整合藥理學(xué)視角下的紅花治療冠心病作用機(jī)制研究

鄭思成　滑振　王群　劉悅　張帆　張哲　賈連群　楊關(guān)林

摘要 目的：基于整合藥理學(xué)探究紅花治療冠心病的潛在分子機(jī)制。方法：以“紅花”，“Coronary heart disease”為限定詞，借助整合藥理學(xué)平臺(tái)，通過挖掘紅花活性成分及其相關(guān)作用靶標(biāo)，與CHD潛在的靶點(diǎn)、分析其相關(guān)的信號(hào)通路，構(gòu)建“中藥-成分-靶標(biāo)-通路”多位網(wǎng)絡(luò)，從多角度、多層次探索紅花治療CHD的潛在分子機(jī)制。結(jié)果：紅花對(duì)CHD的干預(yù)作用可能與多種化合物相關(guān)，主要集中于紅色的和黃色的色素和多酚類成分。從關(guān)鍵靶標(biāo)與作用通路可以看出，紅花治療CHD的主要作用于COX7C、COX5A、GCK、ATP5A1、COX5B基因等，涉及能量代謝、氧化磷酸化、循環(huán)系統(tǒng)等信號(hào)通路。結(jié)論：紅花是通過多分子、多靶點(diǎn)、多信號(hào)通路共同作用來發(fā)揮治療CHD的作用，為今后為進(jìn)一步系統(tǒng)的研究其基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及為新藥的研制提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 整合藥理學(xué);紅花;冠心病;分子機(jī)制

Study on the Mechanism of Safflower in the Treatment of Coronary Heart Disease from the Perspective of Integrated Pharmacology

Zheng Sicheng1，2，Hua Zhen 1，Wang Qun1，2，3，4，Liu Yue5，Zhang Fan5，Zhang Zhe5，Jia Lianqun3，4，Yang Guanlin1，3，4

（1 Graduate school，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110847，China; 2 First clinical college，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine， Shenyang 110847，China; 3 Key Laboratory for TCM Viscera-State Theory and Applications of Major Scientific Research Platform under Ministry of Education，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110847，China; 4 XHNB national and local joint engineering laboratory of integrated Chinese and western medicine and prevention technology，Shenyang 110847，China; 5 Affiliated Hospital of Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110032，China）

Abstract Objective：To explore the potential molecular mechanism of safflower treatment of coronary heart disease based on integrated pharmacology.Methods：Using “Safflower” and “Coronary heart disease” as the qualifiers，this study explores the active constituents of safflower and their related targets based on the integrated pharmacology platform.It also explores the potential targets of CHD and analyzes its related signal pathways.This study constructs the “Chinese medicine ingredient target” in order to explore the potential molecular mechanism of safflower treatment of CHD from multiple perspectives.Results：It was found that the intervention of safflower to CHD may be related to a variety of compounds，mainly in red and yellow pigments and polyphenols.From the key target and action pathway，it can be seen that safflower CHD is mainly used in COX7C，COX5A，GCK，ATP5A1 and COX5B genes，including the signal pathways such as energy metabolism，oxidative phosphorylation and circulatory system.Conclusion：The safflower plays a role in the treatment of CHD through multi-molecule，multi-target and multi-signal pathways，and provides a theoretical basis for further systematic research and clinical application as well as providing a certain reference value for the development of new drugs.

Key Words Integrated pharmacology;Safflower;Coronary heart disease;Molecular mechanism

中圖分類號(hào)：R256.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.09.063

冠心?。–oronary Htherosclerotic Heart Disease，CHD）是一類臨床常見的疾病，具有高發(fā)病率、高死亡率的特點(diǎn)[1]。根據(jù)我國(guó)《中國(guó)心血管病報(bào)告2017》顯示，中國(guó)心血管病患病率目前呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)，推算心血管病現(xiàn)患人數(shù)2.9億，其死亡人數(shù)占居民疾病死亡構(gòu)成40%以上，仍居首位，高于腫瘤等其他嚴(yán)重疾病，有研究表明，農(nóng)村居民心臟病死亡率超過城市居并逐年上升[2]。目前，CHD的治療趨向多樣化，但仍舊以抗血小板、降脂、控制血壓等治療為主[3]。越來越多的證據(jù)表明，在現(xiàn)代療法之上加之中藥治療，效果更佳。

