應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測決明子治療高血壓的作用機(jī)制

高小敏，趙 勤

（西藏民族大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，陜西咸陽 712082）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們工作壓力越來越大，越來越多的人飲食和作息不規(guī)律，導(dǎo)致高血壓發(fā)病率不斷升高，我國高血壓患者人數(shù)仍呈上升趨勢〔1〕。中醫(yī)認(rèn)為高血壓主要由素體、精神、飲食、七情、勞欲等因素造成〔2〕，表現(xiàn)為肝火上炎型：頭暈脹痛、耳鳴如潮、舌苔太黃等；陰虛陽亢型：頭暈、頭脹、失眠健忘、腰膝酸軟、口燥咽干、視物模糊、肢體麻木、可見手足心熱等，脈息弱或弦脈。中醫(yī)對高血壓的治療可通過中藥復(fù)方、中藥穴位貼敷、中藥通經(jīng)絡(luò)等方式〔3〕進(jìn)行。決明子（Cassia toraLinn.）是我國常用的中藥材，又稱馬蹄決明、鈍葉決明、假綠豆、草決明等，性微寒，味甘、苦、咸，入肝、大腸和腎經(jīng)〔4-5〕，具有降壓調(diào)脂等功效，是治療心腦血管、高脂血癥等疾病的代表性藥物〔6〕。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)主要用于中藥化學(xué)成分及其靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)、疾病分子機(jī)制及藥物作用機(jī)制等方面的預(yù)測〔7〕。本文將應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法預(yù)測決明子治療高血壓的主要化學(xué)成分、靶點(diǎn)及作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 決明子化學(xué)成分的篩選與靶點(diǎn)預(yù)測以“決明子”為關(guān)鍵詞在中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺（TCMSP，http：/tcmspw.com/tcmsp.php）〔8〕中篩選化學(xué)成分。以口服生物利用度（OB）≥ 30%和類藥性 （DL）≥ 0.18為篩選條件進(jìn)行篩選，匯總篩選出的化學(xué)成分及其靶點(diǎn)，并對靶點(diǎn)進(jìn)行Uniprot數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.2 化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以“hypertension”為關(guān)鍵詞應(yīng)用人類基因數(shù)據(jù)庫（GeneCards，http：//www.genecards.org/）〔9〕篩選高血壓相關(guān)的疾病靶點(diǎn)。將決明子化學(xué)成分對應(yīng)的靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)取交集后，獲得化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

1.3 中藥-化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建將決明子的有效化學(xué)成分靶點(diǎn)和化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)用Perl軟件進(jìn)行映射，再利用 Cytoscape 3.6.1〔10〕軟件將中藥-化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化。

1.4 中藥-疾病靶點(diǎn)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI）的構(gòu)建和核心靶點(diǎn)的篩選在 STRING〔11〕數(shù)據(jù)庫中，設(shè)定種屬為“Homo sapiens”，最小互作分?jǐn)?shù)值 ≥ 0.9，剔除網(wǎng)絡(luò)中游離節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)入中藥-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的靶點(diǎn)信息，得到PPI，將其可視化后，根據(jù)度值大小篩選得到核心靶點(diǎn)。

1.5 GO功能和KEGG通路富集分析應(yīng)用DAVID〔12〕數(shù)據(jù)庫對中藥-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的靶點(diǎn)信息進(jìn)行GO功能和KEGG通路富集分析，按P值由小到大的順序進(jìn)行分析，P< 0.05 表示該富集結(jié)果具有顯著性。

2 結(jié)果

2.1 決明子化學(xué)成分篩選與靶點(diǎn)預(yù)測結(jié)果以O(shè)B ≥ 30%和DL ≥ 0.18為篩選條件，得到?jīng)Q明子的14個化學(xué)成分。剔除在UniProt數(shù)據(jù)庫中無靶點(diǎn)信息的3個成分，最終得到11個化學(xué)成分。見表1。共獲得具有基因名的有效靶點(diǎn)46個。

