基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析枸杞治療阿爾茨海默病的作用機制

彭罡 郭志芬 嚴(yán)大鵬 周妍 張孟俊 裘齊寧

[摘要]目的采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析枸杞治療阿爾茨海默病的作用機制。方法初步篩選枸杞的主要成分及作用靶點（數(shù)據(jù)來源于 BATMAN-TCM 和 TCMID 數(shù)據(jù)庫），收集阿爾茨海默病疾病靶點（數(shù)據(jù)來源于GeneCards和Drugbank數(shù)據(jù)庫）;取枸杞與阿爾茨海默病交集靶點作為研究對象，構(gòu)建枸杞活性成分-作用靶點-疾病的相互作用（Cytoscape）。使用 David 數(shù)據(jù)庫對關(guān)鍵靶點進行 GO 功能富集和 KEGG 通路分析。結(jié)果枸杞中篩選出35種主要的有效成分，其與阿爾茨海默病的交集靶點一共54個，通過 GO 富集和 KEGG 富集顯示，這些靶基因主要位于突觸后膜，生物過程主要涉及氧化還原過程，分子功能主要涉及黃素腺嘌呤二核苷酸合成、NADP 結(jié)合及氧化還原酶的活性。主要的信號通路涉及氨基酸的生物合成與代謝信號通路。結(jié)論枸杞治療阿爾茨海默病具有多成分、多靶點的特點，其發(fā)揮作用的機制不僅通過在腦內(nèi)發(fā)揮抗氧化的作用，而且還與氨基酸的生物合成與代謝信號通路有關(guān)。

[關(guān)鍵詞]枸杞;阿爾茨海默病;抗氧化;氨基酸生物合成與代謝;網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

[中圖分類號] R285.5? [文獻標(biāo)識碼] A?? [文章編號]2095-0616（2022）09-0004-04

Network pharmacology-based analysis on the mechanism of Lyciumbarbarum in the treatment of Alzheimer's disease

PENG? Gang1GUO? Zhifen（ 2） YAN? Dapeng1? ZHOU? Yan1 ZHANG? Mengjun ??QIU? Qining1

1. Department of Pharmacy， Zhongshan Hospital， Fudan University （Xiamen Branch）， Fujian， Xiamen 361015， China;2. Department of Pharmacy， Xiamen Humanity Hospital， Fujian， Xiamen 361015， China

[Abstract] Objective To analyze the mechanism of Lyciumbarbarum in the treatment of Alzheimer's disease using network pharmacology. Methods The main components and action targets of Lyciumbarbarum （sourced from BATMAN-TCM and TCMID databases） were preliminarily screened， and Alzheimer's disease targets （sourced from GeneCards and Drugbank databases） were collected. The intersection targets of Lyciumbarbarum and Alzheimer's disease were taken as study subjects， and the network map of "active components of Lyciumbarbarum - target - disease" was constructed using Cytoscape. GO functional enrichment analysis and KEGG pathway enrichment analysis were performed on the key targets using David database. Results A total of 35 major effective components in Lyciumbarbarum were screened， and a total of 54 intersection targets between effective components and Alzheimer's disease were identified. The GO enrichment analysis and KEGG enrichment analysis showed that these target genes were mainly located in the postsynaptic membrane， the biological processes were mainly involved in redox processes， and the molecular functions were mainly involved in the synthesis of flavin adenine dinucleotide， NADP binding and oxidoreductase activity. The main signaling pathways involved amino acid biosynthesis and metabolism. Conclusion Lyciumbarbarum demonstrates multi-component and multi-target characteristics in the treatment of Alzheimer's disease， and the exertion of its mechanism is not only through the antioxidant effect in the brain， but also related to the signaling pathways of amino acid biosynthesis and metabolism.

