 100084;2. 北京盈科瑞藥物安全有效性研究有限公司 北京 102206;3. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院 北京 100091;4. 京津冀聯(lián)創(chuàng)藥物研究(北京)有限公司 北京 100083)
原發(fā)免疫性血小板減少癥(Primary immune thrombocytopenia,ITP)以前又被稱(chēng)為“特發(fā)性血小板減少性紫癜”。導(dǎo)致血小板減少的原因有很多,機(jī)體對(duì)自身血小板抗原免疫失耐受是主要原因之一,也是ITP 發(fā)生的主要原因。骨髓巨核細(xì)胞成熟障礙是ITP發(fā)生的最常見(jiàn)表現(xiàn),臨床上也多表現(xiàn)出皮膚、黏膜、內(nèi)臟出血等癥狀,嚴(yán)重時(shí)可以直接危及到生命。目前,西方醫(yī)學(xué)尚未發(fā)現(xiàn)十分有效的ITP 治療方法,現(xiàn)有方法十分局限,且伴有較大的副作用。中醫(yī)藥治療ITP具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),因此應(yīng)當(dāng)加快相關(guān)研究進(jìn)展。中藥八珍湯由人參、當(dāng)歸、茯苓、甘草、川芎、白術(shù)、熟地黃、白芍8味藥材組成,具有益氣補(bǔ)血的功效,主治氣血兩虛證,在臨床上主要用于氣不攝血型ITP 的治療。金小洣[1]發(fā)現(xiàn)以益氣補(bǔ)血、養(yǎng)陰生精、涼血止血為法治療ITP 療效顯著,并用加味八珍湯治愈ITP,愈后隨訪未見(jiàn)復(fù)發(fā)。文鴻光等[2]以加味八珍湯聯(lián)合小劑量醋酸潑尼松片的方法治療ITP,明顯提高了患者血小板計(jì)數(shù),顯著提高了臨床療效,并改善患者的生活質(zhì)量。熊春琦[3]用八珍湯加味聯(lián)合激素成功治愈了36 例ITP 患者。八珍湯既有補(bǔ)氣又有補(bǔ)血的功效,研究表明八珍湯治療ITP 與抑制血小板聚集、增強(qiáng)機(jī)體造血功能和調(diào)節(jié)免疫功能等密切相關(guān)。但目前尚未有八珍湯治療ITP作用機(jī)制的相關(guān)報(bào)道。
中藥方劑在中國(guó)具有數(shù)千年的應(yīng)用歷史,是中醫(yī)整體觀的體現(xiàn),具有配伍的特點(diǎn)。隨著近年來(lái)對(duì)中藥方劑研究的不斷深入,其復(fù)雜的化學(xué)體系與機(jī)體復(fù)雜生物系統(tǒng)的相互作用成為當(dāng)前研究的重要課題[4]。生物網(wǎng)絡(luò)及多靶點(diǎn)的干預(yù)方法符合中藥方劑的作用特點(diǎn),運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的思想有助于對(duì)方劑復(fù)雜的化學(xué)體系和作用機(jī)制進(jìn)行理解。因此,從生物網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的角度揭示中藥方劑的作用奧秘,既符合中藥作用的整體理論,又符合中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究的研究思路[5]。為了從系統(tǒng)角度和分子水平闡明中藥,研究者建立了“網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo),多成分”模式的中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法,預(yù)測(cè)中藥的靶點(diǎn)和藥理作用,解釋中藥方劑的配伍規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)作用[6]。
本研究運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法從分子水平上闡述八珍湯化學(xué)成分與成分之間、成分與靶點(diǎn)之間、靶點(diǎn)與疾病之間的潛在聯(lián)系,探索成分、靶點(diǎn)、蛋白質(zhì)和疾病之間的相互作用關(guān)系[7],從而探討八珍湯治療ITP的作用機(jī)制,為進(jìn)一步明確ITP 的發(fā)生機(jī)制及八珍湯治療ITP的相關(guān)機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。
中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和分析平臺(tái)(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP)[8];Drugbank 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.drugbank.ca/)[9];Cytoscape 3.7.1 軟 件[10];OMIM 數(shù)據(jù)庫(kù)(Online Mendelian Inheritance in Man);TTD 數(shù)據(jù)庫(kù)(Therapeutic Targets Database)[11];GAD 數(shù) 據(jù) 庫(kù)(Genetic Association Database);GeneCards 數(shù)據(jù)庫(kù)[12];STRING 數(shù)據(jù)庫(kù) ;DAVID 數(shù)據(jù)庫(kù)(Database for Annotation,Visualization and Integrated Discovery)[13];KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)[14];Omicshare。
