基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的梔子-川芎藥對抗抑郁實驗研究

李筱楠,雍淇文,張 銘,姚文靜,王佳豪,馮 強,王 娜*,王俊霞*,崔力劍

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,石家莊 050000； 2.河北醫(yī)科大學(xué),石家莊 050000；3.寧晉縣中西結(jié)合醫(yī)院檢驗科,河北 邢臺 055550； 4.河北中醫(yī)學(xué)院,石家莊 050000)

抑郁癥(major depressive disorder, MDD)是以顯著而持久的心境低落、思維遲緩和認(rèn)知功能損害為主要臨床癥狀的疾病[1]。 據(jù)WHO 統(tǒng)計:2005 到2015 十年間,全球抑郁癥患者人數(shù)增長18.4%,已達3.22 億。 抑郁癥會導(dǎo)致患者有自殺、自殘等行為,目前每年約80 萬人因此自殺,同時抑郁癥也是全球首要致殘因素。 可見抑郁癥已經(jīng)成為嚴(yán)重的全球性公共衛(wèi)生問題[2]。 中國的抑郁癥患病率為4.2%,屬于高患病率國家之一[3]。

長期以來,傳統(tǒng)藥物治療一直是對抗抑郁癥的重要手段,而中藥抗抑郁效果尤為突出。 根據(jù)一項薈萃分析研究顯示,單獨采用中藥治療抑郁癥的效果優(yōu)于安慰劑,與化藥相當(dāng),且副作用發(fā)生率比化藥少[4]。

由蒼術(shù)、香附、川芎、神曲、梔子組成的經(jīng)典方劑越鞠丸,始載于元代著名醫(yī)家朱震亨的《丹溪心法》——“越鞠丸,解諸郁”。 現(xiàn)代臨床和藥理學(xué)研究均表明,越鞠丸具有抗抑郁活性[5]。 有學(xué)者對越鞠丸依次拆方,將不同中藥藥對組合,并通過動物實驗對其進行抗抑郁作用的篩選,結(jié)果發(fā)現(xiàn)梔子—川芎組合為越鞠丸發(fā)揮抗抑郁作用的關(guān)鍵藥對,且川芎能夠提高梔子的抗抑郁效果[6-7],但梔子-川芎藥對的抗抑郁物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機制還鮮有報道。本文擬采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法,對梔子-川芎抗抑郁的主要功效成分及其作用機制進行探討,以期揭示梔子-川芎在越鞠丸中配伍的科學(xué)內(nèi)涵。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

5 周齡雄性ICR 小鼠,224 只,體重23 ～25 g,SPF 級,購于河北醫(yī)科大學(xué)動物學(xué)部[SCXK(冀)2018-004],飼養(yǎng)條件:恒溫(23±2)℃,恒濕(60±5)%,光暗周期循環(huán)(12/12 h),分籠飼養(yǎng),自由攝取食物及水,飼養(yǎng)于河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康研究實驗動物公共服務(wù)平臺[SYXK(冀)2018-0008]。 所涉及的實驗獲得河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(NO IACUC-Hebmu-2019004),并根據(jù)3R 原則對實驗動物的飼養(yǎng)及使用給予人道關(guān)懷。

1.2 主要試劑

丁基苯酞、Jasminoside J、Gardenal-I、4-methoxylphenethyl-butyl ether、由實驗室自制；鹽酸氟西汀購于上海源葉生物科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 化學(xué)成分的收集與整理

通過Web of Science,CNKI,Sciencedirect 等數(shù)據(jù)庫進行文獻檢索,收集到梔子中的化學(xué)成分219個,川芎121 個。 然后采用ChemBioDraw Ultra 14.0繪制所有化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)式,保存為cdx 格式。 再采用OpenBable 2.4.1 將cdx 格式轉(zhuǎn)換為SMILE 格式,備用。

1.3.2 類藥性分析

類藥性是口服中藥成分的重要參數(shù),本文將上述收集得到的梔子-川芎藥對的化合物導(dǎo)入Swiss ADME,預(yù)測其吸收性質(zhì),并篩選出符合類藥性五原則的化合物(即Lipinski #violations=0)。

