基于文獻計量學(xué)和系統(tǒng)藥理學(xué)分析血府逐瘀湯治療冠心病的分子機制

徐文華趙 陽#寧桂蘭馬曉聰趙新望王海娟張曉文鄭景輝

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西南寧 530011；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院心內(nèi)科，廣西南寧 530000）

冠心病是指發(fā)生在冠狀動脈中的動脈粥樣硬化斑塊,是世界范圍內(nèi)最常見的心血管疾?。?］。根據(jù)《中國心血管病報告2017》,2015年中國城市和農(nóng)村居民冠心病死亡率繼續(xù)2012年以來的上升趨勢［2］。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療冠心病雖然效果明顯,但是不良反應(yīng)明顯。中醫(yī)藥治療冠心病效果良好且不良反應(yīng)較小。目前,中醫(yī)藥的化學(xué)成分和藥理活性研究方法很多,包括薄層色譜法（TLC）、高效液相色譜-質(zhì)譜法（HPLC/MS）、核磁共振法（NMR）和動物實驗、細胞實驗、生化實驗等［3］。方法耗時、成本高、效益低,僅用傳統(tǒng)的實驗方法分析中醫(yī)藥的作用機制是比較困難的,因此課題組采用系統(tǒng)藥理學(xué)方法基于分子層面對血府逐瘀湯進行研究。通過計量文獻學(xué)方法,對當(dāng)前治療冠心病的熱門中藥或方劑的使用性進行篩選。初步驗證和預(yù)測了熱門方劑治療冠心病的作用機制,以期為進一步深入揭示其作用機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 文獻來源與檢索策略 在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索自建庫以來所收集的中醫(yī)藥治療冠心病的相關(guān)文獻,具體檢索式見圖1。

1.2 提取文獻數(shù)據(jù)并繪制中藥相關(guān)的高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖、聚類分析圖 應(yīng)用書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)軟件提取檢索文獻的發(fā)表的關(guān)鍵詞,選取出現(xiàn)頻次≥10以上的關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞,并對高頻關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析。摘取與中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān)的共現(xiàn)關(guān)系,導(dǎo)入Cytoscape

3.6.1 軟件中生成共現(xiàn)圖。摘取中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）之間相關(guān)的共現(xiàn)關(guān)系,導(dǎo)入IBM SPSS v21統(tǒng)計分析軟件中生成聚類分析圖。

1.3 高頻方劑的化學(xué)成分收集以及靶點預(yù)測 利用TCMSP （中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫分析平臺）數(shù)據(jù)庫（http：//lsp.nwu.edu.cn/）檢索高頻方劑中的藥物對應(yīng)的化學(xué)成分,以建議藥物篩選標(biāo)準(zhǔn)：口服生物利用度（oral bioavailability,OB）≥30%［4］,類藥性（drug likeness,DL）≥0.18［5］,篩選高頻方劑中高頻方劑中的活性成分以及靶點。

1.4 冠心病相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建 本研究基于CTD （應(yīng)用毒性與基因比較數(shù)據(jù)庫）、TTD （治療靶點數(shù)據(jù)庫）及GeneCards數(shù)據(jù)庫綜合篩選冠心病相關(guān)靶點,TTD數(shù)據(jù)庫是一個提供關(guān)于耐藥性突變的對目標(biāo)和藥物基因表達和目標(biāo)組合的數(shù)據(jù)庫［6］,GeneCards數(shù)據(jù)庫是一個可搜索的、集成的數(shù)據(jù)庫,它提供了關(guān)于所有注釋和預(yù)測的人類基因的全面的信息。提供GiftS算法,構(gòu)建基因與疾病的相關(guān)度排序,根據(jù)“Relevance score” 可在特定疾病對應(yīng)的眾多靶點中進一步篩選相關(guān)度更高的靶點從而減少冗余,經(jīng)三大數(shù)據(jù)庫挖掘共同篩選冠心病相關(guān)基因。利用Venn分析工具,將三大數(shù)據(jù)庫與血府逐瘀湯潛在靶點進行比對分析得到血府逐瘀湯作用于冠心病的靶點。并利用Cytoscape 3.6.1軟件蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖和化合物靶點圖。

