賈彩霞 陳建新 高闊 李京忠 張飛龍 王金平 王偉 趙慧輝

摘要 目的：采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法對川芎治療心力衰竭的機(jī)制進(jìn)行分析，為深入研究川芎在心力衰竭方面的作用奠定基礎(chǔ)。方法：根據(jù)Therapeutic Target Database（TTD）、Online Mendelian Inheritance in Man（OMIM）、中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫（TCMSP）檢索關(guān)于心力衰竭的靶點(diǎn)，在中醫(yī)藥綜合數(shù)據(jù)庫（Symmap）中搜索關(guān)于心力衰竭胸脅刺痛癥狀的靶點(diǎn)，并結(jié)合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點(diǎn)，獲得心力衰竭及胸脅刺痛癥狀的人源靶點(diǎn)，并與Symmap查詢的川芎OB值≥30化學(xué)成分所對應(yīng)的人源靶點(diǎn)進(jìn)行映射，進(jìn)一步篩選活性成分。利用String數(shù)據(jù)庫和Cytoscape 3.2.1軟件將得到的川芎治療心力衰竭的靶點(diǎn)構(gòu)造PPI網(wǎng)絡(luò)分析，采用The Database for Annotation，Visualization and Integrated Discovery（DAVID）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通路分析，并通過Cytoscape 3.2.1軟件構(gòu)建中藥-靶點(diǎn)-成分網(wǎng)絡(luò)圖。結(jié)果：得到川芎治療心力衰竭的靶點(diǎn)共12個(gè)，心力衰竭胸脅刺痛的靶點(diǎn)1個(gè)，川芎治療心力衰竭對應(yīng)的化學(xué)成分47個(gè)，12個(gè)靶點(diǎn)應(yīng)用DAVID數(shù)據(jù)庫進(jìn)行KEGG通路分析，得到川芎治療心力衰竭相關(guān)通路29個(gè)。結(jié)論：川芎通過抑制炎性反應(yīng)、調(diào)控細(xì)胞凋亡、改善血管收縮功能等來改善心功能，治療心力衰竭。

關(guān)鍵詞? 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);川芎;心力衰竭;機(jī)制

Network Pharmacology Study of Sichuan Lovage Rhizome on Heart Failure

JIA Caixia1，CHEN Jianxin1，GAO Kuo2，LI Jingzhong1，ZHANG Feilong1，WANG Jinping3，WANG Wei1，ZHAO Huihui1

（1 Beijing university of Chinese medicine， Beijing 1000029， China; 2 Dongfang hospital of Beijing university of traditional Chinese medicine， Beijing 1000078， China; 3 China-Japan Friendship Hospital， Beijing 1000029， China）

Abstract Objective：The mechanism of intervention of Sichuan lovage rhizome on heart failure was discussed by using network pharmacology， which laid a foundation for further study on the role of Sichuan lovage rhizome in heart failure.Methods：According to Therapeutic Target Database （TTD）， Online Mendelian Inheritance in Man （OMIM）and Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform （TCMSP）， the targets of heart failure were retrieved， Comprehensive database of traditional Chinese medicine （Symmap） were used to search for the targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， then， Uniprot database was used to exclude the non-human targets.Next，the human targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms were obtained， mapping the human target corresponding to the chemical composition of Sichuan lovage rhizome OB value ≥30 inquired by Symmap，to further screening the active ingredients.PPI network analysis was constructed by String database and Cytoscape 3.2.1 software.Pathway analysis was carried out by The Database for Annotation， Visualization and Integrated Discovery （DAVID）， and network diagram of TCM-target-component was constructed by Cytoscape 3.2.1software.Results：Twelve targets of Sichuan lovage rhizome for heart failure， one target for thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， 47 corresponding ingredients of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.12 targets were analyzed by KEGG pathway using DAVID database， and 29 related pathways of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.Conclusion：Sichuan lovage rhizome can improve cardiac function and treat heart failure by inhibiting inflammation， regulating apoptosis and improving vasoconstriction function.

