朱 晶 黃 平 李 華

精神分裂癥是一種慢性致殘性精神疾病，終生患病率約1%。精神分裂癥患者伴發(fā)肥胖或代謝綜合征的發(fā)生率分別為33.3%[1]和32.5%[2]。肥胖會顯著增加患者罹患Ⅱ型糖尿病、心腦血管并發(fā)癥和早逝的風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)外學(xué)者試圖使用雷尼替丁、倍他司汀、托比酯、瑞波西汀、奧利司他、阿立哌唑、二甲雙胍等藥物對抗精神分裂癥患者肥胖，迄今仍未發(fā)現(xiàn)專家公認(rèn)的特別有效的藥物干預(yù)靶點(diǎn)。研究顯示，黃連-肉桂藥對改善精神分裂癥患者肥胖癥狀的效果顯著[3]，但涉及多成分、多靶點(diǎn)的作用機(jī)制尚不清楚。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是基于“疾病-基因-靶點(diǎn)-藥物”相互作用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)分析，系統(tǒng)研究藥物對疾病網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)與影響，可揭示多分子藥物作用于人體的可能機(jī)制[4]，與中藥多成分、多靶點(diǎn)、多途徑的“整體性”特點(diǎn)不謀而合。本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討黃連-肉桂藥對改善精神分裂癥患者肥胖癥狀的活性成分和潛在作用靶點(diǎn)，以期為后續(xù)藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和分子作用機(jī)制的探索提供理論指導(dǎo)。

1 對象與方法

1.1 對象 黃連-肉桂藥對的活性成分篩選使用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)分析平臺(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform, TCMSP)(http://tcmspw.com/tcmsp.php)數(shù)據(jù)庫以及文獻(xiàn)檢索獲得藥物成分信息，包括兩味藥的多種成分、分子名稱(Molecule Name，MN)、口服生物利用度(Oral Bioavailability，OB)、血腦屏障(Blood Brain Barrier，BBB)、藥物相似性(Drug-likeness，DL)、藥物半衰期(Half-life，HL)等。篩選黃連-肉桂藥對活性分子時(shí)，設(shè)定參數(shù)為：OB≥30%；BBB≤-0.3；DL≥0.18；HL≤4 hours。依照篩選標(biāo)準(zhǔn)篩選出來的化學(xué)成分作為候選活性成分。

1.2 方法

1.2.1 黃連-肉桂藥對活性成分的靶蛋白分析 基于TCMSP 和DrugBank數(shù)據(jù)庫(https://www.drugbank.ca/)預(yù)測篩選出的黃連-肉桂藥對活性成分所對應(yīng)的靶蛋白，并利用Uniprot數(shù)據(jù)庫(http://www. Uniprot.org/)的Uniprot ID將對應(yīng)靶蛋白的全稱轉(zhuǎn)化為基因簡稱gene symbol。利用STRING數(shù)據(jù)庫(https://shengxin.ren/article/164)和Cytoscape軟件構(gòu)建藥物-蛋白的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

1.2.2 精神分裂癥相關(guān)蛋白的蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)(Protein-Protein Interaction Networks，PPI)分析 在CTD數(shù)據(jù)庫(http://ctdbase.org/)中以“精神分裂癥”為關(guān)鍵詞搜索相關(guān)蛋白，分析基因-疾病關(guān)系的信息，以幫助制定關(guān)于精神分裂癥相關(guān)蛋白的信息。篩選inference score在50分以上的相關(guān)基因，利用STRING(http://string.embl.de/)將篩選出的相關(guān)基因進(jìn)行PPI分析。

1.2.3 肥胖癥相關(guān)蛋白的PPI分析 在CTD數(shù)據(jù)庫中以“肥胖”為關(guān)鍵詞搜索相關(guān)蛋白，分析基因-疾病關(guān)系的信息，以幫助制定關(guān)于肥胖癥相關(guān)蛋白的信息。篩選inference score在50分以上的相關(guān)基因，利用STRING將篩選出的相關(guān)基因進(jìn)行PPI分析。

