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    基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的血必凈治療H1N1病毒引起的肺微血管滲漏的潛在機(jī)制

    2021-01-03 14:09:08韓甜甜李丹華劉小虹詹少峰江勇
    世界中醫(yī)藥 2021年22期
    關(guān)鍵詞:微血管靶點(diǎn)內(nèi)皮

    韓甜甜 李丹華 劉小虹 詹少峰 江勇

    摘要?目的:探討血必凈注射液干預(yù)肺微血管滲漏輔助治療H1N1病毒性肺炎的潛在藥理作用機(jī)制。方法:收集血必凈注射液中的活性成分,反向預(yù)測(cè)潛在作用靶點(diǎn)。從GeneCards數(shù)據(jù)庫中獲得疾病相關(guān)靶點(diǎn)。使用Venny工具對(duì)藥物及疾病的潛在靶點(diǎn)進(jìn)行交集分析,并對(duì)交集靶點(diǎn)進(jìn)行蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。利用DAVID和京都基因和基因組百科全書(KEGG)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通路注釋,采用Cytoscape軟件構(gòu)建“中藥-活性成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)模型。結(jié)果:共篩選出25個(gè)活性分子,通過調(diào)控TP53、VEGFA、EGFR、TNF、TLR4、CASP3、JUN等關(guān)鍵基因,影響核因子κB信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路、T細(xì)胞受體信號(hào)通路、細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)通路和Toll樣受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等91條通路發(fā)揮抗炎、調(diào)節(jié)免疫等作用。結(jié)論:本研究明確了血必凈注射液抗炎和調(diào)節(jié)免疫作用的物質(zhì)基礎(chǔ),為進(jìn)一步闡釋血必凈注射液干預(yù)肺微血管滲漏輔助治療H1N1病毒性肺炎相關(guān)機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

    關(guān)鍵詞?血必凈注射液;H1N1病毒;肺微血管滲漏;內(nèi)皮細(xì)胞;潛在機(jī)制;內(nèi)皮屏障;網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);病毒性肺炎

    Abstract?Objective:To explore the potential pharmacological mechanism of Xuebijing injection in the intervention of pulmonary microvascular leakage in the adjuvant treatment of H1N1 viral pneumonia.Methods:Active ingredients in Xuebijing injection were collected,and the potential targets were prediected.Disease-related targets were obtained from the Genecards database.The Venny tool was used to analyze the intersection of potential targets of drugs and diseases,and a PPI network for the intersection targets was constructed.DAVID and KEGG databases were retrieved for pathway annotation,using Cytoscape software to construct a network model of “Chinese medicine-active ingredients-targets-disease”.Results:A total of 25 active molecules were screened out,which can regulate key genes of TP53、VEGFA、EGFR、TNF、TLR4、CASP3 and JUN to affect 91 pathways,including the NF-κB signaling pathway,HIF-1 signaling pathway,and TTR,apoptosis signaling pathway,vascular endothelial growth factor signaling pathway,and Toll-like receptor signaling pathway,with anti-inflammatory and immune regulation functions.Conclusion:This study clarifies the material basis of Xuebijing injection′s anti-inflammatory and immune regulation effects,and provides a scientific basis for further elucidating the mechanism of Xuebijing injection′s intervention in pulmonary microvascular leakage adjuvant treatment of H1N1 viral pneumonia.

    Keywords?Xuebijing injection; H1N1; Pulmonary microvascular leakage; Endothelial cells; Potential mechanism; Endothelial barrier; Network pharmacology; Viral pneumonia

    中圖分類號(hào):R285.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.3969/j.issn.1673-7202.2021.22.006

