楊 梅,迪麗美合日·迪力夏提,趙翡翠,2*
(1.新疆醫(yī)科大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830000;2.新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院,新疆 烏魯木齊 830000)
毛茛科(Ranuculaceae)烏頭屬(AconitumL.)植物是重要的藥用植物資源。目前我國約有200種烏頭屬植物,大多分布在西南橫斷山區(qū)南部,其中可供藥用的烏頭屬植物約有36種。常用烏頭屬中藥主要有烏頭(川烏)、北烏頭(草烏)、黃花烏頭(關(guān)白附)、短柄烏頭(雪上一枝蒿)和甘青烏頭[1]。烏頭屬中藥作為有毒中藥,雖然其藥性峻猛,使用不慎極易對人體造成傷害,但因其在治療腫瘤、風(fēng)濕病、坐骨神經(jīng)痛等疑難雜癥方面效果顯著[2-3],受到研究者的關(guān)注。當(dāng)前在推動中醫(yī)藥現(xiàn)代化和國際化的大背景下,如何全面系統(tǒng)地解析烏頭屬中藥藥效的科學(xué)內(nèi)涵是中醫(yī)藥工作者亟需研究的課題。
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是基于基因、蛋白等不同水平對生物學(xué)事件進(jìn)行系統(tǒng)研究的方法學(xué)體系,其關(guān)注整體性和系統(tǒng)性的特點與中醫(yī)藥學(xué)的整體觀念相吻合,有助于探索中藥多成分、多靶點、多途徑作用機(jī)制[4-5]。近年來,許多研究者將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)運用到烏頭屬中藥的研究當(dāng)中,取得了一定的成果。作者對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)常用的數(shù)據(jù)庫、分析平臺及軟件進(jìn)行總結(jié),對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在烏頭屬中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ),抗腫瘤、抗炎、鎮(zhèn)痛等作用機(jī)制以及毒性研究中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述,并對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在烏頭屬中藥研究應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)及未來展望進(jìn)行總結(jié),以期為烏頭屬中藥深入研究提供一定參考。
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)一詞最先是由Hopkins[6]提出。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是借助大數(shù)據(jù)技術(shù),利用開放數(shù)據(jù)庫篩選中藥的化學(xué)成分、化學(xué)成分和特定疾病的靶點信息,然后構(gòu)建“藥物-成分-靶點-信號通路-疾病”多維可視化網(wǎng)絡(luò)模型,進(jìn)而在細(xì)胞、分子和生物整體層面上對網(wǎng)絡(luò)信號節(jié)點進(jìn)行多級分析,確定關(guān)鍵節(jié)點,從而預(yù)測中藥治療疾病的活性成分、作用靶點以及可能參與調(diào)節(jié)的信號通路,揭示其潛在作用機(jī)制??梢姡谶\用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)構(gòu)建多維復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的過程中涉及到了藥物作用網(wǎng)絡(luò)、疾病作用網(wǎng)絡(luò)以及相互作用網(wǎng)絡(luò)。
收集中藥活性成分的數(shù)據(jù)庫:中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫和分析平臺(TCMSP,https://lsp.nwu.edu.cn/tcmp.php),中藥綜合數(shù)據(jù)庫(TCM-ID,http://www.megabionet.org/tcmid/),中藥分子機(jī)制的生物信息學(xué)分析工具(BATMAN-TCM,http://bionet.ncpsb.org/batman-tcm/)。
垂釣成分靶點數(shù)據(jù)庫:中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫和分析平臺(TCMSP,https://lsp.nwu.edu.cn/tcmp.php),中藥整合藥理學(xué)平臺(TCMIP,http://www.tcmip.cn/),靶標(biāo)預(yù)測在線平臺(SwissTargetPrediction,http://swisstargetprediction.ch/)。