[Key words] Lyciumbarbarum; Alzheimer's disease; Antioxidation; Amino acid biosynthesis and metabolism; Network pharmacology

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease， AD）是一種神經(jīng)退行性疾病，其患病率隨年齡變化呈指數(shù)增長[1]，據(jù)估計，2015年全球有超過4700萬人受到AD 影響，到2050年，全世界約有1.1億人將患有 AD[2]。然而，到目前為止，尚無治療 AD 的有效藥物。目前臨床上治療 AD 主要以西藥為主，但具有毒性大、易耐藥等缺點，因此越來越多的研究重點轉(zhuǎn)移到中草藥的研究中[3]。枸杞是我國傳統(tǒng)的中藥，現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，枸杞具有抗氧化、抗衰老、神經(jīng)保護的作用[4]。值得注意的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)，枸杞提取物對 AD 具有顯著的治療作用[5]。但枸杞治療 AD 的具體的作用機制尚不清楚。因此，本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法，從枸杞的有效成分、作用靶點、蛋白互作結(jié)果、GO 及 KEGG 富集分析等方面研究枸杞治療 AD 的可能作用機制。

1資料與方法

1.1枸杞活性成分及靶點分析

通過 BATMAN-TCM（ http：//bionet.ncpsb.org/batman- tcm/）及 TCMID（ http：//www.megabionet.org/tcmid/）數(shù)據(jù)庫，設(shè)置 Score cut off 為80，檢索枸杞的有效成分及其對應(yīng)的靶點。在GeneCard（http：//www.genecards. org/）、Drugbank（ https：//go.drugbank.com/）數(shù)據(jù)庫中輸入“Alzheimer's disease”，得到 AD 的相關(guān)靶點基因數(shù)據(jù)。

1.2有效成分-疾病靶點網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

使用Venny 2.1.0（https：//bioinfogp.cnb.csic.es/ tools/venny/index.html）查找枸杞的有效成分與 AD 及枸杞潛在作用靶點的交集。

1.3網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析

將枸杞有效活性成分信息和 AD 疾病靶點信息導(dǎo)入Cytoscape 3.8.2，繪制枸杞有效活性成分-疾病作用靶點網(wǎng)絡(luò)。

1.4 GO功能富集分析

GO 是注釋基因及其表達產(chǎn)物的常用方法，由生物過程（BP），細胞組成（CC）和分子功能（MF）

3部分組成。運用 DAVID 數(shù)據(jù)庫（https：//david. ncifcrf.gov/）對得到的枸杞治療 AD 的關(guān)鍵靶點進行 GO 功能分析，說明其在基因功能中的作用。

1.5 KEGG通路富集分析

運用 DAVID 數(shù)據(jù)庫（ https：//david.ncifcrf.gov/）對得到的枸杞治療 AD 的關(guān)鍵靶點進行 KEGG 通路富集分析，從而了解枸杞治療 AD 可能發(fā)生改變的關(guān)鍵信號通路。

2結(jié)果

2.1枸杞的有效成分與AD及枸杞潛在作用靶點的交集

通過 BATMAN-TCM 及 TCMID 數(shù)據(jù)庫，根據(jù)設(shè)置的條件，獲得枸杞已知的主要有效成分35種。選擇這些有效成分所對應(yīng)的靶點，去掉重復(fù)的靶點，一共獲得214個對應(yīng)的靶點。通過GeneCard及Drugbank數(shù)據(jù)庫，設(shè)置 Relevance score>20的相關(guān)靶點，篩選后共獲得 AD 疾病的潛在靶點1097個，將枸杞與 AD 相關(guān)靶點輸入Venny軟件繪制韋恩圖，共發(fā)現(xiàn)54個共同作用的潛在靶點，結(jié)果見圖1。

2.2靶蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及相互作用

將54個藥物-疾病共同靶點輸入 STRING 數(shù)據(jù)庫中進行分析，隱藏?zé)o相互作用的節(jié)點，獲得標(biāo)靶蛋白相互作用的關(guān)系（圖2）。將結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape 3.8.2軟件，繪制藥物成分-靶點互作網(wǎng)絡(luò)圖。分析每個成分及靶點的頂點度，結(jié)果顯示，枸杞的有效成分中，胡蘿卜素、維生素 B2、煙酸的出度最高;相應(yīng)靶點中，維生素 D 受體（VDR）、孕酮受體（PGR）、雌激素受體1（ESR1）3個靶基因的入度最高，這可能是枸杞治療 AD 的關(guān)鍵靶基因。

