基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討印加孔雀草精油藥理活性及作用機(jī)制*

雷鳴

（西藏自治區(qū)高原生物研究所，西藏 拉薩 850000）

印加孔雀草（Tagetes minuta L.）屬菊科萬(wàn)壽菊屬植物，屬于具有危害性和侵入性的物種，已先后在我國(guó)多地發(fā)現(xiàn)大面積的自然定植種群，局部區(qū)域已出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，并影響當(dāng)?shù)匚锓N正常生長(zhǎng)［1-3］。印加孔雀草具有治療支氣管擴(kuò)張、降血壓、消炎、鎮(zhèn)靜安神、解痙、防腐、抗癌和抗氧化等功效，也具有殺蟲、抑菌、抗病毒活性［4-6］。在印度，印加孔雀草作為香料和工業(yè)原料進(jìn)行了商業(yè)種植，在藥品生產(chǎn)管理規(guī)范允許范圍內(nèi)，可以作為食品和藥品的一部分進(jìn)行使用［7］。印加孔雀草富含精油，大量研究表明，富含精油植物均具有潛在的生物活性功能。綜合文獻(xiàn)研究，印加孔雀草中含有大量的次生代謝產(chǎn)物，總共統(tǒng)計(jì)出127 種化合物，包括無(wú)環(huán)單萜、倍半萜、黃酮類化合物和噻吩類化合物等，主要成分為（Z）-萬(wàn)壽菊酮和（E）-萬(wàn)壽菊酮、二氫萬(wàn)壽菊酮、（Z）-β-羅勒烯、羅勒烯酮和檸檬烯等［8-11］。印加孔雀草精油化學(xué)成分多而復(fù)雜，不同成分及靶點(diǎn)之間相互協(xié)同，因此探討印加孔雀草精油藥理活性及作用機(jī)制尤為重要。

為了綜合開發(fā)入侵植物，科研人員持續(xù)不斷進(jìn)行研究，南京大學(xué)致力于研究互花米草與企業(yè)合作推出保健品復(fù)合米草口服液和解風(fēng)堂［12］，陳啟康等利用雜交技術(shù)挖掘其耐鹽基因，培育灘涂耐鹽水稻新品種［13］；加拿大一枝黃花具有抗腫瘤活性，已被作為抗炎劑用于臨床，正被研究作為抗癌藥物新的藥源植物［14］；土荊芥已被研究作為中藥荊花胃康膠丸的主要成分，抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)及治療胃潰瘍［15］；反枝莧因富含皂苷以及甾體黃酮類化合物，在中藥中全草入藥，作為清熱解毒藥［16］。

研究發(fā)現(xiàn)印加孔雀草種子量大，萌發(fā)率高，傳播能力強(qiáng)且傳播距離遠(yuǎn)，并且耐受強(qiáng)，干旱、鹽堿地以及貧瘠土地皆能很快適應(yīng)［1,17］。所以，印加孔雀草的開發(fā)利用迫在眉睫。本研究基于中藥資源研究思路，依據(jù)印加孔雀草潛在生物活性，開展其資源利用化研究，化害為寶，尋求印加孔雀草合理利用的有效途徑。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)能夠機(jī)制性揭示藥材和疾病之間關(guān)系，對(duì)于改善傳統(tǒng)藥理研究具有積極作用［18］。通過(guò)構(gòu)建印加孔雀草化學(xué)成分-靶標(biāo)-功能網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)印加孔雀草作用機(jī)制，為其今后開發(fā)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 印加孔雀草精油化學(xué)組成獲取與鑒定

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，共鑒定得到印加孔雀草精油127個(gè)化合物（見表1）。

表1 印加孔雀草精油化學(xué)成分

表1 （續(xù)）

表1 （續(xù)）

表1 （續(xù)）

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 印加孔雀草精油化學(xué)成分靶點(diǎn)預(yù)測(cè)。通過(guò)BATMAN-TCM 數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)印加孔雀草精油化學(xué)成分的潛在作用靶點(diǎn)蛋白，設(shè)置條件為閾值55，Adjusted P為0.05。