疾病靶點篩選數(shù)據(jù)庫:治療靶點數(shù)據(jù)庫(TTD,http://db.idrblab.net/ttd/),疾病基因數(shù)據(jù)庫(DisGeNET,https://www.disgenet.org/home/),基因名片數(shù)據(jù)庫(GeneCards,https://www.genecards.org/),基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(GEO,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/),在線孟德爾人類遺傳數(shù)據(jù)庫(OMIM,https://omim.org/),Drugbank數(shù)據(jù)庫(https://www.drugbank.ca/)。
蛋白質(zhì)互作分析數(shù)據(jù)庫:蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(String,https://string-db.org/)。
GO富集分析及KEGG信號通路富集分析數(shù)據(jù)庫:生物信息數(shù)據(jù)庫(DAVID,https://david.ncifcrf.gov/),MetaScape數(shù)據(jù)庫(https://metascape.org/gp/index.html#/main/step1)。
網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、可視化軟件:Cytoscape軟件(https://cytoscape.org/),R語言(https://www.r-project.org/),Omicshare平臺(http://www.omicshare.com/)等。
3.1.1 烏頭屬單味中藥
中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)是中藥治療某種疾病全部藥效成分總和。中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的研究方法包括成分“敲出/敲入”方法[7]、中藥譜效關(guān)聯(lián)方法[8]、“等效成分群”發(fā)現(xiàn)技術(shù)[9]等。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展,越來越多的學(xué)者將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)運用到中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的研究當(dāng)中。龔勝男等[10]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)預(yù)測出新南五味子酸B、肉質(zhì)雪膽皂苷Ⅰ、次烏頭堿、水黃皮素、3-去氧烏頭堿、多根烏頭堿、德爾妥因、異塔拉定、惰堿、去氧穿心蓮內(nèi)酯是附子治療糖尿病的主要藥效成分。Chen等[11]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)現(xiàn),14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯、去氧穿心蓮內(nèi)酯、刺桐堿、仙人球毒堿、去甲烏藥堿等11個成分是附子治療變應(yīng)性鼻炎的藥效物質(zhì)。王越華等[12]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)篩選出次烏頭堿、關(guān)附素A、亞油酸、β-谷甾醇、2,4-乙基膽甾醇等5個成分,其可能是關(guān)白附水煎液的抗腫瘤藥效物質(zhì)。
3.1.2 烏頭屬中藥復(fù)方
中藥復(fù)方由2種或2種以上中藥組成,所含成分復(fù)雜,如何厘清中藥復(fù)方的化學(xué)組成及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)一直是中醫(yī)藥工作者探索的方向。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的出現(xiàn),中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究有了新的手段和有效參考[13-16]。郭秋巖[17]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)研究烏頭湯緩解神經(jīng)病理性疼痛的藥效物質(zhì)基礎(chǔ),從數(shù)據(jù)庫中檢索到162個烏頭湯成分,從中篩選出類藥性較好的41個活性成分,結(jié)合分子對接技術(shù)及表面等離子共振技術(shù)最終明確芍藥苷和甘草苷可能是烏頭湯緩解神經(jīng)病理性疼痛的關(guān)鍵藥效物質(zhì)。毛霞[18]基于全基因組表達(dá)譜和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析,預(yù)測出烏頭所含的塔拉定和白芍所含的芍藥苷是烏頭湯緩解類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎寒證的藥效物質(zhì)。
3.1.3 烏頭屬中藥藥對