    自1918年西班牙流感大流行以來,流感病毒感染一直是全球健康關(guān)注的問題[1]。2009年由一種新型的甲型H1N1流感病毒引起“墨西哥流感大流行”,波及全球214個(gè)國(guó)家和地區(qū),死亡人數(shù)超過290 000人,其中201 000人死于呼吸衰竭[2]。H1N1病毒擴(kuò)散到下呼吸道,則會(huì)導(dǎo)致病毒性肺炎,進(jìn)而可發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(Acute Respiratory Distress Syndrome,ARDS)以及急性肺損傷(Acute Lung Injury,ALI),即肺微血管滲漏增加導(dǎo)致肺水腫、低氧血癥和呼吸衰竭的綜合征[3]?,F(xiàn)代研究表明,肺內(nèi)皮屏障功能的喪失是ARDS和ALI中形成肺水腫等的關(guān)鍵因素。而H1N1病毒可以對(duì)肺內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生直接和間接的影響,激活和誘導(dǎo)內(nèi)皮使肺內(nèi)皮屏障功能障礙,從而導(dǎo)致微血管泄漏。這些發(fā)現(xiàn)增加了增強(qiáng)肺內(nèi)皮屏障完整性或調(diào)節(jié)肺內(nèi)皮激活,可能被證明對(duì)嚴(yán)重流感具有治療作用的可能性[4-5]。防治肺微血管滲漏可作為重癥流感的治療靶標(biāo)。

    血必凈注射液是由丹參、紅花、川芎、赤芍、當(dāng)歸組成的復(fù)方制劑,具有活血化瘀、清熱涼血、潰散毒邪的作用[6-7]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明,其具有降低炎癥介質(zhì)水平、調(diào)節(jié)免疫、抗氧化應(yīng)激反應(yīng)、降低血管內(nèi)皮細(xì)胞損害以及改善微循環(huán)等作用。對(duì)輔助治療重癥肺炎具有良好的臨床療效[8-10]。

    因復(fù)方中藥物成分繁雜龐大,且其多成分、多靶點(diǎn)、散彈式綜合治療的特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的圍繞單體進(jìn)行有效成分篩選的工作難以實(shí)現(xiàn)[11]。隨著學(xué)科交叉和創(chuàng)新思路的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的提出與應(yīng)用,從整體和分子水平為研究中藥提供了新的且可行的理論和方法。其從網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)角度,在理解“疾病-靶點(diǎn)-藥物”相互作用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,通過計(jì)算、分析、建模方法,來觀察藥物對(duì)藥理網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)與影響[12-14]。因此運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對(duì)血必凈活性成分進(jìn)行鑒定與篩選,活性成分靶標(biāo)確認(rèn)和藥理學(xué)分子機(jī)制研究更切合中藥的實(shí)際情況。探索血必凈注射液干預(yù)肺微血管滲漏輔助治療H1N1病毒性肺炎的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制,為臨床應(yīng)用提供理論參考。

    1?材料與方法

    1.1?收集活性成分?利用中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(CSPD)、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(CCD),通過檢索“血必凈注射液有效成分”關(guān)鍵詞,收集血必凈注射液中活性成分,從CAS數(shù)據(jù)庫中確定活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu),再通過PubChem(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)數(shù)據(jù)庫,下載該活性成分的2D結(jié)構(gòu)圖,利用Swiss Target Prediction(http://www.swisstargetprediction.ch/)數(shù)據(jù)庫反向預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)。

    1.2?肺微血管滲漏相關(guān)靶點(diǎn)的篩選及其與血必凈注射液共有潛在靶點(diǎn)的篩選?以“Pulmonary Microvascular Leakage Caused by H1N1”作為關(guān)鍵詞,在GeneCards(https://www.genecards.org)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索及篩選。通過Venny2.1.0(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/),獲得血必凈活性成分靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)的交集,并通過Cytoscape 3.7.1軟件構(gòu)建活性成分-靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)圖。

    1.3?蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以及關(guān)鍵功能團(tuán)篩選?利用STRING平臺(tái)(https://string-db.org/)構(gòu)建蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(Protein Protein Interaction,PPI)網(wǎng)絡(luò),再利用Cytoscape 3.7.1軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩苑治霾⒑Y選關(guān)鍵功能團(tuán)。

    1.4?富集分析?通過DAVID(https://david.ncifcrf.gov/summary.jsp)數(shù)據(jù)庫對(duì)上述預(yù)測(cè)得到的關(guān)鍵靶點(diǎn)信息進(jìn)行基因本體(Gene Ontology,GO)富集分析和京都基因和基因組百科全書(https://www.genome.jp/kegg/,Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析,得到相關(guān)生物學(xué)及通路信息。根據(jù)KEGG網(wǎng)站上的通路信息及相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)通路進(jìn)行解釋。