Keywords Network pharmacology; Sichuan lovage rhizome; Heart failure; Mechanism

中圖分類號：R285;R242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.08.001

心力衰竭（Heart Failure，HF）是一種由于心臟結(jié)構(gòu)或功能引起的臨床綜合征，是各種心臟疾病的終末階段，常伴有胸脅刺痛的癥狀。大約有1%～3%的成年人被診斷出患有心臟病，五分之一的人在他們的一生中會發(fā)展成為HF，且發(fā)病率隨著年齡的增長而增加[1]。HF患者預(yù)后較差，急性心力衰竭住院死亡率為10%，出院后1年內(nèi)死亡率為20%～40%，1個(gè)月內(nèi)再入院死亡率為20%～25%[2]。該病已成為21世紀(jì)最重要的心血管疾病之一[3]。西醫(yī)多用強(qiáng)心、利尿等藥物為主治療HF，取得了一定的療效，但還沒有藥物被證明最終可以降低其發(fā)病率或死亡率。中醫(yī)藥作為中華民族的瑰寶，對HF的治療具有獨(dú)特的作用，臨床試驗(yàn)也表明許多中藥可以緩解HF的癥狀，提高生命質(zhì)量，改善運(yùn)動耐受力。血瘀可引起水停心下，引發(fā)心悸、水腫等，川芎辛溫，歸肝、膽、心包經(jīng)，具有活血行氣、祛風(fēng)止痛的功效，幾千年來一直與其他中藥一起用于治療心腦血管疾病。現(xiàn)代研究表明，川芎可以改善血流動力學(xué)、抑制內(nèi)皮細(xì)胞損傷和血管平滑肌細(xì)胞增殖，治療心臟疾病[4]。本文利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，就川芎對HF的干預(yù)和治療作用機(jī)制進(jìn)行研究，為川芎的深入研究奠定基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 HF靶點(diǎn)和HF胸脅刺痛癥狀相關(guān)靶點(diǎn)的獲得

TTD數(shù)據(jù)庫是基于已發(fā)表文獻(xiàn)創(chuàng)建的治療靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，包含靶向的疾病信息，能夠?qū)δ撤N疾病直接進(jìn)行相關(guān)靶點(diǎn)搜索查詢。在線人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫（OMIM）囊括了有關(guān)人類遺傳和基因等信息。TCMSP數(shù)據(jù)庫整合了藥物、靶點(diǎn)、疾病等信息，檢索方便快捷。本文利用TTD、OMIM、TCMSP數(shù)據(jù)庫檢索關(guān)于HF的靶點(diǎn)，并結(jié)合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點(diǎn)，最終獲得HF的人源靶點(diǎn)。

利用課題組前期創(chuàng)建的Symmap數(shù)據(jù)庫查詢HF胸脅刺痛癥狀的相關(guān)靶點(diǎn)，該數(shù)據(jù)庫是一個(gè)通過囊括癥狀特征的中醫(yī)綜合數(shù)據(jù)庫，集成了來自TCMID、TCMSP、TCM-ID數(shù)據(jù)庫的化學(xué)成分信息，HIT、TCMSP、HPO、Drugbank和NCBI數(shù)據(jù)庫的靶點(diǎn)基因信息，OMIM、Orphanet數(shù)據(jù)庫的疾病信息，《中華人民共和國藥典》（2015版）、多種中醫(yī)刊物定義整理過的中醫(yī)癥狀和中藥術(shù)語相關(guān)信息以及來自Mesh、SIDER、UMLS數(shù)據(jù)庫中收集到的西醫(yī)癥狀信息。并結(jié)合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點(diǎn)，最終獲得HF胸脅刺痛癥狀的相關(guān)人源靶點(diǎn)。

