基于BATMAN-TCM在線分析平臺研究鉤藤藥理機(jī)制

段凱旋，羅文浩，羅 瓊，王博龍

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基于BATMAN-TCM在線分析平臺研究鉤藤藥理機(jī)制

段凱旋1，羅文浩2，羅 瓊1，*王博龍1

（1. 宜春學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江西，宜春 336000；2. 中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院，廣東，廣州 510080）

基于BATMAN-TCM在線分析工具研究鉤藤主要活性成分及藥理機(jī)制。從BATMAN-TCM數(shù)據(jù)庫中提取鉤藤的化學(xué)成分，以Score cutoff ≥30和≤0.05篩選活性成分及作用靶點(diǎn)，分析靶點(diǎn)富集的信號通路與疾病，構(gòu)建活性成分-靶點(diǎn)-通路-疾病網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測鉤藤的多維藥理機(jī)制。獲得鉤藤堿、毛鉤藤堿、卡丹賓堿等23個(gè)主要活性成分；以及DRD2（多巴胺受體D2基因）、HTR1A（5-羥色胺受體1A）、HTR1B（5-羥色胺受體1B）、SLC18A2等21個(gè)核心靶點(diǎn)；活性成分可關(guān)聯(lián)細(xì)胞間隙連接、神經(jīng)活性配體-受體相互作用、鈣信號通路等通路11條；可治療疼痛、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等相關(guān)疾病21種?？蛇M(jìn)一步驗(yàn)證鉤藤“多成分—多靶點(diǎn)—多通路”的作用機(jī)制。本研究從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度探討鉤藤主要活性成分、相關(guān)通路及多種藥理作用機(jī)制，為進(jìn)一步探討其作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

鉤藤；網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)；活性成分；藥理作用；作用靶點(diǎn)

中藥鉤藤（Chinese medicine hook Vine）是茜草科植物鉤藤、大葉鉤藤、毛鉤藤、華鉤藤及無柄果鉤藤的干燥帶鉤莖枝，味甘、性涼、歸肝、心包經(jīng)，具有清熱平肝、息風(fēng)定驚的功效，臨床廣泛用于肝風(fēng)內(nèi)動(dòng)、驚癇抽搐、高熱驚厥、感冒夾驚、小兒驚啼、妊娠子癇、頭痛眩暈等癥[1]。已報(bào)道的鉤藤化學(xué)成分有100多種，包括生物堿類、黃酮類、三萜類和苷類等，具有消炎、止痛、降壓、抗癌、抗癲癇等廣泛藥理作用，表明鉤藤具有極高的藥用價(jià)值[2]。但目前研究主要局限在生物堿及其心血管藥理上，鉤藤的其它藥理機(jī)制以及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)都不明確。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)（network pharmacology）融合了系統(tǒng)生物學(xué)和多向藥理學(xué)的思維，將生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)與藥物網(wǎng)絡(luò)整合，分析藥物在網(wǎng)絡(luò)中與節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)模塊的關(guān)系，由傳統(tǒng)尋找單一靶點(diǎn)轉(zhuǎn)向綜合網(wǎng)絡(luò)分析[3]，強(qiáng)調(diào)多成分、多靶點(diǎn)、多通路的作用方式[4]，特別適合于預(yù)測和辨識中藥活性成分群、作用靶點(diǎn)以及闡明作用機(jī)制。課題組已利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法及反向分子對接技術(shù)，成功挖掘了中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫里的中藥小分子表皮生長因子受體抑制劑[5]。BATMAN-TCM（http://bionet. ncpsb. org/ BATMAN-TCM-tcm/）是一款將中藥化學(xué)成分作用靶點(diǎn)預(yù)測與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析相結(jié)合，系統(tǒng)揭示中藥多組分、多維藥理作用的在線分析工具，具有成分靶點(diǎn)預(yù)測、基因本體與疾病富集分析、成分-靶點(diǎn)-通路/疾病關(guān)聯(lián)的圖形分析等功能[6]。本研究借助BATMAN-TCM在線分析工具預(yù)測鉤藤化學(xué)成分、作用靶點(diǎn)以及疾病之間的相互關(guān)系，旨在全面揭示鉤藤藥理作用機(jī)制及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 鉤藤活性成分篩選及對應(yīng)靶點(diǎn)預(yù)測

