網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用進展

王凱 宋敏,2* 劉濤 文皓楠 鞏彥龍 張亞彬

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000

2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730020

3.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州730050

骨質(zhì)疏松癥 (osteoporosis,OP) 是各種因素導(dǎo)致的慢性、增齡性全身疾患，以骨代謝紊亂、骨微結(jié)構(gòu)破壞為主要特征，由于骨量流失、骨強度降低，后期極易并發(fā)重要部位的脆性骨折[1]。隨著人口老齡化程度的不斷加劇，OP的發(fā)病呈逐年上升趨勢，現(xiàn)已成為世界排名第七位的常見疾病[2]。研究表明，全球OP患者人數(shù)已超過2億。而在中國，40歲以上人群中，約有1.12億人罹患該疾病，其高居不下的致殘、致死率嚴(yán)重影響患者身心健康，是世界各國面臨的重要公共衛(wèi)生問題[3]。針對OP發(fā)病過程中骨形成與骨破壞之間失衡的病理特點，西藥是在補充鈣劑與維生素D的基礎(chǔ)上[4]，從抑制骨吸收和促進骨生成兩方面進行有效的抗OP治療，目前使用的藥物存在著不同程度的毒副反應(yīng)[5]。研究[6-7]顯示，中藥及其復(fù)方具有整體調(diào)節(jié)的作用，可調(diào)控激素水平、提高機體免疫力，抑制氧自由基過度生成，促使骨密度增加，使破壞的骨小梁顯微結(jié)構(gòu)得到改善和修復(fù)，有效地緩解患者臨床癥狀，在OP的防治方面療效確切，安全性高，具有獨特的優(yōu)勢，但其具體的作用機制尚未明確。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展應(yīng)用，從靶點-生物信號網(wǎng)絡(luò)角度進行深入剖析，在中醫(yī)藥防治OP的研究領(lǐng)域具有重要意義。本文就此展開綜述，為中醫(yī)藥防治OP提供客觀的分子學(xué)基礎(chǔ)。

1 中藥及復(fù)方治療OP的研究

根據(jù)中醫(yī)古典醫(yī)籍的記載和描述，OP當(dāng)屬中醫(yī)學(xué)“骨痿”“骨極”“骨枯”等范疇[8]。如《素問·痿論》 曰：“腎主身之骨髓……腎氣熱……骨枯而髓減，發(fā)為骨痿”[9]，《普濟方》曰：“夫骨極之病本于腎臟中風(fēng)……風(fēng)邪中其臟則傷骨，故為骨極”[10]，《脾胃論·脾胃勝衰論》曰:“大抵脾胃虛弱……則骨乏無力……令人骨髓空虛，足不能履地”[11]等，充分說明OP的發(fā)生是臟腑失調(diào)的體現(xiàn)[12]，“脾腎虧虛，骨削肉減，髓空骨枯，骨肉不親”是其主要的發(fā)病機制[13]。脾胃虛弱則氣血生化乏源，腎元虧損則鼓舞推動無力而致氣血失調(diào)、脈絡(luò)不利也是OP重要的發(fā)病因素[14]，辨證施治中不可忽視脈絡(luò)瘀痹、骨肉失養(yǎng)對本病發(fā)展轉(zhuǎn)歸的影響[15]。因此，從補腎健脾、益精填髓、補氣活血角度立法是中醫(yī)治療OP的核心理念[16]。中藥及其復(fù)方具有多靶點、多系統(tǒng)的調(diào)控作用[17]，遵循中醫(yī)學(xué)辨證論治的傳統(tǒng)診療思維在OP的防治中對機體進行整體調(diào)節(jié)具有獨特優(yōu)勢，是近年來研究的熱點。隨著研究水平的不斷提升，發(fā)現(xiàn)淫羊藿、熟地黃、當(dāng)歸、杜仲、補骨脂等補腎健骨、活血化瘀類中藥可以改善OP的生物力學(xué)性能[18]，提高骨強度，降低疏松性骨折的發(fā)生風(fēng)險，是抗OP的首選藥物[19]。其主要的機制是通過PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、BMP-Smads及MAPK等信號通路促進成骨細(xì)胞的增殖分化[20]；通過刺激OPG/RANKL/RANK、雌激素、CTSK等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來抑制破骨細(xì)胞的活性[21]；通過調(diào)節(jié)IL-6、M-CSF、TGF-β、OPG、BMP等細(xì)胞因子的分泌和合成來調(diào)整骨微環(huán)境的紊亂[22]，從而達到調(diào)節(jié)骨平衡的目的。中藥復(fù)方主要以益腎健脾、補氣行血、通絡(luò)止痛為治則，補腎活血方、養(yǎng)血固腎湯、仙靈骨葆膠囊、骨疏康等復(fù)方可針對OP的病理因素[23]，從根本上緩解患者癥狀。由于中藥及其復(fù)方活性成分復(fù)雜，作用靶點多樣廣泛，所以目前在中醫(yī)藥防治OP方面的研究還是延續(xù)傳統(tǒng)的單一靶點對應(yīng)模式，并沒有實質(zhì)性的突破[24]，其多系統(tǒng)、多靶點的綜合調(diào)控作用還需進一步闡明。隨著近幾年網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的興起，這種技術(shù)方法的應(yīng)用為構(gòu)建中藥生物網(wǎng)絡(luò)提供了參考思路和文獻基礎(chǔ)。