1.5 血府逐瘀湯作用靶點的生物信息學(xué)分析 將血府逐瘀湯潛在藥效靶點的上傳到David 6.8數(shù)據(jù)庫 （https：//david.ncifcrf.gov/）中,進行GO （基因本體）分析和KEGG （基因組百科全書）分析。將GO分析生物過程（biological process,BP）、細胞成分 （cellular component,CC）、分子功能（molecular function,MF）結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)入GraphPad Prism 7.0軟件進行可視化分析。并利用Omicshare （http：//www.omicshare.com/）網(wǎng)站繪制氣泡圖。

1.6 血府逐瘀湯主要活性成分-血府9010瘀湯對冠心病作用靶點分子對接結(jié)果分析系統(tǒng)分子對接（systems dock）Systems Dock Web Site （http：//systemsdock.unit.oist.jp/iddp/home/index）數(shù)據(jù)庫,是一個基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的預(yù)測和分析的Web服務(wù)器,它應(yīng)用高精度對接模擬和分子路徑圖來綜合表征配體選擇性,并說明配體如何作用于復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)對接應(yīng)用AutoDock Vina進行對接模擬,預(yù)測蛋白質(zhì)和配體結(jié)合的性能,調(diào)整X-Y-Z坐標(biāo)和網(wǎng)格大小以細化綁定的位置［7］。對接結(jié)果的分?jǐn)?shù)=（PKD/PKI）的負(fù)對數(shù),Docking Scores的值通常為0至10。登陸Systems Dock Web Site數(shù)據(jù)庫,將血府逐瘀湯拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)計算出最主要的5個化合物與血府逐瘀湯治療冠心病靶點拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)中計算的前5蛋白輸入PDB ID,找活性位點,計算格點,調(diào)整X-Y-Z坐標(biāo)來細化位置。輸入化合物的化學(xué)分子結(jié)構(gòu),成功后開始對接,整理對接結(jié)果中的Docking Score并分析。

2 結(jié)果

2.1 文獻檢索的結(jié)果 根據(jù)圖1檢索式,在中國知網(wǎng)中共收集到自建庫以來中醫(yī)藥治療冠心病的相關(guān)文獻5 451篇。

2.2 文獻的關(guān)鍵詞提取結(jié)果 通過書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)軟件（BICOMB）,從5 451篇文獻中共提取6 443個關(guān)鍵詞,選取頻次≥10以上的關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞,共得到高頻關(guān)鍵詞309個,頻次累計百分比占總頻次的60.026 4%。其中27個關(guān)鍵詞與中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān),見表1。摘取與中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān)的共現(xiàn)關(guān)系,將所得結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape3.6.1軟件,生成共現(xiàn)圖（圖2）。導(dǎo)入IBM SPSS v21統(tǒng)計分析軟件,生成聚類圖（圖3）。經(jīng)文獻計量學(xué)結(jié)果計算發(fā)現(xiàn)血府逐瘀湯在中醫(yī)藥治療冠心病的過程中應(yīng)用最為廣泛。