1.2.4 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對的相關(guān)蛋白的Venn圖構(gòu)建 收集精神分裂癥與肥胖癥相關(guān)的共同靶蛋白，并和黃連-肉桂藥對的活性成分所對應(yīng)的靶蛋白相比較，獲得黃連-肉桂藥對活性成分與精神分裂癥、肥胖癥的重合潛在靶蛋白。使用Cytoscape 3.6.0軟件構(gòu)建黃連-肉桂藥對的“候選成分-作用靶標(biāo)”網(wǎng)絡(luò)，使Omicshare平臺將藥物靶蛋白和疾病靶點(diǎn)相映射，繪制Venn圖。

2 結(jié)果

2.1 黃連-肉桂藥對的活性成分篩選結(jié)果 通過TCMSP數(shù)據(jù)庫以及文獻(xiàn)挖掘，篩選到黃連的活性成分小檗堿(Berberine)、穆坪馬兜鈴酰胺(Moupinamide)共2個和肉桂的活性成分柿葉提取物(PEL)、丁香酚(Eugenol)、異丁香酚(Isohomogenol )、茴香腦(Anethole)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)共5個。小檗堿的HL大于4 h，其因在黃連中含量較高而入選。詳見表1。

表1 黃連-肉桂藥對中候選活性成分及部分藥動學(xué)參數(shù)

2.2 黃連-肉桂藥對的活性成分的靶蛋白分析結(jié)果 共分析出22個靶蛋白，通過Cytoscape軟件構(gòu)建藥物-蛋白的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示。

2.3 精神分裂癥相關(guān)蛋白的PPI分析結(jié)果 共搜索到與精神分裂癥疾病相關(guān)的蛋白159個，在圖中用nodes表示。其中蛋白之間關(guān)聯(lián)關(guān)系共有868個，在圖中用edge表示。如圖2所示。

2.4 肥胖癥相關(guān)蛋白的PPI分析結(jié)果 共搜索到與肥胖癥相關(guān)的蛋白195個。如圖3所示。

2.5 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對相關(guān)蛋白的Venn圖構(gòu)建 通過整理黃連-肉桂藥對活性成分的共同靶蛋白和精神分裂癥及肥胖癥的靶蛋白發(fā)現(xiàn)，有3個蛋白出現(xiàn)交集：HTR1A、ABCB5和INPP5A。如圖4所示。

圖4 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對相關(guān)蛋白的Venn圖

3 討論

《本草正義》記載“黃連大苦大寒，苦燥濕，寒勝熱；心、脾、肝、腎之熱，膽、胃、大小腸之火，無不治之”?！端貑枴て娌≌摗访枋觥胺收吡钊藘?nèi)熱(火)”。黃連苦寒入心經(jīng)、清降心火以下交腎水，肉桂辛熱入腎經(jīng)、溫升腎水以上濟(jì)心火；一寒一熱，一陰一陽，清心降火，引火歸源。黃連-肉桂藥對用于治療肥胖有著堅(jiān)實(shí)的中醫(yī)理論基礎(chǔ)。本研究基于TCMSP數(shù)據(jù)庫及文獻(xiàn)挖掘，篩選到黃連2個潛在活性成分、肉桂5個潛在活性成分，通過Cytoscape軟件構(gòu)建藥物-蛋白的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，獲得黃連-肉桂藥對活性成分涉及的22個靶蛋白。精神分裂癥、肥胖癥相關(guān)蛋白的PPI分析，共搜索到與精神分裂癥、肥胖癥相關(guān)的蛋白分別為159個和195個。通過精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對活性成分相關(guān)蛋白的Venn圖構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)黃連-肉桂藥對的活性成分、精神分裂癥、肥胖癥均涉及到ABCB5、INPP5A和HTR1A，提示黃連-肉桂藥對可能通過作用于這些蛋白進(jìn)而發(fā)揮改善精神分裂癥患者肥胖的作用。然而，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測僅僅提示了黃連-肉桂藥對的可能藥理學(xué)機(jī)制，后續(xù)仍需要通過開展動物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步論證該預(yù)測結(jié)果。