表1 決明子中化學(xué)成分篩選結(jié)果

2.2 化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)果以“hypertension”為關(guān)鍵詞，應(yīng)用GeneCards 數(shù)據(jù)庫篩選相關(guān)疾病靶點(diǎn)，獲得疾病靶點(diǎn)8 904個，將決明子化學(xué)成分靶點(diǎn)和高血壓疾病靶點(diǎn)進(jìn)行映射，得到化學(xué)成分-疾病共有靶點(diǎn)46個。見表2。

表2 化學(xué)成分-疾病共有靶點(diǎn)

2.3 中藥-化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建結(jié)果度值的大小與該成分在疾病中發(fā)揮作用的大小有關(guān)，度值越大表明該成分治療疾病的可能性越大。決明子降壓的靶點(diǎn)中，度值 ≥ 6的活性成分共3個，分別為豆甾醇、蘆薈大黃素、 9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1，其度值分別為14、9、7。中藥-化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)見圖1，其中，菱形圖標(biāo)為疾病，三角形圖標(biāo)為化學(xué)成分，六邊形圖標(biāo)為中藥，矩形圖標(biāo)為化學(xué)成分-疾病共有靶點(diǎn)〔13〕。

圖1 中藥-化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖

2.4 PPI的構(gòu)建和核心靶點(diǎn)篩選結(jié)果應(yīng)用 STRING數(shù)據(jù)庫，得到中藥-疾病靶點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中靶點(diǎn)的相互作用網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)度值由高至低篩選得到核心靶點(diǎn)，依次為：ESR1、JUN、CDKN1A等。見圖2。

圖2 PPI圖

2.5 GO功能富集分析應(yīng)用DAVID數(shù)據(jù)庫對決明子治療高血壓進(jìn)行GO功能富集分析，主要包括生物過程、細(xì)胞組成、分子功能三個方面，分別有155、19、43個條目與降壓有關(guān)。主要與轉(zhuǎn)錄正調(diào)控、信號傳導(dǎo)、核漿、細(xì)胞核、胞液、酶結(jié)合位點(diǎn)、合蛋白及蛋白質(zhì)異源二聚體活動有關(guān)。見圖3。

圖3 GO功能富集分析圖

2.6 KEGG通路富集分析應(yīng)用DAVID數(shù)據(jù)庫對決明子治療高血壓的靶點(diǎn)進(jìn)行通路分析，結(jié)果顯示決明子治療高血壓的通路有58條（P< 0.05），P值由小到大前10條對應(yīng)的通路依次為乙型肝炎、甲狀腺激素信號通路、鈣信號通路、唾液分泌、結(jié)直腸癌、神經(jīng)組織的刺激等。見圖4。

圖4 KEGG通路富集分析圖

3 討論

目前我國西醫(yī)采用的高血壓診斷標(biāo)準(zhǔn)是收縮壓 > 140 mmHg（1 mmHg=0.133 3 kPa）或者舒張壓 > 90 mmHg。決明子屬豆科植物，含有蒽醌、蛋白質(zhì)及氨基酸、萘并吡喃酮、微量元素等成分, 具有降血壓、降血脂、抑菌、潤腸通便等功效，無毒性及副作用，使用方法簡單，可煎服或沖泡服用，也可與其他藥材配伍〔14-15〕。劉菊秀等〔16〕通過決明子注射液與利血平作用于大鼠進(jìn)行降壓效果比較，結(jié)果表明決明子可明顯降低收縮壓，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法預(yù)測決明子的化學(xué)成分共11個，包括大黃酸、決明內(nèi)酯、豆甾醇、蘆薈大黃素、橙黃決明素、決明素、純?nèi)~素葡萄糖苷等，通過化學(xué)成分-疾病靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)決明子在發(fā)揮降壓作用時主要與豆甾醇、蘆薈大黃素、9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1等成分有關(guān)。豆甾醇別名豆固醇、甾醇，具有較強(qiáng)的生理活性和表面活性及抗氧化、抗癌、降膽固醇、抗炎等作用〔17〕。蘆薈大黃素屬于蒽醌類化合物，具有抗炎癥及抗腫瘤作用〔18〕。9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1化合物中的氧基和苯基具有抗氧化作用。鄭舟琴等〔19〕提出大黃酸具有抗炎、抗氧化應(yīng)激等作用。李續(xù)娥等〔20〕、陳佩瑤等〔21〕驗(yàn)證了決明子的蛋白質(zhì)、低聚糖和蒽醌苷以及水溶性和脂溶性苷類有明顯的降壓效果。結(jié)合目前已經(jīng)報道的文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)決明子的多種成分與治療高血壓相關(guān)，可能與其具有抗氧化、抗炎、調(diào)脂以及較強(qiáng)的生理活性和表面活性有關(guān)。