2.3 血府逐瘀湯有效成分篩選 通過篩選得到血府逐瘀湯活性成分148種,其中枳殼5種、桃仁23種、當(dāng)歸2種、紅花22種、赤芍29種、甘草42種、生地黃2種、川芎7種、桔梗7種、柴胡17種、牛膝20種。其中潛在作用靶點138個,作用于冠心病的靶點38個,其中包括細胞色素P450 （CYP3A4）、超氧化物歧化酶（SOD）、腫瘤壞死因子（TNF-α）、一氧化氮合酶（NOS2）、絲裂原活化蛋白激酶1 （MAPK1）、白細胞介素-6受體亞單位α （IL-6）等。GO分析得到27個生物學(xué)過程,其中包括細胞對血管內(nèi)皮生長因子刺激的反應(yīng) （cellular response to vascular endothelial growth factor stimulus）、血管生成 （mammary gland alveolus development）、過氧化氫對缺氧的反應(yīng)基因表達的正調(diào)控（esponse to hydrogen peroxide response to hypoxia positive regulation of gene expression）等；3個細胞組成包括細胞外區(qū)域（extracellular region）、細胞小凹（caveola）、細胞外空間（extracellular space）和4個分子功能血紅素結(jié)合（heme binding）、蛋白磷酸酶結(jié)合（protein phosphatase binding）、相同的蛋白結(jié)合（identical protein binding）、酶結(jié)合（enzyme binding）；KEGG分析得到22條信號（取本杰明矯正P＜0.01）通路包括：HIF-1信號通路（HIF-1 signaling pathway）、腫瘤壞死因子信號通路 （TNF signaling pathway）、PI3K-Akt信號通路 （PI3K-Akt signaling pathway）、FoxO信號通路（FoxO signaling pathway）等與心血管疾病高度相關(guān)的信號通路 （具體結(jié)果見圖4～6、表2）。

表1 中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān)的高頻關(guān)鍵詞

圖2 中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān)的共現(xiàn)關(guān)系共現(xiàn)圖

圖3 中藥類（復(fù)方、單味藥、中成藥）高頻關(guān)鍵詞聚類圖

圖4 血府逐瘀湯的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖（節(jié)點大小、連線粗細根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)相關(guān)參數(shù)繪制）

2.4 分子對接結(jié)果 系統(tǒng)分子對接結(jié)果血府逐瘀湯對冠心病作用靶點分子對接結(jié)果如表3所示。一般認(rèn)為分子對接結(jié)合力值大于4.25表示對接分子與靶點之間有一定的結(jié)合活性,大于5.0表明對接分子與靶點之間有較好的結(jié)合活性,大于7.0則說明具有強烈的結(jié)合活性［8］。分子對接結(jié)果顯血府逐瘀湯多個靶點的Docking Score值大于8.0證明有強烈的結(jié)合活性,見圖7,且多個靶點大于5.0。由此表明血府逐瘀湯主要化學(xué)成分與血府逐瘀湯對冠心病作用靶點有較好的結(jié)合活性。

圖5 血府逐瘀湯的化合物靶點圖

圖6 血府逐瘀湯作用靶點的GO分析

表2 血府逐淤湯作用于冠心病的KEGG分析結(jié)果

3 討論

冠心病屬于中醫(yī)“胸痹” “心痛” “心悸” “喘證”“水腫” 等病范疇,中藥相對于西藥較為安全可靠［9］。中醫(yī)理論從整體和宏觀的角度出發(fā),強調(diào)辨證論治、從整體出發(fā)協(xié)同配伍。但是由于中藥配伍的復(fù)雜性且具有多因、多效、多靶點的特點,其作用于疾病的具體分子機制難以被闡明。本研究通過文獻檢索、共現(xiàn)分析和聚類分析等文獻計量學(xué)分析,探討中醫(yī)藥干預(yù)治療冠心病的常用藥。利用系統(tǒng)藥理學(xué)的方法根據(jù)機體對外援化學(xué)物質(zhì)的吸收、分布、代謝、排泄、以及化合物對機體的毒性篩選出中藥有效成分。血府逐瘀湯是經(jīng)文獻計量學(xué)計算臨床應(yīng)用研究最為廣泛的方劑?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明［10-11］,血府逐瘀湯可以通過調(diào)節(jié)mRNA的表達影響細胞的壽命,控制血管的生成,降低神經(jīng)損傷。并且可以改善腦血管舒縮功能、降低細胞損傷,從而改善血液供應(yīng)。

