基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法分析小半夏湯藥效物質(zhì)及作用機制

周域 王博龍 張秀美 張小丁

【摘?要】?目的：運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法研究小半夏湯活性成分、靶點、通路及生物過程，探討其藥效物質(zhì)及作用機制。方法：通過TCMSP數(shù)據(jù)庫及BATMAN-TCM分析平臺獲取小半夏湯活性成分及靶點;采用string數(shù)據(jù)庫構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，運用Cytoscape?軟件進行可視化展示;通過DAVID數(shù)據(jù)庫富集靶點KEGG信號通路;利用BINGO、ClueGO插件進行GO生物過程富集和聚類分析。結(jié)果：發(fā)現(xiàn)小半夏湯16種活性成分作用于209個靶基因，主要富集在心血管、神經(jīng)、癌癥、炎癥等7大類30條KEGG通路;SRC、MAPK1、FOS、JUN、CREB1、ESR1、?BCL2、TNF等43個關(guān)鍵靶基因，主要參與軸突再生、神經(jīng)元投影再生等神經(jīng)生物過程。結(jié)論：小半夏湯除了化痰散飲、和胃降逆的傳統(tǒng)功效外，還可能在炎癥、癌癥以及心血管和神經(jīng)系統(tǒng)方面具有藥理作用。

【關(guān)鍵詞】?小半夏湯;網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);作用機制;靶點

【中圖分類號】R285.6?【文獻標(biāo)志碼】?A【文章編號】1007-8517（2019）22-0036-07

Analysis?of?effective?substances?and?mechanism?of?Small?Pinellia?Decoction?based?on?network?pharmacology

ZHOU?Yu?WANG?Bolong*ZHANG?Xiumei?ZHANG?Xiaoding

School?of?Chemical?and?Biological?Engineering，YiChun?University，YiChun??336000，China

Abstract：Objective?The?active?ingredients，targets，pathways?and?biological?processes?of?Small?Pinellia?Decoction?were?studied?by?means?of?network?pharmacology.Methods?Through?TCMSP?database?and?BATMAN-TCM?analysis?platform，the?active?ingredients?and?targets?of?Small?Pinellia?Decoction?were?obtained;?PPI?network?was?constructed?by?string?database?and?visualized?by?Cytoscape?software;KEGG?signaling?pathway?was?enriched?by?DAVID?database;GO?biological?process?enrichment?and?cluster?analysis?were?carried?out?by?BINGO?and?ClueGO.Results?It?was?found?that?16?active?ingredients?of?Small?Pinellia?Decoction?acted?on?209?target?genes，mainly?enriched?in?30?KEGG?pathways?in?7?categories，including?cardiovascular，nervous，cancer?and?inflammation;43?key?target?genes，such?as?SRC，MAPK1，F(xiàn)OS，JUN，CREB1，ESR1，BCL2，TNF，were?mainly?involved?in?axonal?regeneration，neuron?projection?regeneration?and?other?neurobiological?processes.Conclusion?Small?Pinellia?Decoction?not?only?has?the?traditional?effect?of?resolving?phlegm?and?dispersing?drinking，but?also?has?pharmacological?effects?on?inflammation，cancer，?cardiovascular?and?nervous?system.

Keywords：Small?Pinellia?Decoction;Network?Pharmacology;Mechanism?of?Action;Target

小半夏湯出自《金匱要略·嘔吐噦下利病脈證治》第12條“諸嘔吐，谷不得下者，小半夏湯主之”[1]。全方由半夏和生姜兩味藥組成。半夏溫燥，功在滌痰化飲，降逆止嘔，為治飲病之要藥;生姜辛散，溫中降逆，消散痰飲[2]。兩藥互相配伍，為后世“見嘔止嘔”治療嘔吐的祖方[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明半夏具有鎮(zhèn)吐、抗腫瘤、抗心律失常、抗炎、降血脂、鎮(zhèn)咳及糖皮質(zhì)激素樣作用[3-4]。生姜主要含有揮發(fā)油、姜辣素和二苯基庚烷3大類成分，具有抗氧化、改善脂質(zhì)代謝、降血脂、改善心腦血管系統(tǒng)功能、抗炎、抗腫瘤、降血糖等作用[5]。小半夏湯整方除止嘔外，還能抗炎[6]、治療眩暈[2]等，但其藥效物質(zhì)及作用機制尚不清楚。