在BATMAN-TCM數(shù)據(jù)庫中，以“鉤藤”為關(guān)鍵詞，設(shè)置“藥物-靶點(diǎn)”相似性模型閥值Score cutoff ≥ 30，值≤0.05，檢索篩選鉤藤活性成分及對應(yīng)的潛在靶點(diǎn)。運(yùn)用Cytoscape軟件構(gòu)建鉤藤類藥成分及其對應(yīng)靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖。

1.2 靶點(diǎn)KEGG信號通路和疾病表型分析

利用BATMAN-TCM在線平臺的豐度分析（KEGG pathway分析與Gene Ontology分析）與疾病表型豐度分析（數(shù)據(jù)來源為OMIM與TTD數(shù)據(jù)庫）功能，預(yù)測鉤藤的靶點(diǎn)富集的信號通路與疾病。

1.3 成分-靶點(diǎn)-通路-疾病網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對顯著富集的KEGG信號通路和OMIM/TTD疾病表型進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建成分-靶點(diǎn)-通路-疾病網(wǎng)絡(luò)，全面直觀地闡明鉤藤的藥理機(jī)制。

2 結(jié)果

2.1 鉤藤活性成分及其作用靶點(diǎn)

在BATMAN-TCM平臺輸入鉤藤，得到主要化學(xué)成分共48個(gè)，其中23個(gè)化學(xué)成分具有潛在靶點(diǎn)，化合物信息及其對應(yīng)靶點(diǎn)詳見表1和圖1。

表1 鉤藤中類藥成分

圖1 成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

Fig.1 The network ofIngredients - targets

2.2 靶點(diǎn)KEGG通路分析

如表2所示，11條信號通路中包括神經(jīng)系統(tǒng)3條：神經(jīng)活性配體-受體相互作用、5-羥色胺神經(jīng)突觸、逆行內(nèi)源性大麻素信號；心血管系統(tǒng)3條：腎素-血管緊張素系統(tǒng)、補(bǔ)體和凝血級聯(lián)、鈣信號通路；炎癥方面2條：TRP通道的炎癥介質(zhì)調(diào)控、吞噬體；生物合成方面2條：類固醇生物合成、輔酶q和其他類萜-醌生物合成；以及細(xì)胞間隙連接。

表2 KEGG信號通路與基因

2.3 靶點(diǎn)疾病表型分析

如表3所示，鉤藤藥理作用廣泛，所涉疾病經(jīng)歸納分析，主要集中在疼痛、心血管以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)三個(gè)方面。

表3 鉤藤藥理作用、主治疾病及其靶點(diǎn)

2.4 成分-靶點(diǎn)-通路-疾病網(wǎng)絡(luò)圖

如圖2所示，紫色節(jié)點(diǎn)代表主要活性成分，藍(lán)色節(jié)點(diǎn)代表主要靶點(diǎn)，黃色節(jié)點(diǎn)代表主要KEGG信號通路，紅色節(jié)點(diǎn)代表OMIM疾病，綠色節(jié)點(diǎn)代表TTD疾病。靶點(diǎn)節(jié)點(diǎn)、通路節(jié)點(diǎn)和疾病節(jié)點(diǎn)的大小與其在網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重成正比，包括作用于活性成分的數(shù)目、通路中所涉及的靶點(diǎn)數(shù)目，以及已知疾病相關(guān)基因的目標(biāo)數(shù)量。

圖2 成分-靶點(diǎn)-通路-疾病網(wǎng)絡(luò)