圖7 血府逐瘀湯主要化學(xué)成分與血府逐瘀湯對冠心病作用靶點分子對接結(jié)果示例（僅列出Docking值大于8.0的）

表3 血府逐瘀湯主要化學(xué)成分與血府逐瘀湯對冠心病作用靶點分子對接結(jié)果

對血府逐瘀湯與其他309個高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析,如圖2所示,發(fā)現(xiàn)共有29個高頻關(guān)鍵詞與血府逐瘀湯存在共現(xiàn)關(guān)系,其中涉及病機的關(guān)鍵詞有血液流變學(xué)、血瘀、氣虛血瘀、血脂,涉及治法的關(guān)鍵詞是活血化瘀,研究表明,血府逐瘀湯治療冠心病的機制主要有以下幾個方面［12］,（1）抗血小板聚集：前期研究顯示,血府逐瘀湯可干預(yù)血清PAF （血小板活化因子）含有量升高,以抑制血小板聚集,改善微循環(huán)及血管內(nèi)皮功能,助緩動脈粥樣硬化形成。（2）改善循環(huán)抗心肌缺血：研究報道,血府逐瘀湯通過下調(diào)CRP （反應(yīng)蛋白）、BNP （腦鈉肽）水平可緩解炎癥的刺激,使血管舒張、血流量提升,減輕心肌容量負(fù)荷,避免心肌細胞受損。（3）調(diào)血脂：血府逐瘀湯通過降低后主動脈脂質(zhì)斑塊MPO （髓過氧化物酶）指標(biāo),使血脂四項含有量減少,從而使血管壁結(jié)構(gòu)改變,延緩動脈粥樣硬化（AS）進程。據(jù)《醫(yī)林改錯》 書中描述血府逐瘀湯由桃紅四物湯、四逆散加桔梗、牛膝組成,其中桃紅四物湯有活血化瘀而養(yǎng)血的功效；四逆散有疏肝理氣,氣行則血行得作用；另配伍桔梗引藥上行于胸中,牛膝引血下行利血脈。諸藥調(diào)和,共奏祛瘀、活血、行氣、通絡(luò)、止痛。另外對27個與中藥（復(fù)方、單味藥、中成藥）相關(guān)的高頻關(guān)鍵詞進行聚類分析,如圖3所示,27個高頻關(guān)鍵詞被從上到下依次分為10級樹狀圖血府逐瘀湯處于樹狀圖的最高級層,進一步說明血府逐瘀湯在治療冠心病藥物中的重要地位。

本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過系統(tǒng)藥理學(xué)方法篩選,血府逐瘀湯中槲皮素在一定濃度范圍內(nèi)可明顯抑制血管緊張素誘導(dǎo)的心肌成纖維細胞增值和膠原蛋白合成增加,同時可升高SOD含有量、降低MDA （丙二醛）活力,從而延緩心肌纖維化的發(fā)展［13］。異鼠李素具有抗炎、抗氧化、抗脂肪形成、抗增殖和抗腫瘤活性的作用,Gao等［14］新生大鼠心肌細胞中進行的體外研究證實,異鼠李素可以減弱血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細胞肥大,而血管緊張素Ⅱ與PI3K-AKT信號通路有關(guān),異鼠李素具有通過阻斷PI3K信號傳導(dǎo)途徑靶向心臟肥大的保護潛力。Zhou等［15］通過對山柰酚處理對大鼠心肌缺血模型中發(fā)現(xiàn),山柰酚預(yù)處理顯著提高了LVDP（左室發(fā)展壓）的恢復(fù)率和土dp/dt max,并提高了SOD和phospho-GSK-3β 水平以及GSH/GSSG （谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽）比值；減少了心肌梗塞面積和TUNEL （原位末端標(biāo)記法）陽性細胞率,并降低了裂解的caspase-3 （半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3）、細胞質(zhì)細胞色素C、CK （肌酸激酶）、LDH （乳酸脫氫酶）、MDA和TNF-α 的水平,通過抗氧化活性和抑制GSK-3β 活性提供心臟保護作用。Liao等［16］在小檗堿干預(yù)大鼠心肌梗死后心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn)小檗堿能通過上調(diào)Bcl-2 （B細胞淋巴瘤）和下調(diào)caspase-3表達,從而抑制心臟重塑和保護心臟功能。除此之外,血府逐瘀湯中還有芍藥苷、豆甾醇等通過調(diào)節(jié)炎癥因子、細胞因子和氧化損傷來干預(yù)血管內(nèi)皮細胞損傷,從而起到血管內(nèi)皮保護作用的化合物。