2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)藥防治OP中的應(yīng)用進展

2007年，Yildirim等[25]將藥物與基因蛋白之間相互作用的數(shù)據(jù)進行分析集成，發(fā)現(xiàn)大部分藥物并不是直接作用于疾病的相關(guān)蛋白，而是通過間接調(diào)節(jié)發(fā)揮作用，從而提出了網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)。同年Hopkins[26]在此基礎(chǔ)上首先提出了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)(network pharmacology)的概念，并對其具體的研究方法進行了論述。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是指在系統(tǒng)生物學(xué)理論的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)分析，以選取特定信號節(jié)點(Nodes)進行多靶點藥物分子設(shè)計的新學(xué)科[27]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)強調(diào)對信號通路的多途徑調(diào)節(jié)，提高藥物的治療效果，降低毒副作用，從而提高新藥臨床試驗的成功率，節(jié)省藥物的研發(fā)費用。在大數(shù)據(jù)背景下，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是通過多學(xué)科的交叉來構(gòu)建“藥物-基因-靶點-疾病”的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，以揭示藥物作用靶點的多樣性，并通過多個靶點之間的交互作用而產(chǎn)生增效減毒的效應(yīng)[28]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)從多維角度去研究問題的理念，與中醫(yī)學(xué)的核心思想、整體觀念不謀而合，為證實中醫(yī)藥防治OP的多靶點作用機制提供了科學(xué)依據(jù)。

2.1 單味中藥

李嘉程等[29]在TCMSP數(shù)據(jù)庫中檢索到杜仲相應(yīng)成分共94個，以口服生物利用度(oral bioavailability,OB)與藥物相似性(drug-likeness,DL)作為參數(shù)篩選了25個入血活性成分，獲得預(yù)測靶點101個；將活性成分與預(yù)測靶點采用Cytoscape 3.2.1進行構(gòu)建分析，發(fā)現(xiàn)有123個節(jié)點，270個關(guān)系；在5個國際公認(rèn)的數(shù)據(jù)庫中檢索到與OP發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的基因靶點有356個，運用Biso Genet插件與Cytoscape構(gòu)建杜仲作用靶點與疾病蛋白的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，通過Cyto NC插件分析篩選出關(guān)鍵基因232個；利用Clue GO插件對232個關(guān)鍵基因進行功能富集分析后發(fā)現(xiàn)杜仲可直接作用于OP關(guān)鍵節(jié)點涉及的NF-kappa B、Wnt、Fox O等信號通路，還對甲狀腺素、P13 K-Akt、雌激素、GnRH等信號通路具有調(diào)控作用。李剛等[30]通過同樣的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)，將淫羊藿入血的23個活性成分與101個預(yù)測靶點進行構(gòu)建分析，獲得110個節(jié)點，230個關(guān)系；將淫羊藿的作用靶點與疾病相關(guān)靶點映射到蛋白相互作用的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，通過Cyto NC插件進行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊蠛Y選到221個關(guān)鍵基因；利用Clue GO富集分析了這221個關(guān)鍵基因，顯示淫羊藿可直接作用于OP關(guān)鍵節(jié)點涉及的Wnt、TGF-β、Notch等信號通路，同時還可對PI3K-Akt、VEGF、甲狀腺素等信號通路進行調(diào)控。