    2?結(jié)果

    2.1?活性成分的篩選?共收集血必凈注射液活性成分25個(gè)。見表1。

    2.2?中藥-活性成分-靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)?根據(jù)SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫中的對(duì)應(yīng)靶點(diǎn)共搜索出25個(gè)相關(guān)化學(xué)成分對(duì)應(yīng)的674個(gè)相關(guān)靶點(diǎn),從GeneCards數(shù)據(jù)庫中得到疾病相關(guān)的靶點(diǎn)107個(gè),通過Venny軟件,取得疾病與活性成分相關(guān)靶點(diǎn)基因交集,得到37個(gè)交集基因。見圖1。通過Cytoscape 3.7.1構(gòu)建“中藥-活性成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)。見圖2。該網(wǎng)絡(luò)圖由37個(gè)基因、25個(gè)藥物活性成分、1中藥物和1種疾病組成,而每條邊則表示化合物與靶點(diǎn)之間的相互作用關(guān)系。該圖體現(xiàn)出一個(gè)藥物包括多種活性成分,一種成分可以對(duì)應(yīng)多個(gè)靶點(diǎn),反過來一個(gè)靶點(diǎn)也可以對(duì)應(yīng)多種成分,直觀地表明中藥復(fù)方多成分、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)。根據(jù)度值排序,咖啡酸、阿魏酸、丹酚酸A在網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)度較高。

    2.3?PPI網(wǎng)絡(luò)及核心功能團(tuán)?為了更直觀地了解血必凈注射液干預(yù)血管滲漏的作用機(jī)制,明確靶點(diǎn)和靶點(diǎn)間作用關(guān)系。將37個(gè)交集基因輸入到STRING數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析,物種選擇“Homo sapiens”,網(wǎng)絡(luò)中共包含37個(gè)節(jié)點(diǎn),346條邊,平均節(jié)點(diǎn)度值18.7的網(wǎng)絡(luò)圖。節(jié)點(diǎn)表示靶標(biāo)蛋白,邊表示蛋白與蛋白相互作用關(guān)系。見圖3。導(dǎo)出TSV格式文件,信息導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1軟件繪制核心靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖,并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。見圖4中TP53、VEGFA、EGFR、TNF、TLR4、CASP3、JUN度值顯著高于其他靶點(diǎn),在PPI網(wǎng)絡(luò)中起十分重要的作用。

    2.4?GO富集分析及KEGG富集分析?對(duì)37個(gè)交集基因進(jìn)行分子功能(Molecular Function),生物過程(Biological Process)、細(xì)胞組成(Cellular Component)以及信號(hào)通路進(jìn)行相關(guān)分析及注解,獲得91條相關(guān)信號(hào)通路。利用DAVID數(shù)據(jù)庫中的功能注釋工具對(duì)37個(gè)交集靶點(diǎn)靶點(diǎn)進(jìn)行GO富集分析,根據(jù)P<0.05獲得靶點(diǎn)基因的生物學(xué)過程、細(xì)胞組分和分子功能共1 570條信息。其中生物過程(BP)條目1 444個(gè),細(xì)胞組分(CC)條目40個(gè),分子功能(MF)條目86個(gè)。見圖6。生物過程主要涉及凋亡反應(yīng)、藥物反應(yīng)等,細(xì)胞組成主要涉及細(xì)胞膜、細(xì)胞外空間等方面,分子功能主要涉及蛋白結(jié)合、相似蛋白結(jié)合、蛋白磷酸酶結(jié)合等方面。共篩選出排名前6位的GO條目。見圖5,表2。對(duì)篩選出的潛在靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行KEGG通路富集分析,共獲得(P<0.05)獲得91重要通路,主要在影響核因子κB信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路、T細(xì)胞受體信號(hào)通路、細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)通路和Toll樣受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中富集。根據(jù)P值從大到小選取前30條通路。見圖6。