1.3.3 化合物作用靶點的預(yù)測

將梔子-川芎中符合類藥性五原則的化合物導(dǎo)入Swiss Target Prediction 數(shù)據(jù)庫(http:/ /www.swisstargetprediction.ch/),進行化合物的作用靶點分析。 下載包含靶標(biāo)預(yù)測結(jié)果的數(shù)據(jù)文件,備用。

1.3.4 梔子-川芎抗抑郁的相關(guān)作用靶點篩選

在GeneCards 數(shù)據(jù)庫(http:/ /www.genecards.org/)中檢索與抑郁癥相關(guān)的疾病靶點(relevance score＞150),并將上述靶點與梔子-川芎的化合物作用靶點進行匹配,相同的靶點即被認(rèn)為是梔子-川芎抗抑郁活性成分的潛在作用靶點。

1.3.5 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

將梔子-川芎抗抑郁活性成分的潛在作用靶點導(dǎo)入String 數(shù)據(jù)庫(https:/ /string-db.org/),進行蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析,分析結(jié)果保存為TSV 格式文件,保存文件中的node1、node2 和Combined score等信息,然后導(dǎo)入Cytoscape Version 3.7.0 進行蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析,根據(jù)degree 值對梔子川芎抗抑郁的關(guān)鍵靶點進行預(yù)測。

1.3.6 梔子-川芎抗抑郁關(guān)鍵靶點的信號通路分析

采用Cytoscape Version 3.7.0 軟件中的cluego插件,對梔子-川芎藥對的關(guān)鍵抗抑郁作用靶點進行KEGG 信號通路分析,設(shè)定閾值P＜0.05。

1.3.7 梔子-川芎藥對化學(xué)成分-作用靶點-信號通路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

將梔子-川芎抗抑郁的關(guān)鍵靶點、與關(guān)鍵抗抑郁靶點相對應(yīng)的抗抑郁活性成分以及抗抑郁關(guān)鍵靶點的信號通路,導(dǎo)入Cytoscape Version 3.7.0 軟件,構(gòu)建梔子-川芎抗抑郁活性成分-作用靶點-信號通路網(wǎng)絡(luò)。 在該作用網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點分別代表活性成分、作用靶點或信號通路,邊代表活性成分-作用靶點、作用靶點-信號通路相連接,若與活性成分相對應(yīng)的作用靶點在某一信號通路中,也將該活性成分與該信號通路以邊相連接。

1.3.8 實驗動物分組及給藥

強迫游泳實驗和懸尾實驗各采用224 只小鼠,隨機分為28 組,每組8 只,分別為空白對照組(蒸餾水),陽性對照組鹽酸氟西汀(10 mg/kg),丁基苯酞組(10、 30、 90 mg/kg), Gardenal-I 組(50、 100、 200 mg/kg),Jasminoside J 組(10、30、90 mg/kg),4-methoxyl-phenethyl-butyl ether 組(10、30、90 mg/kg)。依據(jù)文獻[6-7]及前期預(yù)實驗結(jié)果,實驗動物連續(xù)灌胃給予相應(yīng)藥物14 d。

1.3.9 小鼠懸尾實驗

在第14 天,小鼠灌胃給藥60 min 后,用膠帶將小鼠懸于距地面50 cm 處的尾部,膠帶貼于距尾部1 cm 處。 開始時小鼠頭部可上下左右擺動,一段時間后因失望而使活動減少,即出現(xiàn)間斷性不動狀態(tài)。 整個實驗需要6 min 完成,記錄最后4 min 內(nèi)累積不動時間。

1.3.10 小鼠強迫游泳實驗

在第14 天,小鼠灌胃給藥60 min 后,將小鼠分別放入一個直徑為20 cm,高度為50 cm 的圓筒中,圓筒中水的高度為40 cm,水溫為(24±1)℃。 觀察時間為6 min,記錄后4 min 內(nèi)的累積不動時間。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 梔子-川芎活性成分的抗抑郁靶點預(yù)測

通過類藥性分析,梔子和川芎兩種藥材中分別有92 和87 個化合物符合類藥性五原則的要求,通過Swiss Target Prediction 數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)上述兩種藥材的化合物的作用靶點分別有1380 和1433 個,去除重復(fù)后,分別得到293 和329 個靶點。 通過與GeneCards 數(shù)據(jù)庫中的抑郁癥相關(guān)基因進行對比,發(fā)現(xiàn)分別有23 和19 個與梔子和川芎治療抑郁癥相關(guān)的作用靶點,其中兩種藥材共有的抗抑郁相關(guān)靶點為11 個,詳見表1。