1.2.2 靶點(diǎn)蛋白的生物功能分析生物學(xué)信息注釋。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)DAVID 6.8 將1.2.1 篩選得到的靶點(diǎn)蛋白進(jìn)行GO 功能注釋和KEGG 通路富集分析，篩選P＜0.05 的GO 條目和KEGG 通路。

1.2.3 “化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建利用。對(duì)作用靶點(diǎn)進(jìn)行TTD疾病分類，篩選P＜0.05的TTD 疾病，統(tǒng)計(jì)靶點(diǎn)蛋白及化學(xué)成分信息，構(gòu)建“化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)圖。

2 結(jié)果

2.1 印加孔雀草精油作用靶點(diǎn)運(yùn)用

127 個(gè)化學(xué)成分中有10個(gè)未檢索到對(duì)應(yīng)的Pub‐Chem 號(hào)，未進(jìn)行檢索；25個(gè)化合物未檢索到適合條件的靶點(diǎn)蛋白。圖1 中共展示92 種符合條件的化學(xué)成分及其靶點(diǎn)蛋白，其中十六醇和正己醇具有最多的潛在作用靶點(diǎn)62 個(gè)；3 個(gè)化合物的潛在作用靶點(diǎn)為54個(gè)，包括2-環(huán)己烯-1-酮-6-甲基-3-（1-甲乙基）、馬鞭草烯酮、馬鞭草烯醇；15 個(gè)化合物的潛在作用靶點(diǎn)為53 個(gè)，包括β-大西洋酮、6Z-2,5,5,10-四甲基-十一烷酰氯-2,6,9-三乙烯四氨-8-酮、萬(wàn)壽菊酮、（E）-萬(wàn)壽菊酮、菊油環(huán)酮、3-萜品烯酮、菖蒲酮、6-甲基-3,5-庚二烯-2-酮、2-環(huán)亞戊基環(huán)戊酮、二氫萬(wàn)壽菊酮、1-異丙烯基-3,3-二甲基-5-（3-甲基-1-氧代-2-丁烯基）環(huán)戊烷、Nona-3,5-dien-2-one、11-Isopropyliden‐etricyclo［4.3.1.1（2,5）］undec-3-en-10-one、3,4-二甲基-2-環(huán)戊烯酮、異辣薄荷烯酮。

圖1 印加孔雀草精油化學(xué)組成與潛在作用靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖

2.2 GO 功能和KEGG 通路富集分析利用

GO 功能注釋顯示，分子功能分類中較顯著的主要是跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性、氧化還原酶活性、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活性；細(xì)胞組分分類中較顯著的主要是細(xì)胞質(zhì)膜、蛋白質(zhì)復(fù)合體、外部封裝結(jié)構(gòu);生物過(guò)程分類中較顯著的主要是跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞-細(xì)胞信號(hào)、神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)程（圖2）；KEGG 通路富集分析（圖3），較顯著性的通路包括神經(jīng)活性配體-受體交互作用、逆行內(nèi)源性大麻素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、GABA能神經(jīng)元、膽汁分泌、嘌呤代謝。