近年來以紅花為主體所開展的臨床及實(shí)驗(yàn)研究越來越多的引起人們的關(guān)注，包括紅花黃色素、紅花注射液、谷紅注射液等等的中藥制劑，大量的Meta分析文章[4-6]顯示紅花類藥物對(duì)改善CHD患者的預(yù)后、改善患者的癥狀以及防止復(fù)方等方面具有一定的作用，且安全性良好。紅花為菊科紅花的干燥花，其味辛，性溫，歸心、肝之經(jīng)，具有活血通經(jīng)，散瘀止痛之功效。臨床多用于痛經(jīng)、產(chǎn)后瘀滯腹痛、心腹疼痛等癥。多項(xiàng)基礎(chǔ)研究及臨床試驗(yàn)表明，紅花可單味或作為主藥與其他藥材合用組成復(fù)方用于治療冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、高血脂癥、CHD心絞痛等心血管疾病領(lǐng)域[7-9]，且療效頗佳，臨床應(yīng)用廣泛。紅花類中成藥，在多個(gè)中醫(yī)診療的指南及專家共識(shí)中多推薦使用。

中藥整合藥理學(xué)計(jì)算平臺(tái)是基于大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下通過整合分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算科學(xué)等學(xué)科來實(shí)現(xiàn)完成“一鍵式”分子作用疾病的相關(guān)數(shù)據(jù)的挖掘及探究工作[10]。該平臺(tái)包括中藥、中藥成分、方劑庫、疾病/癥狀靶標(biāo)4種數(shù)據(jù)庫。通過構(gòu)建“中藥方劑-化學(xué)成分-作用靶標(biāo)-疾病靶標(biāo)-信號(hào)通路”多維網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)可視化，從而更加直觀的揭示組方、中藥或其活性成分作用于疾病的具體分子機(jī)制。本研究借助整合藥理學(xué)平臺(tái)，通過綜合分析紅花的活性成分、相關(guān)靶點(diǎn)及作用于CHD的信號(hào)通路，探討“紅花—CHD”之間潛在的分子機(jī)制，為臨床及基礎(chǔ)相關(guān)研究提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 紅花化學(xué)成分 以“紅花”為限定詞，在TCMIP（http：//www.tcmip.cn/）的“中藥材數(shù)據(jù)庫”中進(jìn)行檢索并收集其相關(guān)的所有化學(xué)成分，建立“紅花—化學(xué)成分”數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

1.2 候選靶標(biāo) 以“coronary heart disease”為關(guān)鍵詞，檢索“疾病/癥狀靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫”中所有靶標(biāo)，同時(shí)通過“中藥靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫”對(duì)紅花進(jìn)行靶標(biāo)的預(yù)測(cè)，取相似性分?jǐn)?shù)Score≥0.8對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行篩選，其結(jié)果作為候選靶標(biāo)。

1.3 靶標(biāo)預(yù)測(cè) TCMIP使用開源軟件OpenBabel來提取MACCS（molecular ACCess system）分子指紋特征。采用二維結(jié)構(gòu)進(jìn)行相似性搜索，然后采用Tanimoto系數(shù)定義的相似度計(jì)量方法，通過與FDA上市藥物進(jìn)行相似性打分，相似性系數(shù)score≥0.8為相似性藥物，并提取潛在作用靶標(biāo)。

1.4 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI） 由于TCMIP中鑲嵌了DIP，Reactome，PDZBase，HPRD，OPHID，HAPPI，InAct，MINT等蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)，因此可直接獲得紅花與CHD之間潛在靶標(biāo)的蛋白質(zhì)相互作用信息（PPI）。