在對血府逐瘀湯治療冠心病的作用靶點其生物學(xué)過程分析中,提示血府逐瘀湯在治療冠心病的過程中與一氧化氮合成、激活MAPK活動、血管生成等活動密切相關(guān)。TNF-α、IL-1B、MAPK1等均富集在以上通路中。TNF-α 參與免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié),對冠狀動脈上皮平滑肌細胞增殖具有誘導(dǎo)的作用,并且會誘導(dǎo)IL-β 等炎性因子的產(chǎn)生,從而促進動脈粥樣硬化的發(fā)生。白細胞介素-1β 作為血清炎性指標(biāo)的一類,對血管功能具有調(diào)節(jié)的作用,在冠心病中表達水平較高。p38MAPK參與了NF-κB的激活,可誘導(dǎo)缺氧心肌細胞凋亡,抑制p38MAPK可改善心肌損傷動物心功能不全、減少心肌細胞凋亡的發(fā)生［17］。過程在KEGG富集分析中得到的HIF-1 （缺氧誘導(dǎo)因子）信號通路,在現(xiàn)代藥理學(xué)研究中表明［18］HIF-1α 在參與對低氧反應(yīng)基因的調(diào)控,可以促進VEGF、促紅細胞生成素（EPO）、HO-1等因子的表達。在冠心病發(fā)生、發(fā)展過程中HIF-1/HO-1被激活,通過抗氧化作用保護血管內(nèi)皮細胞及心肌細胞并通過調(diào)節(jié)細胞生長減少內(nèi)皮細胞凋亡,保護內(nèi)皮系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時促進血管平滑肌凋亡,減輕血管損傷后的不良重構(gòu)。PI3K/AKT信號通路作為治療心血管疾病的明星通路,PI3K/AKT信號通路的活化可以介導(dǎo)多種生物學(xué)效應(yīng),它通過調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡、血管再生進而影響其在心血管系統(tǒng)的表達［19］。FoxO轉(zhuǎn)錄因子［20］是一類在許多生理功能中重要的高度保守蛋白。然而,即使FoxO是胰島素的下游靶標(biāo),FoxO因子也控制上游信號元件控制胰島素敏感性和葡萄糖代謝。FoxO活性的變化通過抑制蛋白磷酸酶對心肌細胞中的胰島素信號傳導(dǎo)具有劑量響應(yīng)性抑制作用。此外KEGG信號通路分析結(jié)果提示除以上被證實的通路以外Focal adhesion信號通路,可以調(diào)節(jié)肌動蛋白,肌動蛋白的調(diào)節(jié)與第二生心區(qū)祖細胞構(gòu)成非經(jīng)典頂端-基底極性上皮有一定相關(guān)性。

本研究應(yīng)用系統(tǒng)藥理學(xué)方法對血府逐瘀湯藥治療冠心病的化學(xué)成分、作用靶點和作用機制進行初步探索性研究,以期為進一步的實驗驗證奠定基礎(chǔ)。由于中藥復(fù)方成分復(fù)雜、靶點眾多等多種原因,中藥方劑中可能存在的小分子多肽、或是中藥復(fù)方通過腸道菌群調(diào)節(jié)等方式間接對疾病進行調(diào)控。且由于方法學(xué)限制未從中藥所含化學(xué)成分的含有量進行分析,尚需從LC-MS/MS分析其真實入血成分。并且由于數(shù)據(jù)庫信息不全面、目前認(rèn)識的不全面性、化合物篩選的主觀性,且只關(guān)注于藥物的組成成分,忽略了其成分的含有量、化合物之間的相互作用以及藥物體內(nèi)代謝過程等的影響,故研究預(yù)測的結(jié)果具有一定的片面性和局限性,需要進一步加入實驗驗證。