表1 梔子-川芎藥對潛在的抗抑郁靶點信息Table 1 Information on the protein targets of the active ingredients in Gardenia jasminoides Ellis-processed Ligusticum and their antidepressant effects

2.2 蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

將上述31 個作用靶蛋白導(dǎo)入String 數(shù)據(jù)庫,限定物種為人,獲取的蛋白相互作用結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape 軟件,構(gòu)建相互作用網(wǎng)絡(luò)并進行分析,結(jié)果見圖1。

圖中節(jié)點表示蛋白,邊表示蛋白之間的關(guān)聯(lián),節(jié)點越大表示degree 值越大,說明其在梔子-川芎抗抑郁過程中就可以發(fā)揮更重要的作用。 在圖1 中,degree 值大于中位數(shù)的靶點分別為COMT、HTR1A、DRD2、 SLC6A4、 SLC6A3、 MAOA、 GRM5、 DRD4、DRD3、 HTR2A、 HTR3A、 GRIA1、 APP、 HTR1B和GRM1。

2.3 信號通路分析

利用Cytoscape Version 3.7.0 軟件中的cluego插件進行KEGG 信號通路分析。 如圖2 所示,梔子-川芎抗抑郁關(guān)鍵靶點主要涉及Serotonergic synapse、Dopaminergic synapse、 Taste transduction、 Gap junction、Long-term potentiation、Cocaine addiction 和Amphetamine addiction 等7 條信號通路。

2.4 梔子-川芎的抗抑郁活性成分-作用靶點-信號通路網(wǎng)絡(luò)分析

將梔子-川芎抗抑郁活性成分、作用靶點和信號通路導(dǎo)入Cytoscape 軟件,構(gòu)建了活性成分-作用靶點-信號通路網(wǎng)絡(luò),結(jié)果見圖3。 圖中紅色和黃色分別代表梔子和川芎的抗抑郁活性成分,藍色為抗抑郁關(guān)鍵靶點,綠色代表信號通路。 Degree 值是評價某節(jié)點在整個靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中重要性的關(guān)鍵參數(shù)。 本文采用Cytoscape 軟件中的Tools-Analyze Network 插件,計算出靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的degree 值。 根據(jù)degree 值,發(fā)現(xiàn)梔子-川芎藥對的關(guān)鍵活性成分為jaminoside J(Z54)、4-methoxyl-phenethyl-butyl ether(Z8)、butylphthalide(C19,丁基苯酞)、Gardenal-I(Z112)(degree 值均≥7,在梔子-川芎藥對的活性成分中排名前四),活性成分名稱和結(jié)構(gòu)式見圖4；關(guān)鍵信號通路為KEGG:04728(Dopaminergic synapse)和KEGG:04726(Serotonergic synapse)(degree 值均≥39)。

圖1 梔子-川芎藥對的蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖Figure 1 Protein-protein interactions involved in the antidepressant effects of Gardenia jasminoides Ellis-processed Ligusticum

圖2 梔子-川芎抗抑郁關(guān)鍵靶點的KEGG 信號通路富集分析Figure 2 KEGG pathway enrichment analysis of Gardenia jasminoides Ellis-processed Ligusticum compounds with antidepressant activity

圖3 梔子-川芎藥對抗抑郁活性成分-作用靶點-信號通路網(wǎng)絡(luò)Figure 3 Component-target-pathway network of Gardenia jasminoides Ellis-processed Ligusticum compounds with antidepressant activity

2.5 藥理活性驗證

在懸尾實驗和強迫游泳實驗中,與空白組相比,陽性對照組、丁基苯酞和Gardenal-I 中、高劑量組均能顯著性減少不動時間、4-methoxyl-phenethylbutyl ether 高劑量組能減少不動時間(見表2),進一步驗證了這幾個化合物具有一定抗抑郁活性,但jaminoside J 組顯示未能明顯減少不動時間,說明jaminoside J 未顯示出明顯的抗抑郁活性。