中藥藥對是2種中藥的固定搭配,是中醫(yī)藥獨特的組方形式,能夠起到協(xié)同增效、相制減毒等作用?,F(xiàn)代學(xué)者運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)挖掘烏頭屬經(jīng)典藥對的藥效物質(zhì)基礎(chǔ),取得了一定的進(jìn)展。黃菁等[19]基于TCMSP檢索去重整理得到“桂枝-附子”藥對27個活性成分和667個成分靶點,通過疾病靶點數(shù)據(jù)庫檢索到類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎靶點920個,構(gòu)建了“桂枝附子配伍-化學(xué)成分-靶點-類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎”網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)絡(luò)分析,計算出度值較高的化合物,預(yù)測出“桂枝-附子”藥對治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的藥效物質(zhì)可能為β-谷甾醇、二氫槲皮素、兒茶素、石防風(fēng)素。
可見,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的運用豐富了烏頭屬中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究手段。研究者通過數(shù)據(jù)庫檢索出烏頭屬中藥的化學(xué)成分,通過設(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,找到活性成分對應(yīng)的靶點,進(jìn)而篩選出烏頭屬中藥治療某種疾病的關(guān)鍵靶點;借助Cytoscape軟件構(gòu)建“藥物-成分-靶點-疾病”網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而預(yù)測出烏頭屬中藥治療某種疾病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。面對烏頭屬中藥成分復(fù)雜且其化學(xué)成分研究尚不深入等現(xiàn)狀,運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)能夠為烏頭屬中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供幫助。
3.2.1 抗腫瘤作用機(jī)制
目前,有關(guān)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)用于烏頭屬中藥抗腫瘤作用機(jī)制研究方面的報道較少。有研究者[20]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)現(xiàn),薏苡附子散中苯甲酰烏頭原堿、去甲烏藥堿、薏苡酯、薏苡素等14個活性成分通過作用多個靶點對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)等多條信號通路發(fā)揮作用,從而提示薏苡附子散除具有強(qiáng)心和治療胸痹急痛作用外,還可能具有抗癌等作用。莫嘉浩等[21]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)研究薏苡附子敗醬散抗肝細(xì)胞癌的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)豆甾醇、谷甾醇是薏苡附子敗醬散抗肝細(xì)胞癌的活性成分,其作用靶點可能是TP53、HSP90AA1等,所涉及到的信號通路可能是白細(xì)胞介素(IL)-17通路、糖基化終產(chǎn)物及其受體(AGE-RAGE)信號通路、乙型肝炎病毒(HBV)通路等。
3.2.2 抗炎作用機(jī)制
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對烏頭屬中藥機(jī)制研究多集中在抗炎作用機(jī)制方面。鄭世超等[22]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)研究川烏的抗炎作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)趨化因子介導(dǎo)的白細(xì)胞趨化作用及前列腺素代謝過程可能與川烏抗炎作用密切相關(guān)。駱帝等[23]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn),酪氨酸激酶受體2的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用、過氧化物酶增殖激活受體的協(xié)同激活作用及白細(xì)胞介素1受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)都與烏頭湯治療骨關(guān)節(jié)炎有關(guān)。Ye等[24]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和UPLC-QTOF-MS/MS聯(lián)合技術(shù)發(fā)現(xiàn),烏頭能減輕尿酸單鈉(MSU)晶體誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)腫脹、減輕滑膜組織損傷、下調(diào)血清炎性因子表達(dá),MAPK14、MMP9、PTGS2等可能是烏頭抗炎的作用靶點。
3.2.3 鎮(zhèn)痛作用機(jī)制