圖2 印加孔雀草精油潛在作用靶點(diǎn)GO 功能分析

圖3 印加孔雀草精油潛在作用靶點(diǎn)KEGG 通路富集分析

2.3 “化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)分析

印加孔雀草精油的潛在作用靶點(diǎn)分析顯示（表2），主要為心血管、疼痛和神經(jīng)精神類疾病。神經(jīng)精神類疾病主要涉及神經(jīng)紊亂、抑郁癥、阿爾茲海默癥、額葉癲癇、癡呆神經(jīng)變性疾病和刺激；心血管疾病主要包括高血壓、血栓性疾病、血凝固障礙、心血管疾?。ㄎ疵鞔_）；疼痛疾病主要有疼痛（麻木、神經(jīng)性）、鎮(zhèn)痛劑、疼痛、疼痛（未明確）。分別構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的“化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)圖。圖4A所示，（E）-萬(wàn)壽菊酮、萬(wàn)壽菊酮和二氫萬(wàn)壽菊酮均作用于5 個(gè)蛋白，包括腺苷受體2a（ADORA2A）、芳香化酶的編碼基因（CYP19A1）、雌激素受體1 基因（ESR1）、阿片樣物質(zhì)受體Κ1（OPRK1）、速激肽受體2（TACR2），與神經(jīng)變性疾病、神經(jīng)紊亂和抑郁癥疾病相關(guān)聯(lián)。共27 種成分作用于ESR1，與神經(jīng)變性疾病相關(guān)聯(lián)；共23 種成分作用OPRK1，與神經(jīng)變性疾病相關(guān)聯(lián)；共21 種成分作用于ADORA2A，與神經(jīng)變性疾病、神經(jīng)紊亂和抑郁癥疾病相關(guān)聯(lián)。在圖4B 中，十六醇可作用于十二個(gè)蛋白，包括電壓門控鈣離子通道輔助亞單位γ1（CACNG1）、煙堿型乙酰膽堿受體α7（CHRFAM7A），煙堿型膽堿能受體α10（CHRNA10）、α4（CHRNA4）、α5（CHRNA5）、α7（CHRNA7）、α9（CHRNA9）、B2（CHRNB2），OPRK1，瞬時(shí)受體電位通道蛋白A1（TRPA1）、M8（TRPM8）、V35（TRPV35），與鎮(zhèn)痛劑、疼痛和疼痛（未明確）相關(guān)聯(lián)；此外，有26個(gè)化合物可作用于阿片樣物質(zhì)受體Κ1 與疼痛相關(guān)聯(lián)。在圖4C 中，芳姜黃酮可作用于八個(gè)蛋白，包括凝血因子Ⅱ重組蛋白（F2）、凝血因子Ⅲ重組蛋白（F3）、凝血因子Ⅶ重組蛋白（F7）、凝血因子Ⅹ重組蛋白（F10）、環(huán)加氧酶1（PTGS1）、血管緊張素Ⅱ-1 型受體（AGTR1）、血管緊張素Ⅱ-2 型受體（AGTR2）、精氨酸血管加壓素受體1a（AVPR1A）；共27 種成分作用于ESR1，與心血管疾病相（未明確）相關(guān)聯(lián)。

表2 印加孔雀草精油潛在作用靶點(diǎn)治療靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)疾病分類

圖4 “化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)

3 討論

該研究通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對(duì)印加孔雀草精油的潛在作用靶點(diǎn)進(jìn)行挖掘，并探索其潛在藥理作用機(jī)制，預(yù)測(cè)其可治療的疾病。印加孔雀草精油化學(xué)成分共檢索到319個(gè)潛在作用靶點(diǎn)；GO功能富集分析共獲得到115 個(gè)GO 條目，有顯著性差異的主要有跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞信號(hào)等；KEGG 通路富集分析共注釋到136 條，有顯著性差異的24 條，其中較顯著的主要有神經(jīng)活性配體-受體交互作用、逆行內(nèi)源性大麻素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、GABA 能神經(jīng)元、膽汁分泌、嘌呤代謝等；富集的TTD 疾病類型共248 類，有顯著性差異的31類，主要與心血管、疼痛、神經(jīng)精神疾病相關(guān)。

