網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用進(jìn)展

莊延雙，蔡寶昌，張自力

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)泰州附屬醫(yī)院，江蘇 泰州 225300；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023)

中醫(yī)藥是祖先智慧的結(jié)晶，是數(shù)千年來實(shí)踐的產(chǎn)物，具有一定的科學(xué)性。中藥是以中醫(yī)藥理論為指導(dǎo)用以防病、治病的藥物總稱。中藥經(jīng)炮制加工后，常以中藥飲片入藥，可以單方也可復(fù)方用藥。近年來，中藥逐漸走入國際舞臺，中藥的現(xiàn)代化成為中藥研究的核心問題之一，如何揭示中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、作用的分子機(jī)制，以及揭示中藥的毒性作用機(jī)制成為我們必須要解決的問題。中藥具有多成分、多靶點(diǎn)、整體性的特點(diǎn)，如何選擇一個合適并強(qiáng)有力的工具，來研究中藥藥效和毒性的科學(xué)內(nèi)涵，成為一個熱點(diǎn)問題。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)近年來在世界范圍內(nèi)興起，它是基于系統(tǒng)生物學(xué)、基因組學(xué)、蛋白組學(xué)等學(xué)科理論，運(yùn)用高通量組學(xué)數(shù)據(jù)分析、計算機(jī)模擬及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫檢索等技術(shù)，揭示藥物-基因-靶點(diǎn)-疾病相互作用的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，通過網(wǎng)絡(luò)關(guān)系預(yù)測藥物的作用機(jī)制，評估藥物的藥效、不良反應(yīng)等，以尋找高效低毒的藥物[1-7]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的整體性、系統(tǒng)性和綜合性與中藥多成分、多靶點(diǎn)、整體性的特點(diǎn)具有高度的相似性，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中藥作用的分子機(jī)制成為近年來研究的常用手段。在中醫(yī)藥現(xiàn)代化進(jìn)程中，一些研究人員通過參考網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究思路，探索中醫(yī)藥的本質(zhì)屬性，揭示中醫(yī)藥多途徑、多靶點(diǎn)、多成分的綜合整體效應(yīng)方面取得了較好的初步成果[8-12]。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)常用方法

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是一個多學(xué)科的研究領(lǐng)域，它是通過將計算和實(shí)驗(yàn)聯(lián)合的方法整合大量信息以發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶點(diǎn)和分子機(jī)制的方法。計算方法主要包括圖論、統(tǒng)計方法、數(shù)據(jù)挖掘、建模和信息可視化方法；實(shí)驗(yàn)方法包括各種高通量組學(xué)技術(shù)以及生物學(xué)和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)；中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法包括基于網(wǎng)絡(luò)的疾病基因預(yù)測、藥物靶標(biāo)和藥物功能、特定疾病的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、中草藥網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和藥物-基因-疾病共模塊定量分析[13]。

2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)常用數(shù)據(jù)庫和工具

篩選活性成分及預(yù)測成分靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫：中藥系統(tǒng)藥理學(xué)分析平臺(TCMSP，http://ibts.hkbu.edu.hk/LSP/tcmsp.php)[設(shè)定口服生物利用度(OB)和類藥性(DL)的數(shù)值篩選活性成分]，Swiss Target(http://www.swisstargetprediction.ch/)，中藥整合藥理學(xué)平臺(TCMIP，http://www.tcmip.cn/)數(shù)據(jù)庫，PharmMapper(http://lilab.ecust.edu.cn/pharmmapper/index.php)數(shù)據(jù)庫；疾病靶點(diǎn)常用的篩選數(shù)據(jù)庫：TTD疾病靶點(diǎn)篩選數(shù)據(jù)庫(https://db.idrblab.org/ttd/)、GeneCards數(shù)據(jù)庫(https://www.genecards.org/)、Dis Ge NET數(shù)據(jù)庫(http://www.disgenet.org/web/Dis Ge NET/menu,Version 5.0)、CTD(The Comparative Toxicogenomics Database)數(shù)據(jù)庫、DigSee(http://210.107.182.61/gene Search/)與人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫(Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM)、Drugbank疾病靶點(diǎn)篩選數(shù)據(jù)庫(https://www.drugbank.ca/)等；疾病和成分蛋白互作信息數(shù)據(jù)庫：TCMIP內(nèi)嵌了HAPPI、Reactome、MINT(Molecular Interaction Database)、OPHID(Online Predicted Human Interaction Database)、DIP(Database of Interacting Proteins)等數(shù)據(jù)庫，omicshare平臺(http://www.omicshare.com/)；蛋白和蛋白互作關(guān)系數(shù)據(jù)庫如String數(shù)據(jù)庫(http://www.string-db.org/，version 10.5)；成分-靶點(diǎn)-通路-疾病等相關(guān)關(guān)系可通過Cytoscape 3.2.1(http://www.cytoscape.org/)軟件進(jìn)行構(gòu)圖；GO富集分析及信號通路分析，主要通過DAVID平臺或Cytoscape軟件中的GO富集分析，用KEGG對信號通路進(jìn)行分析[14-21]。