3 討論

高曉宇等[7]分析鉤藤醫(yī)藥研發(fā)方面的專利，發(fā)現(xiàn)主要集中在疼痛、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、骨骼疾病以及消化系統(tǒng)疾病方面。本研究顯示鉤藤靶點(diǎn)富集得到的11條信號通路主要分布在炎癥、神經(jīng)和心血管方面；疾病表型分析顯示為疼痛、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及心血管系統(tǒng)疾病。二者的高度吻合反映了BATMAN-TCM在線分析平臺的可靠性。近年研究[8-9]發(fā)現(xiàn)鉤藤中的有效成分，特別是生物堿具有鎮(zhèn)靜、抗驚厥、抗癲癇、抗神經(jīng)退行性病變等多種中樞藥理作用。本研究發(fā)現(xiàn)鉤藤能作用于多巴胺受體D1（DRD1）、γ-氨基丁酸（gamma-amino butyric acid，GABA）受體、谷氨酸離子型受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）、5-羥色胺受體（5HTR）、三種阿片受體（OPRM，OPRD，OPRK）、大麻素I型受體基因受體（cnr1）等多種神經(jīng)遞質(zhì)受體。目前認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮與抑制失衡是導(dǎo)致癲癇或驚厥的主要原因，興奮性遞質(zhì)谷氨酸與抑制性遞質(zhì)γ-氨基丁酸，以及它們的受體被認(rèn)為與癲癇或驚厥的發(fā)生密切相關(guān)。NMDAR是興奮性谷氨酸受體的一種亞型，有研究[10-11]發(fā)現(xiàn)鉤藤堿和異鉤藤堿是NMDAR的非競爭性拮抗劑，能夠產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)和抗痙攣?zhàn)饔?，而鉤藤堿還可以使苯丙胺誘導(dǎo)的大鼠腦內(nèi)谷氨酸升高降至正常水平。放射性受體結(jié)合實(shí)驗(yàn)顯示鉤藤的鉤莖提取物與GABAA和GABAB受體有強(qiáng)烈結(jié)合性[12]。多巴胺（dopamine，DA)作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要遞質(zhì)，主要參與情感、運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)[13-14]指出鉤藤吲哚生物堿可通過作用于中樞多巴胺系統(tǒng)抑制小鼠的自主活動(dòng)，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)柯諾辛堿B、縫籽嗪甲醚、異鉤藤堿為中樞多巴胺受體拮抗劑，具有顯著的鎮(zhèn)靜催眠效果。Jung等[15]發(fā)現(xiàn)鉤藤還可通過作用于5-羥色胺能神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮抗焦慮作用。此外還有研究[16]發(fā)現(xiàn)異鉤藤堿、鉤藤堿、異柯諾辛因堿、縫籽嗪甲醚、柯楠因堿、二氫柯楠因堿、翅柄鉤藤堿和異翅柄鉤藤堿均可以分別與不同亞型的5-HT受體結(jié)合。上述研究揭示了鉤藤息風(fēng)定驚功效的物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機(jī)理。

鉤藤在心血管方面的臨床應(yīng)用是與天麻配伍治療肝陽上亢型高血壓，其發(fā)揮降壓作用的生物堿為鉤藤堿和異鉤藤堿，主要以異鉤藤堿的作用為最佳[17]。有研究[18]顯示其對心血管系統(tǒng)作用廣泛，不僅能降血壓，還能抑制心率和房室傳導(dǎo)，抑制血小板聚集和血栓的形成，抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡等。本研究發(fā)現(xiàn)其心血管藥理作用主要基于腎素-血管緊張素系統(tǒng)、補(bǔ)體和凝血級聯(lián)以及鈣信號通路。即通過作用于腎上腺素能受體（ADRA）、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）、人血管緊張素Ⅱ受體（AGTR）等靶點(diǎn)來治療高血壓、心力衰竭等疾?。煌ㄟ^作用于凝血因子2、3、7、10等來治療凝血、血栓栓塞性疾病。宋純清等[19]研究表明大葉鉤藤中的鉤藤堿、異鉤藤堿、鉤藤總堿及非生物堿部分均有減壓作用。楊運(yùn)姣等[20]證實(shí)鉤藤可以降低血漿中血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）和內(nèi)皮素（ET）的水平，提高降壓基因相關(guān)肽（CGRP）的活性，調(diào)節(jié)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)而產(chǎn)生明顯降壓作用。