中藥復(fù)方是通過多成分協(xié)同作用于不同器官的多種靶標(biāo)，調(diào)節(jié)機體多種生物過程和功能，進而發(fā)揮整體治療作用。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究契合了這一復(fù)雜體系作用特點，為研究復(fù)方藥效物質(zhì)及作用機制提供了新思路與方法[7]。本研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法預(yù)測小半夏湯活性成分及靶點、分析其生物功能及信號通路，旨在探索該方藥效物質(zhì)及作用機制，為臨床運用提供參考。

1?資料與方法

1.1?分析平臺與軟件?①?中藥分子機制生物信息學(xué)分析平臺BATMAN-TCM（http：//bionet.ncpsb.?org/batman-tcm/index.php/Home/Index/index）;②?中藥系統(tǒng)藥理學(xué)分析平臺數(shù)據(jù)庫TCMSP（http：//ibts.hkbu.edu.hk/LSP/tcmsp.php）;③?蛋白質(zhì)相互作用分析平臺STRING（https：//string-db.org/）;④?人類基因組注釋數(shù)據(jù)庫DAVID6.8（https：//david.ncifcrf.gov/）;⑤?蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫Uniprot（http：//www.uniprot.org/）;⑥??網(wǎng)絡(luò)圖形拓撲分析與編輯軟件Cytoscape?⑦?Omicshare?（http：//www.omics-hare.com?/tools?/index.php/）平臺;⑧?ClueGO基因分析軟件。

1.2?小半夏湯活性成分、靶點篩選及其網(wǎng)狀圖?以口服生物利用度（OB）>30%，類藥性（DL）>0.18作為條件，在TCMSP數(shù)據(jù)庫中篩選小半夏湯中半夏與生姜的活性成分及其靶點;在“藥物-靶點相似性”平臺BATMAN?-TCM中，以相似性模型閥值“Score?cutoff=30”為條件篩選小半夏湯中半夏與生姜的活性成分及其靶點，將二者靶點合并后與活性成分導(dǎo)入Cytoscape軟件，構(gòu)建“小半夏湯活性成分-靶點”網(wǎng)狀圖。

1.3?蛋白互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建?將小半夏湯靶蛋白導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫，蛋白種類設(shè)置為“Homo?sapiens”，最低相互作用閥值設(shè)為中等“medium?confidence”，其余參數(shù)均保持默認，構(gòu)建小半夏湯靶蛋白之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)（protein-protein?interaction?network，PPI?network）。將PPI網(wǎng)絡(luò)以TSV格式導(dǎo)入Cytoscape進行可視化處理，并利用“Network?Analysis”功能計算各靶點度值（Degree）與介數(shù)（Betweenness），明確小半夏湯關(guān)鍵靶基因。

1.4?GO生物過程和KEGG通路富集?采用DAVID6.8數(shù)據(jù)庫，以P-value<0.05篩選小半夏湯靶點富集的KEGG通路并歸類，運用Omicshare可視化分析KEGG通路;利用Cytoscape軟件中的“BINGO”插件對所有靶基因進行GO富集，再使用“ClueGO”插件對關(guān)鍵靶基因行GO富集，設(shè)置參數(shù)：定義來源為“Homo?sapiens”（智人），P值≤0.05，Interval?Min?Level=11，Max?Level=13。

2?結(jié)果

2.1?小半夏湯活性成分、靶點及其網(wǎng)狀圖?在TCMSP數(shù)據(jù)庫及BATMAN?-TCM平臺挖掘到小半夏湯12個活性成分，參考文獻[8-9]再補充鳥苷、亞油酸、姜酮及β-水芹烯，共納入16個活性成分進行研究（表1）。16個活性成分對應(yīng)209個靶點，其網(wǎng)狀圖含有225個節(jié)點，288條邊。7個菱形節(jié)點代表來源于生姜活性成分，9個八邊形節(jié)點代表來源于半夏的活性成分，209個倒三角形節(jié)點代表活性成分對應(yīng)的靶點（圖1）。網(wǎng)絡(luò)度值平均為18，介數(shù)平均為0.19，其中麻黃堿、β-谷甾醇、姜烯、姜醇、姜酮、纈氨酸6種化合物的度值與介數(shù)均超過均值，可能是小半夏湯的主要活性成分。