3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥中的研究進(jìn)展

3.1 中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制的研究

中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)是中藥對某種疾病產(chǎn)生作用的全部藥效成分的總和。目前研究中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的方法有系統(tǒng)分離法、血清藥物化學(xué)、譜效相關(guān)和藥動學(xué)-藥效學(xué)(PK-PD)等方法。中藥是如何在體內(nèi)產(chǎn)生作用，其分子機(jī)制是什么，隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展和普及，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法預(yù)測中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制也成為一種趨勢[22-25]。

3.1.1 單味中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制研究 吳丹等[26]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)對柴胡抗抑郁機(jī)制進(jìn)行了預(yù)測，在運(yùn)用TCMSP數(shù)據(jù)庫和前期研究的基礎(chǔ)上選擇了15個活性成分進(jìn)行后續(xù)靶點(diǎn)的預(yù)測，在DRAR-CPI服務(wù)器中篩選活性成分的靶點(diǎn)，并進(jìn)一步運(yùn)用GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫聚焦與抑郁癥相關(guān)的靶點(diǎn)，繪制成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖及蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖，最后發(fā)現(xiàn)柴胡主要涉及細(xì)胞過程、代謝過程、對應(yīng)激的應(yīng)答等生物過程，通過調(diào)節(jié)PI3K-AKT、MAPK、Rap1、Ras、FoxO和neurotrophin等信號通路來發(fā)揮抗抑郁作用。徐雅等[27]研究了車前子降壓的作用機(jī)制，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)預(yù)測到了高車前苷、二氫五羥黃酮、海波拉亭、列當(dāng)苷、谷甾醇、槲皮素等活性成分，并對其進(jìn)行后續(xù)靶點(diǎn)和通路預(yù)測，預(yù)測到與治療高血壓相關(guān)的靶點(diǎn)90個，GO富集結(jié)果有34個條目，KEGG通路富集到36條信號通路，揭示了車前子降壓的主要信號通路為PI3K-Akt信號通路、HIF-1信號通路和TNF信號通路等。

中藥中的活性成分群也可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)知識來預(yù)測其成分群發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用的分子機(jī)制。張王寧等[28]在課題組前期研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)黃芪中的黃酮類化合物對腎病綜合征具有一定的療效，對鑒定出的黃酮類成分利用TCMSP和TCMID數(shù)據(jù)庫進(jìn)行篩選，共篩選出20種活性成分，結(jié)果表明黃芪總黃酮主要涉及炎癥反應(yīng)過程、氧化應(yīng)激過程、凋亡與自噬等生物過程，通過調(diào)節(jié)AGE-RAGE、PI3K/Akt、VEGF、IL-17和MAPK等信號通路來發(fā)揮治療腎病綜合征的作用。邵君傲等[29]對黃連中的總黃酮治療糖尿病的機(jī)制進(jìn)行預(yù)測，黃連總生物堿通過協(xié)同調(diào)節(jié)與炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗、糖脂代謝、胰島β-細(xì)胞功能相關(guān)的靶點(diǎn)及通路，對糖尿病起到治療作用。

3.1.2 中藥藥對和復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究 中藥復(fù)方為中醫(yī)臨床用藥的主要形式，它在遵循“君、臣、佐、使”組方原則、七情配伍原則及性味主治理論的基礎(chǔ)上對疾病進(jìn)行治療。且可隨癥加減，體現(xiàn)了中醫(yī)治療疾病的優(yōu)勢和特色。中藥復(fù)方經(jīng)過數(shù)千年的實(shí)踐療效確切，具有一定的科學(xué)性。藥對配伍作為一種經(jīng)典又有效的方式，在臨床應(yīng)用中也發(fā)揮著非常重要的療效。藥對是經(jīng)典方劑配伍的核心與用藥靈魂，藥對作為單味藥的延續(xù)及復(fù)方用藥的基礎(chǔ)，必然也將成為未來研究的熱點(diǎn)。