根據(jù)構(gòu)建的PPI篩選出決明子治療高血壓的靶核心蛋白主要為：雌激素受體1（ESR1）、轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白（JUN）、絲裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）、β-2腎上腺素能受體（ADRB2）、IL-1β等。主要靶蛋白經(jīng)生物過程、細(xì)胞組成、分子功能的GO富集分析，提示決明子治療高血壓與腺苷酸環(huán)化酶激活腎上腺素能受體信號通路、陽性調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞增殖、酶綁定、甾體激素受體活性、類固醇等有關(guān)。經(jīng)KEGG通路分析得出決明子在治療高血壓時與乙型肝炎、甲狀腺激素信號通路、鈣信號通路、唾液分泌等有關(guān)，其中鈣信號通路、甲狀腺激素信號通路為主要通路。血管平滑肌細(xì)胞膜離子的異常是高血壓發(fā)病原因之一，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高是高血壓形成的重要機(jī)制，鈣離子通道開放可引起血管平滑肌細(xì)胞收縮〔22〕。甲狀腺功能異?？梢鹦难苁录陌l(fā)生，由甲狀腺疾病引起的高血壓發(fā)病率也逐漸上升。促甲狀腺激素是體內(nèi)重要的內(nèi)分泌激素，參與機(jī)體多種生命活動，當(dāng)促甲狀腺激素升高時，會引起患者血壓升高，進(jìn)一步造成血管損傷〔23〕。晏永慧等〔24〕通過臨床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性高血壓患者的總?cè)饧紫僭彼岷陀坞x三碘甲腺原氨酸水平降低，且隨著高血壓病情的加重降低得更為明顯。因此，鈣信號通路和甲狀腺激素信號通路的調(diào)節(jié)對治療高血壓具有重要作用。腎上腺素受體分為腎上腺素能α受體和β受體，在決明子發(fā)揮降壓及降脂作用時均為主要靶蛋白，主要是通過介導(dǎo)兒茶酚胺發(fā)揮作用，皮膚、胃腸、腎的血管平滑肌以α受體為主，骨骼肌、肝臟的血管平滑肌以及心臟以β受體為主，腎臟及腸系膜血管系統(tǒng)與多巴胺腎上腺素能受體有關(guān)。綜上所述，決明子治療高血壓主要與ESR1、JUN、MAPK14、ADRB2、IL-1β等靶蛋白有關(guān)；生物過程與轉(zhuǎn)錄正調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等有關(guān)；細(xì)胞組成主要在細(xì)胞核、核漿、胞液等部位；分子功能通過影響酶結(jié)合位點(diǎn)、合蛋白及蛋白質(zhì)異源二聚體等發(fā)揮作用；主要通過調(diào)節(jié)鈣信號通路和甲狀腺激素信號通路等治療高血壓。

決明子以不同的用藥方式在我國被廣泛應(yīng)用，比如單味藥泡水、煎熬，復(fù)方藥的膠囊、片劑，藥包形式的外敷等。目前收載于《中華人民共和國藥典》《中華人民共和國衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)》中，與決明子有關(guān)的處方中成藥達(dá)80余種〔25〕。本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法發(fā)現(xiàn)決明子可通過多成分、多靶點(diǎn)、多受體、多種酶及多通路治療高血壓。預(yù)測得出的主要化學(xué)成分、靶點(diǎn)以及信號通路、生物學(xué)功能與已經(jīng)報道的文獻(xiàn)基本吻合,說明運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測靶點(diǎn)及信號通路等具有可行性，同時還發(fā)現(xiàn)決明子在多種腫瘤、肝炎及糖尿病等疾病中也有治療作用，為研究決明子的藥理作用提供新的思路。