1.2 有效成分和靶點(diǎn)的獲得

利用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎所有的化學(xué)成分，本文以該數(shù)據(jù)中OB值≥30為條件篩選得到川芎的有效成分。應(yīng)用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎有效成分對應(yīng)的靶點(diǎn)，并依據(jù)Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點(diǎn)，最終獲得川芎靶點(diǎn)。利用韋恩圖將獲得的靶點(diǎn)與1.1得到的HF靶點(diǎn)和HF胸脅刺痛癥狀相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行映射，得到川芎干預(yù)治療HF的靶點(diǎn)和治療HF胸脅刺痛的靶點(diǎn)，手動篩選川芎干預(yù)HF的對應(yīng)有效成分。

1.3 PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

將川芎治療HF的靶點(diǎn)上傳到String數(shù)據(jù)庫中，設(shè)置評分條件>0.90，得到蛋白-蛋白相互關(guān)系，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cytoscape 3.2.1軟件，利用Cytoscape構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)圖，并篩選核心靶點(diǎn)。

1.4 通路富集及網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及分析

根據(jù)上述得到的結(jié)果，應(yīng)用DAVID進(jìn)行通路分析。利用Cytoscape 3.2.1構(gòu)建中藥-成分-靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò)圖。

2 結(jié)果

2.1 HF靶點(diǎn)和HF胸脅刺痛癥狀相關(guān)靶點(diǎn)的獲得

使用TTD、OMIM、TCMSP數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過非人源靶點(diǎn)剔除之后，分別得到HF相關(guān)靶點(diǎn)34個(gè)、81個(gè)、12個(gè)。三者去除重復(fù)之后，共得到HF相關(guān)靶點(diǎn)118個(gè)。根據(jù)Symmap和Uniprot數(shù)據(jù)庫的篩選，共得到HF胸脅刺痛癥狀相關(guān)靶點(diǎn)45個(gè)。

2.2 有效成分和靶點(diǎn)的獲得

應(yīng)用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎有效成分對應(yīng)的靶點(diǎn)，并依據(jù)Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點(diǎn)，最終獲得川芎靶點(diǎn)175個(gè)。利用Venny2.1.0將獲得的靶點(diǎn)與1.1得到的HF靶點(diǎn)進(jìn)行映射，得到川芎干預(yù)治療HF的靶點(diǎn)和川芎治療HF胸脅刺痛癥狀的靶點(diǎn)，見圖1，最終獲得川芎治療HF的靶點(diǎn)12個(gè)，占總數(shù)的3.7%，川芎治療HF胸脅刺痛癥狀的靶點(diǎn)1個(gè)，占總數(shù)的0.3%。手動篩選川芎干預(yù)HF的靶點(diǎn)對應(yīng)有效成分，得到對應(yīng)有效成分共47個(gè)。

2.3 PPI網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

通過蛋白-蛋白相互關(guān)系的可視化網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)建，見圖2，我們得到PPI網(wǎng)絡(luò)共包12個(gè)節(jié)點(diǎn)，16條邊，平均Degree為]1.333。根據(jù)

節(jié)點(diǎn)的Degree值大小，排名前2個(gè)蛋白分別是肌瘤蛋白p53（TP53）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGFA）。肌瘤蛋白p53（TP53）（Degree=4）是這12個(gè)蛋白中Degree值最高的，表明其在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要的地位，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。P53是一種腫瘤抑制蛋白，它可以激活調(diào)節(jié)細(xì)胞周期檢查點(diǎn)、DNA損傷和修復(fù)以及凋亡的基因[5]，TP53是P53的突變型，空間構(gòu)像發(fā)生改變，相關(guān)作用也會發(fā)生變化[6]，P53的缺失和抑制會影響細(xì)胞的自噬。有相關(guān)報(bào)道稱，P53可以通過調(diào)節(jié)心肌蛋白表達(dá)來調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞自噬和心肌缺血/再灌注損傷[7]。血管生成通過改善心肌重構(gòu)在心肌梗死治療中發(fā)揮著重要作用，通過血管生成能夠改善心功能，預(yù)防HF。調(diào)查顯示上調(diào)HIF1A和VEGFA的表達(dá)水平能夠促進(jìn)血管生成，改善心功能[8]。