孫凱等[30]對杜仲-牛膝治療腰痛的物質(zhì)基礎(chǔ)和機(jī)制進(jìn)行研究，共篩選到45個活性成分，其中28個化學(xué)成分屬于杜仲，20個化學(xué)成分屬于牛膝，共有3個化學(xué)成分；與治療腰痛疾病共有靶點(diǎn)179個；GO富集分析到183個條目，KEGG富集分析確定了154條信號通路，初步預(yù)測了杜仲-牛膝治療腰痛的機(jī)制。許海燕等[31]對消渴病中的核心藥對柴胡-黃芩治療糖尿病的理法-方藥-成分-活性關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究，柴胡-黃芩藥對中的黃酮類化合物易與過氧化物酶體增殖物激活受體γ及糖原合成酶激酶-3β形成較好的對接模式與較高親和力，具有治療糖尿病的活性。宗陽等[32]對“黃芩-黃連”治療2型糖尿病的作用機(jī)制進(jìn)行預(yù)測，共篩選到活性成分42個，其中29個化學(xué)成分屬于黃芩，13個化學(xué)成分屬于黃連，黃芩-黃連中的活性成分主要通過DPP4、PPARG、IL6、PPARD、TNF等靶點(diǎn)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子，作用于胰島素受體協(xié)同治療2型糖尿病。彭修娟等[33]構(gòu)建當(dāng)歸六黃湯治療糖尿病的中藥-活性成分-關(guān)鍵靶標(biāo)-作用通路關(guān)系，采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)進(jìn)行預(yù)測初步聚焦了當(dāng)歸六黃湯治療糖尿病的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制。

3.2 中藥藥性理論研究

中藥藥性理論包括：四氣、五味、升降浮沉和歸經(jīng)。由于古代人限于年代的制約，對于藥性理論往往基于“取類比象”的思維，難以闡明中藥藥性理論的物質(zhì)基礎(chǔ)，尚未建立客觀量化的指標(biāo)，于是選擇一個方法來揭示中藥藥性理論的科學(xué)內(nèi)涵成為大勢所趨。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展，中藥藥性理論也邁向了靶點(diǎn)-成分的階段。越來越多的研究對于中藥的寒熱屬性[34]，酸、苦、甘、辛、咸的特點(diǎn)[35]，升降浮沉及歸經(jīng)理論的科學(xué)內(nèi)涵進(jìn)行揭示。

現(xiàn)代學(xué)者認(rèn)為中藥的寒熱屬性是作用于機(jī)體后的效應(yīng)表達(dá)的高度概括，從生物效應(yīng)的角度區(qū)分中藥的寒熱屬性，成為研究中藥寒熱屬性的一個突破口[36]。黃麗萍等[37]選取了幾個代表性的寒熱代表性藥物，并檢測其作用于大鼠后的生物效應(yīng)，通過C&R分類回歸計算和C5.0算法，發(fā)現(xiàn)中藥寒熱屬性與能量代謝關(guān)系密切。中藥酸、苦、甘、辛、咸的物質(zhì)基礎(chǔ)已經(jīng)基本明確，利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的相關(guān)知識可以將藥物、疾病、靶點(diǎn)和通路聯(lián)系起來，深入揭示某類病癥的中藥作用機(jī)制。陶謹(jǐn)?shù)萚38]發(fā)現(xiàn)甘、苦味中藥常用于消渴病的治療，通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)甘味藥中的皂苷類成分主要作用于胰島素、胰島素及胰腺分泌等通路，刺激胰島素分泌，改善胰島素抵抗，促進(jìn)葡萄糖利用；苦味藥中的黃酮和生物堿等成分主要作用于絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-Akt、過氧化物酶體增殖物激活型受體(PPAR)等通過參與調(diào)控炎癥因子，促進(jìn)糖異生，改善內(nèi)分泌，調(diào)節(jié)糖脂代謝等生理過程。中藥的歸經(jīng)是指中藥作用定位于人體相應(yīng)的經(jīng)絡(luò)和臟腑，現(xiàn)代學(xué)者多用藥效與歸經(jīng)的相互關(guān)系來闡明中藥的歸經(jīng)。李立等[39]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)知識對不同歸經(jīng)的芳香類藥物藿香和蒼術(shù)對甲型H1N1流感免疫相關(guān)通路的差異進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)歸肺經(jīng)的藿香治療效果更好，蒼術(shù)作用于與甲型H1N1流感相關(guān)的作用靶點(diǎn)、炎癥通路和免疫通路比藿香相比相對較少?，F(xiàn)代研究中，中藥的升降浮沉多從藥效觀察、生物物理、子午流注、數(shù)理統(tǒng)計、中藥藥性量子等眾多角度進(jìn)行研究，隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展將有助于闡釋中藥的升降浮沉屬性，揭示其科學(xué)內(nèi)涵。