烏頭湯是具有鎮(zhèn)痛作用的傳統(tǒng)復(fù)方之一,《金匱要略》記載“病歷節(jié)不可屈伸, 疼痛, 烏頭湯主之”。鄭春松等[25]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)模擬出烏頭湯鎮(zhèn)痛的分子作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)烏頭湯可能通過c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)信號通路等多種途徑發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。
3.2.4 治療COVID-19患者膿毒性綜合征作用機(jī)制
Liu等[26]探究了對膿毒性綜合征COVID-19患者具有臨床療效的參附黃方劑(全方由人參、附子、大黃3味藥組成)的作用機(jī)制;運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)鑒定出49個活性成分及69個潛在靶點,包括GSK3b、ESR1、PPARG、PTGS2、AKR1B10和MAPK14,相關(guān)信號通路涉及Toll樣受體、MAPK、PPAR、VEGF、NOD樣受體和NF-κB信號通路;將網(wǎng)絡(luò)分析與實驗驗證相結(jié)合,最終發(fā)現(xiàn)參附黃方劑可能通過顯著抑制炎癥損傷、改善巨噬細(xì)胞的吞噬作用、上調(diào)免疫基因的表達(dá)及良好的抗凝作用等治療COVID-19患者膿毒性綜合征。
3.2.5 治療慢性心功能不全作用機(jī)制
黃嘉瀅等[27]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合實驗驗證的方法探索強(qiáng)心飲(全方由附子、淫羊藿2味藥組成)治療慢性心功能不全的作用機(jī)制;通過TCMSP、OMIM、GeneCards分別獲得附子-淫羊藿藥對的活性成分28個、對應(yīng)靶點209個、疾病靶點1 296個、藥物與疾病共同基因靶點94個;MetaScape 富集分析發(fā)現(xiàn),Bax、Bcl-2、Caspase-3、Akt可能是附子-淫羊藿藥對治療慢性心功能不全的重要靶點,并通過實驗驗證了此預(yù)測結(jié)果。許洪彬等[28]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討了真武湯(全方由茯苓、白芍、白術(shù)、生姜、附子等5味藥組成)治療慢性心力衰竭的作用機(jī)制;初步明確了真武湯治療慢性心力衰竭的藥效物質(zhì)為烏頭堿、3β-乙酰氧基蒼術(shù)酮、山奈酚、芍藥苷、豆甾醇、β-谷甾醇等,作用靶點為白介素6、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、血紅素加氧酶1、前列腺素G/H合酶2、過氧化氫酶等,主要作用通路為環(huán)鳥苷酸-蛋白激酶G信號通路、腎素分泌、鈣信號通路等。Chen等[29]運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn),磷酸肌醇3-激酶γ、胰島素受體和葡萄糖激酶是四逆湯抗心力衰竭的作用靶點。
此外,基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn):附子-肉桂藥對通過補(bǔ)體和凝血級聯(lián)、花生四烯酸代謝和PI3K/Akt信號通路發(fā)揮治療心腦血管疾病的多重作用機(jī)制[30];附子-白芍藥對能夠通過PTGS1、PGR調(diào)節(jié)去甲腎上腺素、5-羥色胺和γ-氨基丁酸等腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)過程發(fā)揮抗抑郁作用[31]。
近十余年來,針對烏頭屬中藥的研究主要集中在化學(xué)成分發(fā)現(xiàn)、附子生物堿及合理用藥、生物堿檢測、高烏頭及高烏甲素、方劑配伍及減毒等方面[32]。然而,伴隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展,烏頭屬中藥的研究方向也悄然發(fā)生改變。通過運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù),研究者發(fā)現(xiàn)烏頭屬中藥通過調(diào)控NF-κB信號通路、MAPK信號通路、PI3K/Akt信號通路等多種途徑發(fā)揮抗腫瘤、抗炎、鎮(zhèn)痛、治療慢性心功能不全等作用,使得烏頭屬中藥的研究更加多元化,由單一的傳統(tǒng)的針對化學(xué)成分的研究轉(zhuǎn)向多種作用機(jī)制研究。
毒性是中藥的一種性能,對毒性的理解,廣義上認(rèn)為中藥的偏性就是毒性,中藥正是利用其偏性方能驅(qū)邪治病,因此,毒性具有普遍性;而狹義上則認(rèn)為毒性就是中藥對機(jī)體產(chǎn)生的不良反應(yīng),這與現(xiàn)代藥物毒理學(xué)的概念相似。
烏頭屬中藥為有毒藥材,如使用不當(dāng)可出現(xiàn)惡心、嘔吐、頭暈眼花、口舌及全身發(fā)麻、四肢逆冷、休克等癥狀,嚴(yán)重者可導(dǎo)致死亡[33]。現(xiàn)代研究表明,烏頭屬中藥可導(dǎo)致心臟毒性、神經(jīng)毒性、生殖毒性及胚胎毒性[34-35],但有關(guān)其毒性機(jī)制方面的報道較少。