2.4 通路富集及網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及分析

利用DAVID數(shù)據(jù)庫進(jìn)行KEGG通路分析，共得到29條通路。見表1。采用Cytoscape 3.2.1構(gòu)建中藥-靶點(diǎn)-成分網(wǎng)絡(luò)圖，見圖3，可以看出不同的有效成分可以作用于同一個(gè)靶點(diǎn)，不同的靶點(diǎn)也可以有共同的有效成分。

3 討論

HF是由于各種原因?qū)е碌男募p傷，導(dǎo)致心室泵血或充盈功能低下，屬于心血管疾病的終末階段，5年死亡率高達(dá)50%，與全身多個(gè)器官、內(nèi)分泌、免疫等相關(guān)影響，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。中醫(yī)認(rèn)為HF屬于痹癥，經(jīng)脈閉阻，血行不暢，寒凝、氣滯、血瘀、痰飲阻痹胸中，是胸痹病機(jī)的關(guān)鍵[9]。川芎具有活血化瘀、祛風(fēng)止痛、行氣開郁的功效，臨床上常用來治療各種心腦血管疾病[10]。

本研究的目的是探討川芎在干預(yù)HF方面的作用機(jī)制，采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，我們發(fā)現(xiàn)川芎干預(yù)治療HF的主要靶點(diǎn)有12個(gè)（ADRA2A、ADRB1、AR、CASP3、HIF1A、NR3C2、PRKCA、SCN5A、SLC6A2、TNF、TP53、VEGFA），其中與胸脅刺痛相關(guān)的靶點(diǎn)有一個(gè)，為TP53，從中可以看出川芎主要從細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)、鈣內(nèi)流、腎上腺素調(diào)節(jié)等方面干預(yù)治療HF的，與大多數(shù)研究得出的心肌肥厚向HF轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制相符[11]。通過分析，HIF-1A、AR處于網(wǎng)絡(luò)的核心地位，可作為川芎干預(yù)治療HF的關(guān)鍵靶點(diǎn)。眾所周知，缺氧會在細(xì)胞的分子水平上引起變化，細(xì)胞對缺氧的第一個(gè)適應(yīng)性反應(yīng)是缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1）的上調(diào)和穩(wěn)定，HIF-1包括HIF-1a和HIF-1β，與血管生成、紅細(xì)胞生成有關(guān)[12]，在低氧條件下穩(wěn)定可以激活多種缺氧相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，如促紅細(xì)胞生成素、VEGF基因，HIF-1a敲除鼠心肌肥大和收縮功能顯著抑制，表明HIF-1對心臟功能的維護(hù)具有重要作用[11]。雄激素受體（AR）表達(dá)于所有組織，體外和體內(nèi)研究的結(jié)果表明性激素在心臟結(jié)構(gòu)異常的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，心肌細(xì)胞暴露于雄激素導(dǎo)致肥厚[13]。雄激素可能影響心肌收縮功能、內(nèi)皮功能和骨骼肌的改變[14-16]，參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[17]。

通過對川芎治療HF的12個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG通路富集分析，得出川芎有效成分作用于TP53、CASP3、HIF1A、TNF等靶點(diǎn)，這一作用主要通過癌癥信號通路、細(xì)胞凋亡、HIF-1等信號通路實(shí)現(xiàn)。研究表明，在HF治療中，多種細(xì)胞通路被激活，如MAPK信號通路[18]、VEGF信號通路[19]、PI3K-Akt信號通路[20]等均是經(jīng)典的與HF相關(guān)的通路。

本研究提供了疾病-靶點(diǎn)-成分及疾病-癥狀-靶點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法，初步闡述了川芎干預(yù)治療HF的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控作用，對胸脅刺痛這一癥狀的治療進(jìn)行了初步分析，為傳統(tǒng)中藥的研究提供了新方法和新思路。不足之處在于，只應(yīng)用了Symmap數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了活性成分的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析，可能有一些成分未收納在內(nèi)，對結(jié)果造成一定的影響。

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