在KEGG 通路注釋中，逆行內(nèi)源性大麻素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、血管平滑肌收縮、cGMP-PKG 信號(hào)通路、心肌細(xì)胞腎上腺素能信號(hào)傳導(dǎo)通路、腎素-血管緊張素系統(tǒng)均涉及機(jī)體的心血管系統(tǒng)調(diào)節(jié)，這些通路可能與印加孔雀草精油治療心血管疾病的作用機(jī)制相關(guān)。此外，印加孔雀草精油的潛在靶點(diǎn)蛋白與神經(jīng)精神類疾病相關(guān)，主要富集到神經(jīng)活性配體-受體相互作用通路、逆行內(nèi)源性大麻素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、GABA能神經(jīng)元、血清素激活的神經(jīng)突觸通路、谷氨酸能神經(jīng)元、鈣信號(hào)途徑、膽堿能神經(jīng)元、多巴胺能神經(jīng)元、長(zhǎng)期增益效應(yīng)、長(zhǎng)時(shí)程抑制、雌性激素信號(hào)通路。內(nèi)源性大麻素參與維持人體內(nèi)環(huán)境平衡和健康，具有神經(jīng)保護(hù)特性，能夠決定神經(jīng)元的命運(yùn)，在神經(jīng)元與免疫系統(tǒng)之間起著橋梁作用［19-21］。研究表明，在正常情況下，內(nèi)源性大麻素在調(diào)節(jié)心血管功能中調(diào)節(jié)甚微，而在功能失調(diào)時(shí)其表達(dá)及影響非常顯著，在腦缺血疾病過(guò)程中，內(nèi)源性大麻素可能調(diào)節(jié)CB1 受體，進(jìn)一步調(diào)節(jié)腦血流，從而達(dá)到對(duì)心血管的保護(hù)作用［22］。GABA 能神經(jīng)元是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的抑制性中間神經(jīng)元［23］，與癲癇和抑郁癥的發(fā)作密切相關(guān)。GABA 能中間神經(jīng)元減少，其軸突末梢數(shù)量減少或者功能減弱與顳葉癲癇的發(fā)生密切相關(guān)［24］；GABAA受體含量和功能的下降，是提高癲癇發(fā)作頻率和強(qiáng)度的重要因素［25］；應(yīng)激誘導(dǎo)的GABA 能神經(jīng)元功能障礙，而引起的不平衡的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是抑郁癥發(fā)作的病理基礎(chǔ)［26］。

在“化學(xué)成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)中，共27 種精油成分作用于ESR1，與神經(jīng)變性疾病和心血管疾病相（未明確）相關(guān)聯(lián);此外，共有26 個(gè)化合物可作用于阿片樣物質(zhì)受體Κ1（OPRK1），與疼痛相關(guān)聯(lián)。ESR1編碼的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)許多雌激素誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄，這些基因在生長(zhǎng)、代謝、性發(fā)育、妊娠和其他生殖功能中發(fā)揮作用，并在許多非生殖組織中表達(dá)，在乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌和骨質(zhì)疏松癥中起著關(guān)鍵作用［27-29］。OPRK1在人類的記憶、學(xué)習(xí)過(guò)程發(fā)揮重要作用，該基因的高度甲基化增加阿爾茨海默病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)［30,31］。在精油的主要成分中，Z-萬(wàn)壽菊酮、E-萬(wàn)壽菊酮、二氫萬(wàn)壽菊酮等可與多個(gè)靶點(diǎn)相互作用，與心血管、疼痛、神經(jīng)精神疾病相關(guān)，推測(cè)這些化合物可能具有協(xié)同調(diào)節(jié)的作用。

綜上所述，本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對(duì)印加孔雀草精油進(jìn)行藥理活性及其作用機(jī)制研究，分析發(fā)現(xiàn)印加孔雀草精油具有潛在的治療心血管、疼痛、神經(jīng)精神疾病的功效，但要真正了解其實(shí)際功效，還需進(jìn)一步進(jìn)行藥理及臨床驗(yàn)證。本研究初步揭示了印加孔雀草精油成分與靶點(diǎn)蛋白之間協(xié)同作用的機(jī)制，為今后進(jìn)一步開發(fā)印加孔雀草及其治病機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。