    3?討論

    內(nèi)皮細(xì)胞是肺內(nèi)最豐富的細(xì)胞類型,占細(xì)胞總數(shù)的30%。在肺泡中,內(nèi)皮細(xì)胞排列在形成肺泡壁網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)血管上。在內(nèi)皮細(xì)胞的頂端,內(nèi)皮細(xì)胞與循環(huán)血液直接接觸,并形成吸收的炎癥細(xì)胞的附著部位[15]。內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)適當(dāng)活化后,表達(dá)細(xì)胞黏附分子,黏附分子與白細(xì)胞上的同源配體結(jié)合,介導(dǎo)白細(xì)胞外滲。在基底外側(cè),內(nèi)皮細(xì)胞位于基底膜上,基底膜與上皮基底膜緊密相連(甚至與上皮基底膜融合)[16]。這種親密接觸表明內(nèi)皮細(xì)胞受到來自肺泡腔上皮細(xì)胞和炎癥細(xì)胞釋放的信號(hào)和病毒顆粒的強(qiáng)烈影響。通過這些信號(hào)和病毒顆粒激活內(nèi)皮細(xì)胞是介導(dǎo)對(duì)甲型流感有效免疫反應(yīng)的關(guān)鍵。然而,內(nèi)皮細(xì)胞的活化可能在內(nèi)皮屏障的損傷中起一定作用,并導(dǎo)致肺水腫[17]。

    流感病毒誘導(dǎo)肺內(nèi)皮致血管通透性增加有多種機(jī)制,主要為以下3種:1)流感病毒可感染內(nèi)皮細(xì)胞,誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞死亡,從而損傷內(nèi)皮屏障;2)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生過量的細(xì)胞因子,一方面能夠直接損傷內(nèi)皮細(xì)胞,另一方面會(huì)招募嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)內(nèi)皮屏障損傷[18];3)流感病毒感染誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞因子和其他炎癥介質(zhì)導(dǎo)致細(xì)胞骨架重塑,內(nèi)皮細(xì)胞與細(xì)胞之間連接的破壞,同時(shí)也可導(dǎo)致黏附分子的上調(diào),從而促進(jìn)白細(xì)胞的募集[19]。

    本研究借助網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法探討了血必凈注射液分別通過抗炎,調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮凋亡途徑達(dá)到治療由H1N1病毒引起肺微血管滲漏的藥理作用機(jī)制。研究結(jié)果提示血必凈注射液可能作用于TP53、VEGFA、EGFR、TNF、TLR4、CASP3、JUN等關(guān)鍵基因發(fā)揮作用的,分析中藥-活性成分-靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)圖發(fā)現(xiàn),咖啡酸、阿魏酸、丹酚酸A等化合物在網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)度較高。進(jìn)一步GO和KEGG富集分析表明37個(gè)潛在靶點(diǎn)與核因子κB信號(hào)通路、HIF-1信號(hào)通路、T細(xì)胞受體信號(hào)通路、細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)通路和Toll樣受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)。提示血必凈注射液可能通過這些通路起到治療作用。

    流感病毒感染的治療通常是以支持治療為主。大多數(shù)感染病毒的患者會(huì)出現(xiàn)典型的流感癥狀,并在一周內(nèi)完全康復(fù),不需要抗病毒治療[20]。患有嚴(yán)重疾病或呼吸道癥狀較輕的患者,應(yīng)使用神經(jīng)氨酸酶(NA)抑制劑:多數(shù)情況下使用奧司他韋,在奧司他韋不可用的情況下則采用霧化扎納米韋或靜脈內(nèi)注射帕西韋進(jìn)行治療[21]。在嚴(yán)重疾病的情況下,可以考慮使用更大劑量的奧司他韋和更長(zhǎng)的治療時(shí)間。包括肺保護(hù)通氣和NA抑制劑在內(nèi)的支持性措施是治療嚴(yán)重流感導(dǎo)致呼吸衰竭和ARDS的主要手段。然而在研究治療策略時(shí),重要的是要考慮在感染病毒致更嚴(yán)重的病毒性肺炎甚至是出現(xiàn)嚴(yán)重肺損傷之前,對(duì)患者進(jìn)行干預(yù)、增強(qiáng)肺內(nèi)皮屏障完整性或調(diào)節(jié)肺內(nèi)皮激活治療。因此,防治肺微血管滲漏可作為重癥流感的治療靶標(biāo)[22-23]。

    綜上所述,應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法對(duì)血必凈注射液的活性成分、潛在靶點(diǎn)、潛在通路進(jìn)行了分析,從分子水平闡述了血必凈注射液對(duì)機(jī)體進(jìn)行調(diào)控的過程,為血必凈注射液干預(yù)肺微血管滲漏輔助治療流感病毒性肺炎提供了理論依據(jù)。當(dāng)然,沒有通過具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,因此存在一定的局限性,有待進(jìn)一步通過相關(guān)研究加以證實(shí)。

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    (2020-11-19收稿?責(zé)任編輯:魏慶雙)

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