此外，鉤藤的疾病表型分析顯示其能治療多種疼痛性疾病，張興燊等[21-22]實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)古鉤藤水煎劑、醇提液均有鎮(zhèn)痛和抗炎作用，能降低毛細(xì)血管的通透性，抑制由二甲苯所引起的炎癥反應(yīng)，減輕小鼠耳廓腫脹。結(jié)合本研究鉤藤靶點(diǎn)富集到TRP通道的炎癥介質(zhì)調(diào)控、吞噬體2條炎癥信號通路，以及作用于中樞阿片受體（OPRM，OPRD，OPRK）、大麻素i型受體基因（cnr1）受體，推測其可能通過外周抗炎和中樞鎮(zhèn)痛兩方面機(jī)制來治療疼痛性疾病。

總之，鉤藤成分復(fù)雜，藥理作用多樣。本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)，初步闡明了其在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和鎮(zhèn)痛等方面的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及分子機(jī)制，為鉤藤的臨床應(yīng)用及開發(fā)提供了新的思路和依據(jù)。

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PHARMACOLOGICAL MECHANISM OF HOOKVINE BASED ON THE BATMAN-TCM ANALYSIS PLATFORM ON LINE

DUAN Kai-xuan1，LUO Wen-hao2，LUO Qiong1，*WANG Bo-long1

(1. School of Chemical and Biological Engineering, Yichun University, Yichun, Jiangxi 336000，China;2. Guanghua School of Stomatology, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510080, China)

: To study the main active ingredients and pharmacological mechanism of hookvine from the perspective of network pharmacology.: Chemical constituents of hookvine were extracted from BATMAN-TCM database. Score cutoff ≥ 30 and≤ 0.05 were used to screen active constituents and action targets. Signal pathways and diseases of target enrichment were analyzed. Active components-target- pathway-disease network was constructed to predict the multidimensional pharmacological mechanism of hookvine.: 23 major active components such as rhynchophylline, irradiata, and kadanbin base were obtained. These components can act on 21 core targets such as DRD2(dopamine receptor D2), HTR1A(serotonin receptor 1A), HTR1B (serotonin receptor 1B), SLC18A2, etc; active ingredients can associat with 11 pathways such as cell gap junction, neuroactive ligand-receptor interaction, and calium signaling pathway; it can treat 21 related diseases such as pain, cardiovascular system and nervous system. The mechanism of “multi-component-multi-target-multi-pathway” of hook-vine can be further verified.: In this study, the main active components, related pathways and various pharmacological mechanisms of hookvine were discussed from the perspective of network pharmacology, which laid a foundation for further exploration of its mechanism of action.

hookvine; network pharmacology; active ingredients; pharmacological effects; action target

R285.5

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2019.02.017

1674-8085(2019)02-0091-06

2018-11-17；

2018-12-26

段凱旋(1994-)，女，河北保定人，碩士生，主要從事臨床藥學(xué)、藥理學(xué)等研究(E-mail:2463365047@qq.com);

羅文浩(1998-），男，江西吉安人，中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院口腔專業(yè)2016級本科生(E-mail:1160581696@qq.com);

羅 瓊(1996-)，女，江西宜春人，宜春學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院藥學(xué)專業(yè)2015級本科生(E-mail:1842063821@qq.com);

*王博龍(1977-)，男，陜西扶風(fēng)人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事藥物臨床前藥理研究及臨床有效性與安全性評價(jià)(E-mail:wblong77@126.com).