抑郁癥是嚴(yán)重影響國人健康的重大疾病,現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),越鞠丸具有明確的抗抑郁效果,而梔子-川芎是越鞠丸中抗抑郁的主要活性藥對[7-8],其中梔子苦寒,可化郁久之熱,又因其具有解郁除煩之效,因此,丹梔逍遙散、梔子豉湯等多種抗抑郁的經(jīng)典方劑中均配伍有梔子,多項研究報道也發(fā)現(xiàn)梔子是臨床治療抑郁癥的一味常用中藥[9-10]。 川芎為血中氣藥,上行頭目,下調(diào)經(jīng)水,中開郁結(jié)。 川芎配伍梔子可引其上行頭目,發(fā)揮增加療效之功[11-12],但是兩種配伍的抗抑郁物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機制還不明確。

3 討論

圖4 梔子-川芎抗抑郁活性成分Figure 4 Components of Gardenia jasminoides Ellis-processed Ligusticum with antidepressant effects

本研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的技術(shù)和方法,探討梔子-川芎藥對配伍治療抑郁癥的活性成分、活性靶點及相關(guān)的作用通路。 通過數(shù)據(jù)挖掘找到梔子和川芎的成分共179 個,進一步根據(jù)degree 值篩選出梔子-川芎藥對的關(guān)鍵活性成分為jaminoside J、4-methoxyl-phenethyl-butyl ether、butylphthalide(丁基苯酞)、Gardenal-I,其中丁基苯酞是川芎中重要的活性成分之一,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其對中樞神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的多種疾病具有良好的治療作用[13]。 藥理實驗已經(jīng)表明,川芎能改善長期慢性應(yīng)激實驗大鼠的抑郁癥狀[13]。 臨床研究表明,丁基苯酞聯(lián)合化藥(帕羅西汀、氟西汀、曲唑酮等)對卒中后抑郁的治療效果良好,能夠保護神經(jīng)功能缺損[14-16]。 Gardenal-I為梔子中環(huán)烯醚萜類結(jié)構(gòu),已有大量實驗結(jié)果證明梔子中的環(huán)烯醚萜類結(jié)構(gòu)具有抗抑郁活性[17]。 4-methoxyl-phenethyl-butyl ether 和jasminoside J 分 別為梔子中簡單苯丙素類和單萜類結(jié)構(gòu),但目前就這兩種化合物抗抑郁效果鮮有報道。 本文在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測基礎(chǔ)上使用ICR 小鼠進行了上述四類化合物抗抑郁活性初步測試。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)丁基苯酞和Gardenal-I 中、高劑量組具有顯著抗抑郁活性,4-methoxyl-phenethyl-butyl ether 高劑量組具有抗抑郁活性,jasminoside J 無抗抑郁活性。 結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)及動物實驗初步預(yù)測,丁基苯酞、Gardenal-I 及4-methoxyl-phenethyl-butyl ether 可能是越鞠丸抗抑郁的關(guān)鍵性成分,但這并不代表越鞠丸的抗抑郁活性完全是由這幾種成分決定的。 由于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法是從“多成分-多靶點”的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系中,篩選得到對整個網(wǎng)絡(luò)影響最大的成分,在研究過程中,并未能考慮到藥物血藥濃度等問題,所以,本實驗在進行動物實驗驗證中,也并未考慮上述幾種單體成分在臨床給藥劑量下能否達到等問題,這也是該研究方法存在的不足之處。

表2 不同化合物對懸尾和強迫游泳實驗小鼠不動時間的影響(ˉx ± s, n=8)Table 2 The effects of different compounds on forced swimming and tail suspension tests in mice

此外,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測發(fā)現(xiàn)梔子-川芎抗抑郁活性成分主要作用于 Dopaminergic synapse 和Serotonergic synapse 等信號通路,而前期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多巴胺(DA)和5-羥色胺(5-HT)等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)與抑郁癥的發(fā)病密切相關(guān)[18-19]。 很多現(xiàn)代臨床治療抑郁癥的一線化藥也主要針對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的相關(guān)靶點,提高體內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的濃度以達到治療抑郁癥的目的[20-22]。

綜上所述,本文采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法,探討了梔子-川芎藥對的多成分、多靶點與抑郁癥疾病之間的復(fù)雜作用網(wǎng)絡(luò),初步探索了梔子-川芎藥對抗抑郁物質(zhì)基礎(chǔ),為進一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。