1.5 靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析 通過TCMIP中“網(wǎng)絡(luò)分析”模塊，針對(duì)紅花作用的潛在靶標(biāo)與CHD疾病靶標(biāo)之間的PPI信息計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣髦?，以“?jié)點(diǎn)連接度（Degree）”的2倍中位數(shù)為卡值，選取中藥靶標(biāo)-疾病基因互作網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)（hubs）;在此基礎(chǔ)上，以“degree”“節(jié)點(diǎn)緊密度（Closeness）”和“節(jié)點(diǎn)介度（Betweenness）”的中位數(shù)為卡值，選取同時(shí)滿足3個(gè)卡值的節(jié)點(diǎn)作為紅花的潛在靶標(biāo)-CHD疾病靶標(biāo)的關(guān)鍵靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。之后，通過對(duì)關(guān)鍵靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行通路富集分析，構(gòu)建“中藥-成分-靶標(biāo)-通路”的可視化多維網(wǎng)絡(luò)。

1.6 基因功能和通路富集分析 TCMIP中借助基因本體論（Gene Ontology，GO）、京都基因和基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）進(jìn)行GO注釋分析及相關(guān)通路的富集分析[10]，可得到相應(yīng)的分子學(xué)功能、生物學(xué)過程、細(xì)胞學(xué)組分以及紅花治療CHD的相關(guān)通路，并選取代表性的條目信息展示。

2 結(jié)果

2.1 紅花化學(xué)成分及靶標(biāo)預(yù)測(cè) 共收集46個(gè)紅花的化學(xué)成分，主要包括色素類、多酚類成分、揮發(fā)性成分等。并根據(jù)以上活性成分，共預(yù)測(cè)出578個(gè)相關(guān)靶標(biāo)。候選靶標(biāo)GO基因注釋結(jié)果顯示，其功能主要涉及到電壓門控鈉通道活性（voltage-gated sodium channel complex）與心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的關(guān)系（relationship with cardiac muscle cell action potential）、鈉離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（sodium ion transmembrane transport）、氫離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（hydrogen ion transmembrane transport）等條目。見表1。對(duì)紅花的候選靶標(biāo)進(jìn)行KEGG通路富集分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)果涉及到有氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）、能量代謝（Energy metabolism）、循環(huán)系統(tǒng)（Circulatory system）、脂質(zhì)代謝（Lipid metabolism）、脂肪酸代謝（Fatty acid metabolism）等信號(hào)通路。

2.2 紅花治療CHD的核心網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo) 應(yīng)用TCMIP平臺(tái)中的“網(wǎng)絡(luò)分析”模塊，構(gòu)建“紅花-CHD”靶標(biāo)的PPI網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣髦涤?jì)算，篩選出紅花治療CHD的關(guān)鍵作用靶標(biāo)。見圖1。節(jié)點(diǎn)的大小與degree成正比。

2.3 紅花治療CHD關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)的GO功能分析 通過應(yīng)用GO功能富集分析，可見紅花治療CHD關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)基因功能主要涉及線粒體（mitochondrion）、線粒體內(nèi)膜（mitochondrial inner membrane）、ATP的生物合成過程（ATP biosynthetic process）、線粒體ATP合成的耦合質(zhì)子運(yùn)輸（mitochondrial ATP synthesis coupled proton transport）、線粒體基質(zhì)（mitochondrial matrix）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）等多個(gè)功能條目。見表3。

2.4 紅花治療CHD關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)的KEGG通路富集分析 通過應(yīng)用TCMIP平臺(tái)中的KEGG通路富集分析，可見紅花治療CHD關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)可涉及氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）、能量代謝（Energy metabolism）、循環(huán)系統(tǒng)（Circulatory system）等多條通路。見表4。

2.5 紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標(biāo)-通路”多維網(wǎng)絡(luò)分析 利用TCMIP平臺(tái)構(gòu)建紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標(biāo)-通路”多維網(wǎng)絡(luò)。見圖2。結(jié)果表明，紅花治療CHD是多種活性成分協(xié)同調(diào)控多種信號(hào)通路而發(fā)揮作用的，主要包括色素類和多酚類成分。此外，從關(guān)鍵靶標(biāo)與相關(guān)信號(hào)通路可以看出，紅花各有效成分是通過COX5A、GCK、ATP5A1、COX5B等相關(guān)靶標(biāo)基因起作用，且有氧化磷酸化、能量代謝、脂肪酸降解、色氨酸代謝、心肌收縮、循環(huán)系統(tǒng)、脂質(zhì)代謝等信號(hào)通路的參與。推測(cè)該藥通過調(diào)節(jié)氧化磷酸化、能量代謝、循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)通路來延緩CHD的發(fā)生與發(fā)展。