中藥八珍湯由人參、熟地黃、當(dāng)歸、甘草、川芎、白術(shù)、白芍、茯苓8 味藥組成。參照劉楠等[15]的方法,通過(guò)TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)和國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究收集上述8 味中藥的主要化學(xué)成分,同時(shí)設(shè)定口服生物利用度(OB)和類(lèi)藥性(DL)等相關(guān)參數(shù)對(duì)收集到的八珍湯的主要化學(xué)成分進(jìn)行篩選。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,參數(shù)設(shè)定條件為OB ≥30%和DL ≥0.18[16],篩選符合條件的化學(xué)成分,既而選取來(lái)源于Drugbank 數(shù)據(jù)庫(kù)的化學(xué)成分作用靶點(diǎn)信息,同時(shí)剔除非人源靶點(diǎn)。一些化合物如益母草苷、梓醇、阿魏酸、藁本內(nèi)酯、洋川芎內(nèi)酯I等雖然不滿足篩選條件,但是通過(guò)查閱文獻(xiàn)可知這些化合物在治療ITP 方面具有相關(guān)活性,所以將這些不滿足篩選條件的化合物也一并作為候選成分納入分析[17]。在設(shè)定OB、DL 作為篩選條件的基礎(chǔ)上又通過(guò)文獻(xiàn)查找的方式收集八珍湯化學(xué)成分,使得結(jié)果更全面。
ITP 的英文名稱(chēng)有 primary immune thrombocytopenia、idiopathic thrombocytopenic purpura、immune thrombocytopenic purpura 和 primary thrombocytopenic purpura。因此,以上述英文名稱(chēng)為關(guān)鍵詞分別在OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)、TTD數(shù)據(jù)庫(kù)、GAD數(shù)據(jù)庫(kù)和GeneCards數(shù)據(jù)庫(kù)查找ITP的相關(guān)靶點(diǎn)。
為了闡述八珍湯治療ITP 的作用機(jī)制,本文將八珍湯的作用靶點(diǎn)與預(yù)測(cè)得到的ITP 作用靶點(diǎn)進(jìn)行合并取其交集,共有靶點(diǎn)即認(rèn)為是八珍湯治療ITP 的相關(guān)靶點(diǎn)。然后將獲取的靶點(diǎn)上傳到STRING 數(shù)據(jù)庫(kù),構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò),分析核心靶點(diǎn)。
本文利用Cytoscape 3.7.1 軟件中的ClueGO 插件對(duì)八珍湯治療ITP 的相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行基因本體(GO)富集分析,選擇生物過(guò)程(biological process),設(shè)置P≤0.01。通過(guò)DAVID 在線分析工具實(shí)現(xiàn)對(duì)靶點(diǎn)的KEGG生物通路富集分析。通過(guò)KEGG數(shù)據(jù)尋找富集出來(lái)的生物通路,借助Omicshare獲取的KEGG生物通路富集分析結(jié)果繪制成氣泡圖。
利用 TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù),以 OB ≥30% 和 DL ≥ 0.18 為篩選條件從八珍湯各組成藥味中收集到了160個(gè)化合物。其中甘草的化學(xué)成分最多,有92個(gè);人參次之,有22 個(gè)成分;茯苓有15 個(gè)成分;白芍有13 個(gè)成分;白術(shù)有7個(gè)成分;川芎有7個(gè)成分;當(dāng)歸有2個(gè)成分;熟地黃有2 個(gè)成分。除上述成分之外,基于文獻(xiàn)研究我們了解到還有9 個(gè)化學(xué)成分具有廣泛藥理活性,但因不滿足OB 和DL 的篩選條件未被納入,此次也將它們作為候選化合物納入研究。例如阿魏酸在血小板聚集和血栓形成等方面具有顯著效果,同時(shí)還表現(xiàn)出了抗氧化、抗炎以及免疫調(diào)節(jié)等作用[18]。藁本內(nèi)酯在抗炎和免疫調(diào)節(jié)等方面也表現(xiàn)出了很好的藥理作用[19]。因此,共篩選得到169個(gè)八珍湯所含的化學(xué)成分,其中白芍 14 個(gè)、人參 23 個(gè)、甘草 92 個(gè)、茯苓 15 個(gè)、白術(shù) 7 個(gè)、川芎7 個(gè)、當(dāng)歸6 個(gè)、熟地黃5 個(gè)。刪除重復(fù)后共獲得159個(gè)成分。