2.2 中藥復(fù)方

徐森楠等[31]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)采用Autodock 4.0軟件，將二至丸的活性分子與OP相關(guān)的36個相關(guān)靶基因進行分子對接，利用Cytoscape 3.6.0進行構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)二至丸中21個成分與細(xì)胞色素P450氧化還原酶(cytochrome P450 oxidoreductase,POR)、細(xì)胞色素P450 17α-1 (cytochrome P450 family 17 subfamily A member 1,CYP17 A1)、甲狀旁腺素(parathyroid hormone,PTH)等35個靶蛋白對接較好，靶蛋白主要集中于HIF-1、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、甲狀腺素等15條信號通路。梁學(xué)振等[32]結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與生物信息學(xué)對補腎活血膠囊活性成分的作用靶點與OP的靶點進行了深層次挖掘，在TCMSP數(shù)據(jù)庫中檢索到補腎活血膠囊相關(guān)成分1 186個，根據(jù)OB和DL值篩選出249個入血活性成分，獲得145個預(yù)測靶點；將活性成分與預(yù)測靶點采用Cytoscape 3.2.1進行構(gòu)建分析，獲得201個節(jié)點，982個關(guān)系；利用Biso Genet插件與Cytoscape將補腎活血膠囊作用靶點與OP相關(guān)的356個靶點基因映射到蛋白的相互作用關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，通過Cyto NC插件進行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊Y選到229個關(guān)鍵基因；對這229個關(guān)鍵節(jié)點利用Clue GO富集分析后顯示補腎活血膠囊除直接作用于OP關(guān)鍵節(jié)點涉及的Wnt、TGF-β、Notch等信號通路，還對PI3K-Akt、VEGF、甲狀腺素等信號通路同時進行調(diào)控。

2.3 藥食同用類中藥

丁燕等[33]借助網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)對茯苓、蓮子、枸杞子、山藥、大棗等15味藥食同源的中藥進行了化合物-靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，以期篩選出具有抗OP活性的藥物，并明確具有類雌激素樣作用的具體成分。最后發(fā)現(xiàn)這15種藥食同源的中藥共有1 502種化學(xué)成分，12味中藥的361個化學(xué)成分為活性成分，所占比例為24%，所有活性成分中能與11個中藥雌激素樣作用靶標(biāo)相互作用的有336個，說明這12味中藥具有潛在抗OP的活性。其中黑芝麻與枸杞的潛在活性成分與靶標(biāo)作用最密切，青果、山楂、甘草、蓮子的活性成分可與靶標(biāo)高度連接，這項研究[34]為OP患者建立科學(xué)合理的營養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)提供了新的思路和理論依據(jù)。

3 前景展望

基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)可以科學(xué)地解釋中藥及其復(fù)方治療疾病的分子生物學(xué)機制，進而為中醫(yī)整體觀念指導(dǎo)下的多系統(tǒng)、多靶點診療模式提供有力證據(jù)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)目前在中醫(yī)藥防治OP領(lǐng)域的應(yīng)用還是不太廣泛，但相信在大數(shù)據(jù)背景下，通過這樣一個獨特平臺將為中醫(yī)藥防治OP的具體作用機制提供多維化視角，更有利于中醫(yī)藥的傳承、創(chuàng)新與發(fā)展。無論是對后續(xù)研究的指導(dǎo)，還是對臨床思路的拓展，都具有重要意義。