3 討論

TCMIP平臺(tái)基于中醫(yī)藥大數(shù)據(jù)，從人工智能、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、數(shù)據(jù)模型及挖掘的角度出發(fā)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)信息整合和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法，通過分析中藥材的多種活性成分與疾病之間相關(guān)靶標(biāo)和信號(hào)通路的關(guān)系，揭示中藥活性成分的物質(zhì)基礎(chǔ)及分子作用機(jī)制?；谝陨系难芯炕A(chǔ)，結(jié)合傳統(tǒng)中醫(yī)“整體觀”思想以及現(xiàn)代“整合藥理學(xué)”方法，預(yù)測(cè)中藥活性成分及靶點(diǎn)、相關(guān)疾病靶點(diǎn)、信號(hào)通路等信息，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行整合分析，構(gòu)建紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標(biāo)-通路”多維網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)出中藥材的多成分、多靶點(diǎn)、多機(jī)制、協(xié)同作用的特點(diǎn)[11-12]。

CHD的病理機(jī)制復(fù)雜多樣，是多種復(fù)雜因素相互作用的結(jié)果，“損傷反應(yīng)假說”已為人們所公認(rèn)的病理變化過程，導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈的狹窄，引起供需之間的失衡導(dǎo)致心絞痛的發(fā)生。既往多項(xiàng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及臨床研究表明中藥在治療CHD的發(fā)病各個(gè)環(huán)節(jié)均可起到積極作用，并可改善患者的預(yù)后，其中紅花類中成藥研究眾多。王凱紅[7]通過研究發(fā)現(xiàn)紅花注射液具有延長(zhǎng)APTT的作用，并對(duì)DPPH有較強(qiáng)的清除活性，具有體外抗凝血及抗氧化活性的作用，物質(zhì)基礎(chǔ)為多酚類物質(zhì)。石小燕[13]等采用紅花提取物紅花醌苷作用于大鼠心肌缺血再灌注模型，發(fā)現(xiàn)紅花醌苷可激活機(jī)體的抗凋亡通路，進(jìn)而降低缺血再灌注損傷所造成的細(xì)胞凋亡水平，心功能得到改善。許香梅[14]等通過隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)114例不穩(wěn)定型心絞痛（血瘀證）患者進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)紅花黃色素組可顯著降低心絞痛癥狀、SV、CO、CI及EF優(yōu)于對(duì)照組。

本研究基于TCMIP平臺(tái)研究結(jié)果表明，紅花中多個(gè)有效成分可針對(duì)多個(gè)治療靶點(diǎn)，通過多條通路而起到延緩CHD病變及改善癥狀的作用，紅花治療CHD的主要作用于OX7C、PRKAA2、ATP1A1、COX5A基因等，涉及循環(huán)系統(tǒng)、氧化磷酸化、能量代謝、內(nèi)分泌系統(tǒng)、甲狀腺激素信號(hào)通路、促性腺激素釋放激素信號(hào)通路、雌激素信號(hào)通路、縫隙連接、催產(chǎn)素信號(hào)通路等多條通路等。本研究的結(jié)果部分已經(jīng)得到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等的證實(shí)，但更多的是為進(jìn)一步系統(tǒng)的研究紅花治療CHD的基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及研究方向，同時(shí)也為新藥的研制提供一定的理論依據(jù)。雖然目前紅花應(yīng)用到臨床，并取得一定的療效，但本研究只是基于大數(shù)據(jù)信息下的應(yīng)用整合藥理學(xué)所預(yù)測(cè)出來的結(jié)果，具體應(yīng)用于臨床或其他領(lǐng)域仍值得我們?nèi)ド钊胙芯俊?/p>

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（2019-04-30收稿 責(zé)任編輯：王明）