利用TCMSP 分析平臺(tái),對(duì)從八珍湯中篩選出的159 個(gè)化合物進(jìn)行來(lái)源于Drugbank 數(shù)據(jù)庫(kù)的靶點(diǎn)預(yù)測(cè),其中芍藥苷、黃甘草苷、苯甲酰芍藥苷等28個(gè)化合物在該數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有靶點(diǎn)。總共獲得了八珍湯中131個(gè)化合物的靶點(diǎn),靶點(diǎn)總數(shù)為1823 個(gè)。其中,白芍99個(gè)、人參 204 個(gè)、甘草 1272 個(gè)、茯苓 28 個(gè)、白術(shù) 20 個(gè)、川芎36 個(gè)、當(dāng)歸106 個(gè)、熟地黃58 個(gè)。去除重復(fù)后總共得到146個(gè)靶點(diǎn)。
以八珍湯中篩選出的化合物和靶點(diǎn)為基礎(chǔ)建立成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖(圖1)。該網(wǎng)絡(luò)包含277 個(gè)節(jié)點(diǎn)和1823條邊,131個(gè)化合物的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度中位數(shù)為11,表明大多數(shù)化合物影響多個(gè)靶點(diǎn)。其中山奈酚、豆甾醇、β-谷甾醇和槲皮素的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度分別為118、87、84和70,它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中處于核心位置。因此,山奈酚、豆甾醇、β-谷甾醇和槲皮素可能是八珍湯關(guān)鍵的多效活性成分。
以ITP 各英文名稱(chēng)為關(guān)鍵詞分別在OMIM 數(shù)據(jù)庫(kù)、TTD 數(shù)據(jù)庫(kù)、GAD 數(shù)據(jù)庫(kù)和 GeneCards 數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索,在OMIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到6 個(gè)ITP 相關(guān)靶點(diǎn),在 TTD 數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到 4 個(gè) ITP 相關(guān)靶點(diǎn),在 GAD 數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到18 個(gè)ITP 相關(guān)靶點(diǎn),在GeneCards 數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到303 個(gè)ITP 相關(guān)靶點(diǎn),刪除重復(fù)后總共得到306個(gè)ITP相關(guān)靶點(diǎn)(圖2)。
圖1 八珍湯的成分-預(yù)測(cè)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)
將八珍湯的作用靶點(diǎn)與預(yù)測(cè)得到的ITP 作用靶點(diǎn)進(jìn)行合并取其交集后共獲得21個(gè)靶點(diǎn),分別為BCL2、CCL2、F3、F7、HMGCR、IFNG、IGHG1、IL1B、IL2、IL6、KDR、MPO、NOS3、NR3C1、PLAT、PPARG、PTGS2、PTGS2、SELE、THBD、TNF、VEGFA(圖3)。
為了進(jìn)一步闡述八珍湯治療ITP 的作用機(jī)制,本文利用Cytoscape 3.7.1 軟件中的ClueGO 插件對(duì)八珍湯治療ITP 的相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行生物過(guò)程的富集分析。以P<0.01 為條件進(jìn)行篩選,富集到114 個(gè)生物過(guò)程(圖4)。圖中每個(gè)圓點(diǎn)都代表一個(gè)生物過(guò)程,用圓點(diǎn)大小表示P值的大小,圓點(diǎn)越大說(shuō)明P值越小。其中positive regulation of vitamin metabolic process、positive regulation of endocytosis、regulation of endothelial cell proliferation、positive regulation of leukocyte cell-cell adhesion 和response to glucocorticoid 富集程度顯著。應(yīng)用DAVID 分析工具對(duì)相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG 富集分析,篩選得到P<0.05 的 KEGG 通路 34 條,選擇前 20 條通路構(gòu)建氣泡圖(圖5)。