何健等[33]利用CTD數(shù)據(jù)庫檢索出附子致心臟不良反應(yīng)相關(guān)靶點,將附子中所含的主要毒性成分,即烏頭堿(aconitine)、新烏頭堿 (mesaconitine)、次烏頭堿(hypaconitine)作為目標(biāo)成分,通過GeneCards數(shù)據(jù)庫檢索出目標(biāo)成分的作用靶點,隨即運用Cytoscape軟件構(gòu)建附子毒性成分致心臟不良反應(yīng)相關(guān)基因靶點網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行生物進(jìn)程富集分析,最終預(yù)測出附子的心臟毒性作用機(jī)制可能是通過作用于編碼縫隙連接蛋白1(GJA1)、縫隙連接蛋白5(GJA5)、鈉通道蛋白(SCN5A)的相關(guān)基因調(diào)控心臟縫隙連接蛋白、鈉離子通道蛋白的表達(dá),影響心肌細(xì)胞除極、細(xì)胞間信息傳遞及物質(zhì)交換,導(dǎo)致心臟節(jié)律、結(jié)構(gòu)和功能的異常。宋臻臻[36]選取四逆湯(全方由附子、干姜和甘草3味藥組成)中的6-姜酚(干姜活性成分)、甘草酸(甘草活性成分)、烏頭堿(附子活性成分)進(jìn)行配伍減毒機(jī)制探索,利用PharmMapper等數(shù)據(jù)庫分別篩選出6-姜酚、甘草酸、烏頭堿對應(yīng)的靶點,利用CTD、GeneCards、DisGeNET數(shù)據(jù)庫檢索獲得心臟毒性相關(guān)靶標(biāo)信息,進(jìn)而獲得烏頭堿心臟毒性作用靶點;分別將6-姜酚活性靶點、甘草酸活性靶點與烏頭堿心臟毒性作用靶點取交集,得到MAPK1、MAP2K1、AKT1、MAPK8、MAPK14、SRC等76個6-姜酚拮抗烏頭堿心臟毒性作用靶標(biāo)以及MAPK、GRB2、CDC42、EGFR、GSK3B、SRC等64個甘草酸拮抗烏頭堿心臟毒性作用靶標(biāo);經(jīng)過KEGG富集分析,最終預(yù)測出PI3K/Akt信號通路、Ras信號通路、FoxO信號通路等可能是6-姜酚拮抗烏頭堿心臟毒性的重要通路,PI3K/Akt信號通路、Ras信號通路、Rap1信號通路等可能是甘草酸拮抗烏頭堿心臟毒性的重要通路。
可見,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)在烏頭屬中藥毒性機(jī)制、配伍減毒機(jī)制及炮制減毒機(jī)制等研究中均得到了應(yīng)用,取得了一定的成果,為烏頭屬中藥臨床使用安全有效提供了有力的理論支撐。
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的應(yīng)用,突破了傳統(tǒng)烏頭屬中藥研究中“單成分-單靶點-單通路”的研究思路,與中醫(yī)藥整體觀念相吻合。采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)對烏頭屬中藥進(jìn)行多靶點研究設(shè)計,將烏頭屬中藥與疾病靶點有效地銜接起來,有利于發(fā)現(xiàn)烏頭屬中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ),探索烏頭屬中藥作用機(jī)制,促進(jìn)烏頭屬中藥毒性、炮制機(jī)制等相關(guān)研究。但作為一種新型研究模式,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)還存在一些不足:一是數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性、全面性有待提高。由于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的預(yù)測完全借助大數(shù)據(jù)技術(shù),而有些數(shù)據(jù)庫收錄的數(shù)據(jù)信息本身存在偏倚,且中醫(yī)藥的專屬數(shù)據(jù)庫較少以及烏頭屬中藥相關(guān)數(shù)據(jù)信息較少,這些都會影響到預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性;二是需要合適的驗證方法對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的預(yù)測結(jié)果加以證實。烏頭屬中藥自身成分復(fù)雜,且影響其活性成分的因素也很多,如種植環(huán)境、采收時間、藥物在人體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化過程等,這些影響因素決定了采用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的烏頭屬中藥“成分-靶點”網(wǎng)絡(luò)仍處于雛形階段,需要研究者繼續(xù)探索,通過計算機(jī)、中醫(yī)藥學(xué)、實驗等多學(xué)科融合找到更加精準(zhǔn)的驗證方法對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)得到的預(yù)測結(jié)果加以證實。
雖然目前網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)運用于烏頭屬中藥研究仍處于起步階段,但這一新的研究模式必將為烏頭屬中藥研究提供新的支持與途徑,推動烏頭屬中藥研究向縱深發(fā)展。