2.3 GO富集分析

利用 David 數(shù)據(jù)庫對54個靶點基因進行 GO 富集分析，得到792個條目，其中生物過程共599個條目，分子功能107個條目，細胞成分86個條目，三個部分各取 P 值最小得到前10個條目進行分析。靶基因涉及的生物過程包括氧化還原過程、對藥物的反應(yīng)過程、多巴胺分解代謝過程等。分子功能主要涉及突觸后膜。細胞成分主要涉及黃素腺嘌呤二核苷酸合成、氧化還原酶活性、NADP 結(jié)合等。見圖3。

2.4 KEGG通路富集分析

利用 David 數(shù)據(jù)庫對54個靶點基因進行 KEGG 富集分析，主要涉及32個條目，取 P 值最小的10個條目做可視化分析，靶基因涉及的信號通路主要包括氨基酸的生物合成與代謝，鈣離子信號通路等。見圖4。

3討論

枸杞作為一種中藥材，在我國有悠久的藥用歷史，首載于《神農(nóng)百草經(jīng)》中，被列為上品，其味甘、性平，歸肝、腎經(jīng)，有滋肝補腎、益精明目之功效[6]。有研究表明，枸杞不僅具有抗衰老的作用[7-8]，同時還具有顯著的細胞保護作用[9-10]，從枸杞果實中分離的提取物顯著減弱了體外培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元中 Aβ誘導(dǎo)的凋亡[11]，因此，枸杞可能是治療 AD 的有效中藥。本研究以枸杞為研究對象，采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法，探究枸杞所含的有效成分治療 AD 的可能的作用機制。

借助 BATMAN-TCM 數(shù)據(jù)庫以及 TCMID 數(shù)據(jù)庫，本研究共篩選出枸杞有效活性成分35種，對應(yīng)活性成分靶點214個。其中，枸杞與 AD 的共同基因有54個，結(jié)合“藥物-活性成分-共同靶點”網(wǎng)絡(luò)和蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，枸杞治療 AD 的關(guān)鍵活性成分有胡蘿卜素、維生素 B2、煙酸等，胡蘿卜素對老年癡呆癥的作用最為突出。胡蘿卜素是一類重要的生物活性化合物，主要存在于黃色、橙色和紅色的水果和蔬菜中，是一種公認(rèn)的天然抗氧化劑[12]，在 AD 受試者中發(fā)現(xiàn)低血漿β-胡蘿卜素濃度，而大量攝入富含類胡蘿卜素的食物可能通過減少氧化應(yīng)激來保護端粒，胡蘿卜素可能通過調(diào)節(jié)老年人的端粒酶活性而起到抗 AD 的作用[13]。

為了更充分地說明枸杞的作用機制，本研究進行了富集分析。GO 富集的結(jié)果顯示，枸杞治療 AD 的靶點基因富集主要在神經(jīng)突觸后膜，與氧化還原酶的活性及體內(nèi)多種氧化脫氫反應(yīng)相關(guān);KEGG 富集分析的結(jié)果顯示，氨基酸的生物合成與代謝途徑與枸杞發(fā)揮抗 AD 作用最相關(guān)，其中精氨酸的生物合成的貢獻最為突出。臨床上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，AD 血清中精氨酸的含量顯著減少，精氨酸與 AD 的發(fā)生發(fā)展呈負(fù)相關(guān)[14]，同時在 AD 轉(zhuǎn)基因模型小鼠中也發(fā)現(xiàn)，小鼠腦精氨酸代謝改變和行為缺陷的平行發(fā)展[15]，因此本研究猜測，以精氨酸為中心的一組 AD 生物標(biāo)志物可能是有價值的，這與本研究中的發(fā)現(xiàn)一致，結(jié)合之前的分析，本研究推測，枸杞可能通過調(diào)節(jié) AD 患者體內(nèi)精氨酸的生物合成，從而對改善 AD 病程起到一定的作用。

綜上所述，枸杞發(fā)揮治療 AD 的作用具有多成分、多靶點的特點，其中發(fā)揮作用的主要有效成分包括胡蘿卜素、維生素 B2、煙酸、甜菜堿等，主要作用于 VDR、ESR1、PGR 等靶基因，改善 AD 患者腦內(nèi)氧化應(yīng)激的情況，發(fā)揮抗氧化、抗衰老的作用，增加體內(nèi)氨基酸的生物合成與代謝，尤其是精氨酸的生物合成，從而發(fā)揮抗 AD 作用。

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（收稿日期：2021-09-01）