圖中圓點(diǎn)的顏色和大小反映了與通路相關(guān)聯(lián)的基因數(shù)量及P值,P值越小顏色越偏于紅色,相關(guān)聯(lián)基因的數(shù)量越多圓點(diǎn)則越大。結(jié)果顯示,八珍湯治療ITP 的機(jī)制主要涉及TNF signaling pathway、HIF-1 signaling pathway、NOD-like receptor signaling pathway 和 VEGF signaling pathway 等 通 路 。八珍湯治療ITP 相關(guān)靶點(diǎn)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)(圖6)中紅色的點(diǎn)為T(mén)NF信號(hào)通路相關(guān)的靶點(diǎn)。
圖2 ITP相關(guān)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖
圖4 八珍湯治療ITP候選靶點(diǎn)的GO富集
ITP 是最常見(jiàn)的自身免疫性血細(xì)胞減少癥,其特征在于短暫或持續(xù)減少的血小板計(jì)數(shù)[20,21]。ITP 的發(fā)生源于抗血小板自身抗體的產(chǎn)生導(dǎo)致網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)特別是脾中的血小板破壞[22]。ITP患者伴有瘀傷,皮膚出血和不常發(fā)生的嚴(yán)重出血(包括顱內(nèi)出血)[23]。此外,ITP 患者的生活質(zhì)量因身體癥狀、心理癥狀、恐懼、社交活動(dòng)減少和工作能力下降而惡化[24]。新診斷的ITP 患者的標(biāo)準(zhǔn)療法是止血和通過(guò)藥物增加血小板計(jì)數(shù),但這些藥物往往具有嚴(yán)重的副作用[25]。考慮到高昂的治療費(fèi)用,ITP 患者將面臨巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),特別是患有嚴(yán)重疾病的患者[26]。從中醫(yī)理論解釋?zhuān)琁TP是一種因脾不統(tǒng)血而引起血溢脈外的疾病,臨床表現(xiàn)為血熱妄行、氣不攝血、陽(yáng)虛火旺、瘀血阻絡(luò)等,治療方法一般包括清熱涼血、健脾益氣、滋陰清熱、活血通絡(luò)等[27]。八珍湯、歸脾湯等中藥是中醫(yī)臨床治療ITP 的常用方劑。八珍湯具有氣血雙補(bǔ)的功效,研究表明八珍湯具有抑制血小板聚集、增強(qiáng)機(jī)體造血功能的作用,并可以通過(guò)調(diào)節(jié)免疫功能發(fā)揮治療ITP的作用[28]。
本研究運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法探討八珍湯治療ITP的可能作用機(jī)制。首先通過(guò)TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)和文獻(xiàn)報(bào)道從八珍湯配伍中藥人參、茯苓、白術(shù)、甘草、當(dāng)歸、川芎、白芍和熟地黃中總共篩選出159 個(gè)化學(xué)成分進(jìn)行靶點(diǎn)預(yù)測(cè)分析,總共得到146 個(gè)靶點(diǎn)。TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)是中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中常用的工具之一,其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于可通過(guò)ADME 參數(shù)對(duì)中草藥所含化學(xué)成分進(jìn)行篩選,提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。但也有一定的局限性,如在以O(shè)B 和DL 為條件進(jìn)行成分篩選時(shí),一些被納入的成分在治療相關(guān)疾病方面可能不具有相關(guān)活性,而還有一些具有相關(guān)藥理作用的成分由于不滿足篩選條件而沒(méi)有被納入,這時(shí)就應(yīng)該通過(guò)查閱文獻(xiàn)的方式手動(dòng)將這些成分納入。在本研究中阿魏酸、藁本內(nèi)酯等9個(gè)化合物即為具有相關(guān)藥理活性但不滿足篩選條件而手動(dòng)納入的成分。在八珍湯的作用靶點(diǎn)分析中,雖然預(yù)測(cè)得到的各化學(xué)成分靶點(diǎn)數(shù)量不同,但有些成分靶點(diǎn)的重疊程度卻很大,也就是說(shuō)八珍湯中的各成分具有共同或相似的靶點(diǎn),起到協(xié)同增效的作用。在成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),八珍湯的131個(gè)化合物的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度中位數(shù)為11,說(shuō)明大多數(shù)化合物都具有多重靶點(diǎn)。其中山奈酚、豆甾醇、β-谷甾醇和槲皮素的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度最高,它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中處于核心位置。因此,它們可能是八珍湯關(guān)鍵的多效活性成分。