3.3 中藥毒性作用機(jī)制研究

中藥具有兩面性，同時具有療效和毒性。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為毒性是藥物的偏性，現(xiàn)代則一般指藥物對機(jī)體所產(chǎn)生的不良影響及損害性。2015年版《中國藥典》將有毒中藥分為3個等級，即大毒、有毒、小毒，如何更好地評價中藥的安全性成為亟需解決的問題，網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)的出現(xiàn)為解決這個問題提供了一個強(qiáng)有力的方法和工具。網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)是通過對網(wǎng)絡(luò)中特定組分進(jìn)行毒理學(xué)相關(guān)性分析，從生物整體水平闡釋中藥毒性機(jī)制的一門學(xué)科[40]。網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)可以建立毒性-毒性成分-毒性靶點(diǎn)-效應(yīng)途徑的相互作用網(wǎng)絡(luò)，通過分析特定組分的毒理學(xué)特性，初步預(yù)測毒性物質(zhì)基礎(chǔ)和分子機(jī)制，最后根據(jù)預(yù)測的結(jié)果用整體動物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。隨著網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者們在中藥毒性方面有了進(jìn)一步的探索。董一珠等[41]對雷公藤主要活性成分，也是毒性成分的二萜類成分、三萜類成分和生物堿類成分的藥效和毒性機(jī)制進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雷公藤的成分可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時可作用于肝臟代謝酶系統(tǒng)，在體內(nèi)蓄積中毒。四逆湯中的附子為生附子具有大毒，李志勇等[42]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)富集到附子毒-效的共享基因靶點(diǎn)，同時富集到甘草和干姜對附子進(jìn)行減毒存效的共享基因，揭示了甘草和干姜可能通過調(diào)控免疫-炎癥反應(yīng)信號等途徑來降低附子的毒性。

4 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)和展望

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的出現(xiàn)突破了單一靶點(diǎn)的研究模式，轉(zhuǎn)為“網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)”的研究模式；隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在闡明中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制、中藥藥性理論、中藥的毒性作用機(jī)制方面有了很大突破，對于中藥實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，走向國際舞臺提供了一定基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)作為后起之秀，在提供新的研究方式的同時，也存在著許多不足。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)需要從數(shù)據(jù)庫中匹配信息，但現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的完整性和準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步的提高，且數(shù)據(jù)庫內(nèi)容多為當(dāng)前熱點(diǎn)問題，存在以偏概全的問題，同時現(xiàn)有專屬于中藥的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫較少；故未來網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，尤其是中藥網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。中藥本身成分復(fù)雜，經(jīng)過人體吸收后在體內(nèi)代謝酶的代謝下轉(zhuǎn)為其代謝物，起到作用的并非全是中藥的原型成分，同時中藥的生物利用度、組織分布等無法客觀量化，所以網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)需要結(jié)合血清化學(xué)、藥效學(xué)與藥動學(xué)的相關(guān)知識，對中藥化學(xué)成分進(jìn)行量化分析，進(jìn)一步細(xì)化其分析方法。通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)軟件得到的成分-靶點(diǎn)之間的作用機(jī)理較模糊，缺乏相應(yīng)的驗(yàn)證手段等問題，這就要求學(xué)者們在得到結(jié)果后要深入理解疾病的內(nèi)在聯(lián)系，對結(jié)果有較為準(zhǔn)確的解析，尋找合適的驗(yàn)證方法，未來的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)將需要計算、臨床和實(shí)驗(yàn)等多學(xué)科的深入融合才能持久發(fā)展。

盡管網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)尚處于初級階段且有些許不足，但其在中藥中的研究已經(jīng)取得了較為可觀的進(jìn)展，這種新穎的方法將為中藥現(xiàn)代化開辟新的方向，有助于在中藥研究領(lǐng)域中挖掘出新的見解。隨著中藥基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，各種組學(xué)技術(shù)、高內(nèi)涵技術(shù)的引入，計算機(jī)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的不斷完善，將會更加明確地揭示中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、作用機(jī)制、中藥藥性理論和中藥毒性方面的難題，未來充分揭示中藥的神秘面紗指日可待！