精神分裂癥患者肥胖的病因包括疾病因素、抗精神病藥物影響、不良生活方式和飲食習(xí)慣等[5]。精神分裂癥患者HTR1A基因單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs)可能導(dǎo)致患者對阿立哌唑等抗精神病藥的激動作用產(chǎn)生不同反應(yīng)， T-C-G單倍型與陰性癥狀改善程度較差相關(guān)，而相對少見的T-G-T單倍型與陰性癥狀改善程度較好相關(guān)[6]。以陰性癥狀為主的精神分裂癥患者因活動量少等不良生活方式容易出現(xiàn)肥胖，推測HTR1A基因缺陷可能是精神分裂癥伴發(fā)肥胖的共同病因。奧氮平等第二代抗精神病藥可通過拮抗5-HT2A/2C受體誘導(dǎo)中縫背核5-HT神經(jīng)元釋放5-HT，5-HT代謝增加[7]，引起活性氧自由基(Reactive Oxygen Species，ROS)生成大于消除。積累的ROS可氧化5-HTT的半胱氨酸殘基[8]，損傷中樞5-HT神經(jīng)元及其突觸[9]，導(dǎo)致5-HT神經(jīng)元合成和釋放5-HT減少。因此，奧氮平可能通過降低中樞5-HT神經(jīng)元活性下調(diào)5-HTR1A表達(dá)，增加攝食、減少能量消耗[7]，進(jìn)而導(dǎo)致精神分裂癥患者伴發(fā)肥胖。

小檗堿能提高腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)表達(dá)[10]，修復(fù)中樞5-HT神經(jīng)元及其突觸損傷[11]。在中樞神經(jīng)細(xì)胞中過表達(dá)INPP5A，其軸突承載細(xì)胞的百分比增加[12]，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測，黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過上調(diào)INPP5A表達(dá)促進(jìn)中樞5-HT神經(jīng)元及其突觸修復(fù)再生，增加5-HT神經(jīng)元合成和釋放5-HT，激活5-HT信號通路，上調(diào)5-HTR1A表達(dá)。

黃連-肉桂藥對可協(xié)同改善精神分裂癥伴發(fā)肥胖癥狀[3]，其協(xié)同作用機(jī)制尚不清楚。BBB是指由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞終足等連接構(gòu)成的屏障系統(tǒng)。BBB幾乎使所有大分子藥物和98%的小分子藥物都不能進(jìn)入腦組織[13，14]，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療。ABCB5是一種新的ABC多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)體，可攜藥物排出細(xì)胞外[15]，抑制藥物透過BBB。黃連配伍肉桂可延長小檗堿與肌體細(xì)胞酶系、靶點(diǎn)相互作用時(shí)間以及藥效維持時(shí)間[16]，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測，黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過調(diào)節(jié)ABCB5表達(dá)抑制小檗堿消除、促進(jìn)小檗堿透過BBB，濃集于腦組織作用靶點(diǎn)以增加藥效。

綜上所述，黃連-肉桂藥對的活性成分可通過多靶點(diǎn)直接和間接作用改善精神分裂癥伴發(fā)肥胖癥狀，且靶點(diǎn)與精神分裂癥患者肥胖的發(fā)病機(jī)制有一定的重合性，提示黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過作用于ABCB5、INPP5A和HTR1A等靶點(diǎn)發(fā)揮臨床療效。本研究不足之處是未能就藥物對治療靶點(diǎn)的作用路徑進(jìn)行分析，有待進(jìn)一步深入研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。