圖5 八珍湯治療ITP候選靶點(diǎn)的KEGG通路富集
圖6 八珍湯治療ITP相關(guān)靶點(diǎn)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)
為了揭示八珍湯治療ITP 的作用機(jī)制,將八珍湯作用靶點(diǎn)與ITP 相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行合并取其交集,即為八珍湯治療ITP 的相關(guān)靶點(diǎn)。通過(guò)對(duì)八珍湯治療ITP 相關(guān)靶點(diǎn)的基因功能和KEGG 生物通路的富集分析,得到八珍湯治療ITP相關(guān)靶點(diǎn)主要涉及的生物過(guò)程和相關(guān)生物通路的信息。八珍湯治療ITP主要涉及內(nèi)吞作用的正調(diào)控、內(nèi)皮細(xì)胞增殖的調(diào)控、白細(xì)胞粘附的正調(diào)控、維生素代謝過(guò)程的正調(diào)控和糖皮質(zhì)激素的應(yīng)答等生物過(guò)程,在生物通路方面主要包括TNF 信號(hào)通路、NOD 樣受體信號(hào)通路、HIF-1 信號(hào)通路、VEGF 信號(hào)通路等。此外,單純性皰疹感染、麻疹、Toll 樣受體信號(hào)通路、T 細(xì)胞受體信號(hào)通路等也被顯著富集。盧檸[29]的研究發(fā)現(xiàn),ITP 患者外周血中的TNF-α明顯高于正常組,在經(jīng)過(guò)治療后TNF-α顯著下降,說(shuō)明TNF-α參與了ITP 的發(fā)病機(jī)制。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,皰疹類(lèi)病毒、麻疹病毒、肝炎病毒、人類(lèi)微小病毒B19 等也與ITP 的發(fā)生具有密切關(guān)聯(lián)[30]。王藝超等[31]對(duì)ITP 患者和正常人的脾巨噬細(xì)胞通過(guò)高通量基因芯片技術(shù)進(jìn)行基因表達(dá)的分析,并對(duì)患者的差異表達(dá)基因進(jìn)行生物通路分析,研究結(jié)果顯示Toll 樣受體信號(hào)通路、T 細(xì)胞受體通路等為主要通路。張雪皎[32]通過(guò)對(duì)ITP 患者細(xì)胞因子的研究發(fā)現(xiàn),趨化因子信號(hào)通路JAK-STAT 信號(hào)通路、Toll 樣受體信號(hào)通路、MAPK 信號(hào)通路的改變與疾病的發(fā)生有關(guān)。徐顏美[33]對(duì)漢族人群ITP 患者進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)JAK-STAT信號(hào)通路、癌癥通路等與ITP 的發(fā)生有關(guān)。隨濤等[34]通過(guò)篩選ITP 患者血漿差異microRNA,并對(duì)靶基因進(jìn)行富集分析發(fā)現(xiàn),ITP 與鈣離子信號(hào)通路、MAPK 信號(hào)通路、GnRH 信號(hào)通路等密切相關(guān)。曾艷等[35]通過(guò)對(duì)比研究ITP 患者和健康人Treg 細(xì)胞microRNA 的表達(dá),發(fā)現(xiàn)ITP 與MAPK 信號(hào)通路、代謝通路、鈣離子信號(hào)通路和T 細(xì)胞受體通路等相關(guān)。在八珍湯治療ITP 相關(guān)靶點(diǎn)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)中,TNF、IL6、SELE、CCL2、IL1B 和PTGS2 這6 個(gè)TNF 信號(hào)通路相關(guān)靶點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中處于核心位置,說(shuō)明TNF 信號(hào)通路可能是八珍湯治療ITP的關(guān)鍵機(jī)制。
本研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法研究八珍湯治療ITP 的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)八珍湯可能通過(guò)內(nèi)吞作用的正調(diào)控、內(nèi)皮細(xì)胞增殖的調(diào)控、白細(xì)胞粘附的正調(diào)控、維生素代謝過(guò)程的正調(diào)控和糖皮質(zhì)激素的應(yīng)答等生物過(guò)程發(fā)揮治療ITP 的作用;其作用機(jī)制可能與TNF 信號(hào)通路、NOD 樣受體信號(hào)通路、HIF-1 信號(hào)通路、Toll樣受體信號(hào)通路癌癥通路、T 細(xì)胞受體信號(hào)通路和VEGF 信號(hào)通路等有關(guān),其中TNF 信號(hào)通路可能是八珍湯治療ITP 的關(guān)鍵機(jī)制。在八珍湯眾多化學(xué)成分之中,山奈酚、豆甾醇、β-谷甾醇和槲皮素可能是其發(fā)揮治療ITP作用的關(guān)鍵多效活性成分。