2.2?靶點PPI網(wǎng)絡(luò)分析?如圖2所示，PPI網(wǎng)絡(luò)有201個節(jié)點（8個靶點未參與互作），1294條作用連線，平均度值為13，平均介數(shù)為0.008。SRC、MAPK1、FOS、JUN、CREB1、ESR1、?BCL2、TNF、PIK3CG?TH?等43個靶點的度值、介數(shù)均超過平均值，說明這些靶點在PPI網(wǎng)絡(luò)中處于重要位置，可能是小半夏湯發(fā)揮藥理作用的關(guān)鍵靶點。

2.3?KEGG信號通路分析?表2是小半夏湯靶基因參與的7大類30條通路，包括6條癌癥通路、4條代謝通路、4條炎癥通路、6條神經(jīng)系統(tǒng)通路、3條心血管系統(tǒng)通路、2條呼吸系統(tǒng)通路及5條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。圖3是所有通路的Omicshare點狀圖分析，由圖可見P值最小的是神經(jīng)活性配體-受體相互作用通路;富集因子最高的是酪氨酸代謝;而目標(biāo)基因最多的是神經(jīng)活性配體-受體相互作用通路和癌癥通路。

[10]敖慧.小半夏湯藥理和臨床研究現(xiàn)狀[J].黑龍江中醫(yī)藥，2009，38（4）：43-44.

[11]李斌，程秀民，周永妍，等.半夏的研究進展[J].中國民族民間醫(yī)藥，2010，19（1）：47-48.

[12]姜程曦，林良義，宋嬌，等.姜中姜酚和姜醇的研究進展[J].中草藥，2015，46（16）：2499-2504.

[13]王潔，阿吉艾克拜爾·艾薩，馬海蓉，等.GPER：雌激素相關(guān)疾病治療的新靶點[J].上海交通大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2013，33（2）：225-230.

[14]仇曉亮，李翠蘭.SCN5A基因致鈉通道病研究新進展[J].心血管病學(xué)進展，2008（2）：198-201.

[15]李翠蘭，王震.長QT綜合征發(fā)病機制研究新進展[J].心血管病學(xué)進展，2014，35（6）：625-629.

[16]宋麗.中國北方地區(qū)漢族人群PIK3CG基因多態(tài)性與冠心病的關(guān)聯(lián)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2012.

[17]周芳，刁波，段凱，等.半夏總生物堿對帕金森病大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的影響及其機制的初步探討[J].中國臨床神經(jīng)外科雜志，2011，16（7）：413-416.

[18]馬永剛.半夏生物總堿對癲癇大鼠EcoG、CEP及腦內(nèi)GABA?受體和?Glu?受體的影響[D].太原：山西醫(yī)科大學(xué)，2007.

[19]涂獻坤，楊衛(wèi)忠，石松生，等.黃芩苷抑制缺血性腦損傷大鼠腦組織TNF-α和AQP-4表達及減輕腦損傷的研究[J].中國藥理學(xué)通報，2013，29（9）：1222-1225.

[20]王軍，劉惠霞，張薇，黃啟福.生姜揮發(fā)油對腦缺血再灌注損傷的保護作用[J].中醫(yī)雜志，2007（7）：644-646.

[21]曹紅，李軍，李廣明，王耀岐，曾因明.姜黃素對沙土鼠腦缺血/再灌注損傷的海馬CA1區(qū)細胞凋亡和即早基因c-fos、c-jun、NF-κB表達變化的關(guān)系[J].中國應(yīng)用生理學(xué)雜志，2007（2）：184-188.

[22]kim?EC，Min?JK，Kim?TY，et?al.6-Gingerol，apungent?ingredient?of?ginger，inhibits?angiogengsis?in?vitro?and?in?vivo.[J].Biochem?Biophys?Res?Commu，2005，335（2）：300-308.

[23]王宇鋒，陳超，楊春等.6-姜烯酚誘導(dǎo)人結(jié)直腸癌細胞凋亡及與Bax、BCL2、Caspase3和PARP1基因表達的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2017，33（11）：7-15.

[24]陳芳，鄧惠玲，張宜.半夏生物總堿對人肝癌細胞增殖的影響[J].中國藥師，2011，14（10）：1449-1451.

[25]?Awad?AB，Chinnam?M，F(xiàn)ink?CS，et?al.Beta-Sitosterol?activates?Fas?signaling?in?human?breast?cancer?cells[J].Phytomedieine，2007，14（11）：747-754.

[26]周倩，吳皓.半夏總生物堿抗炎作用研究[J].中藥藥理與臨床，2006（Z1）：87-89.

（收稿日期：2019-09-02?編輯：劉?斌）