基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討右美托咪定治療新型冠狀病毒肺炎的作用機(jī)制

楊 淼，鄒平洋，鄭 坤，鄢見勇

（貴州省人民醫(yī)院麻醉科，貴州 貴陽 550499）

新型冠狀病毒肺炎簡稱新冠肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19），該疾病前幾年在全球蔓延，截至2023 年6 月16 日，全球累計(jì)確診病例超6.90 億，死亡病例超過690 萬，已造成世界性健康危害[1]。輕者表現(xiàn)為發(fā)熱﹑咳嗽﹑呼吸困難﹑乏力等癥狀，重者可表現(xiàn)為膿毒癥休克﹑急性呼吸綜合征﹑腎功能衰竭等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可直接導(dǎo)致死亡。對于治療COVID-19，目前暫無特效藥[2]。

右美托咪定（Dexmedetomidine，DEX）作為α2腎上腺素受體的激動(dòng)劑，具有鎮(zhèn)靜﹑抗焦慮和減輕疼痛等作用，廣泛用于重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU），顯著減少重癥患者ICU 的住院時(shí)間[3]。此外，研究表明右美托咪定還能抑制細(xì)胞因子基因的轉(zhuǎn)錄，抑制炎癥因子的表達(dá)，用于保護(hù)膿毒癥患者的大腦﹑心臟﹑肝﹑腎和肺臟等重要臟器[4]?，F(xiàn)有研究表明右美托咪定對COVID-19患者有治療作用[5-7]，但其分子作用機(jī)理有待深入研究，因此，深入研究右美托咪定治療COVID-19 靶點(diǎn)及機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義。

1 方法

1.1 右美托咪定作用靶點(diǎn)收集

借 助CNKI（https://www.cnki.net/）﹑Pubmed（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）等數(shù)據(jù)庫搜索右美托咪定治療肺炎相關(guān)靶點(diǎn)[8-10]。

1.2 炎癥靶點(diǎn)的獲得

在GeneCards（https://www.genecards.org/）﹑OMIM（http://www.omim.org）﹑DRUGBANK（https://www.drugbank.ca） ﹑CNKI﹑Pubmed 數(shù) 據(jù) 庫 中， 以“novel coronavirus pneumonia”為關(guān)鍵詞，篩選潛在靶點(diǎn)，合并靶點(diǎn)并去重，再與成分靶點(diǎn)取交集，獲得右美托咪定治療COVID-19 共同靶點(diǎn)[8-10]。

1.3 藥物成分-靶點(diǎn)圖的構(gòu)建

采用Excel 2016 處理右美托咪定治療COVID-19潛在靶點(diǎn)，分析藥物與靶點(diǎn)之間關(guān)系。數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cytoscape3.9.1 軟件，建立藥物-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖[8-10]。

1.4 構(gòu)建右美托咪定治療COVID-19 蛋白網(wǎng)絡(luò)互作圖

將右美托咪定治療COVID-19 靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING 11.5（https://cn.string-db.org/）中，選擇模式“multiple proteins”，選擇Organism 為“Homo”，置信度設(shè)為0.900，獲取蛋白網(wǎng)絡(luò)互作圖，并進(jìn)一步分析獲取關(guān)鍵靶點(diǎn)[8-10]。

1.5 核心靶點(diǎn) GO 和 KEGG 通路分析

采用DAVID 數(shù)據(jù)庫對靶點(diǎn)進(jìn)行GO 和KEGG 分析，微生信在線軟件分析作圖將結(jié)果可視化[8-10]。

2 結(jié)果

2.1 右美托咪定作用靶點(diǎn)收集

利用CNKI﹑Pubmed 等數(shù)據(jù)庫對右美托咪定作用靶點(diǎn)進(jìn)行檢索，得到右美托咪定作用靶點(diǎn)192 個(gè)，見表1。

表1 右美托咪定作用靶點(diǎn)

2.2 右美托咪定治療COVID-19 相關(guān)靶點(diǎn)的篩選

從Genecards 等數(shù)據(jù)庫中搜集到與COVID-19 相關(guān)靶點(diǎn)7080 個(gè)，與右美托咪定作用靶點(diǎn)取交集繪制韋恩圖，得到31 個(gè)重合靶點(diǎn)（圖1），即右美托咪定治療COVID-19 共同靶點(diǎn)，其中包括JAK2﹑PTGS2﹑MAPK14﹑CCL2﹑基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP9）等。

圖1 右美托咪定與COVID-19 共同靶點(diǎn)韋恩圖

2.3 右美托咪定治療COVID-19 的藥物-靶點(diǎn)圖

數(shù)據(jù)輸入Cytoscape 3.9.1 軟件繪制藥物-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖，右美托咪定可以31 個(gè)靶點(diǎn)作用，表明右美托咪定可能是通過作用于不同靶點(diǎn)發(fā)揮治療COVID-19 的作用，見圖2。

圖2 右美托咪定治療COVID-19 藥物-靶點(diǎn)圖

2.4 蛋白互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

將得到的右美托咪定- COVID-19 共同靶點(diǎn)輸入STRING11.5 數(shù)據(jù)庫中，選擇模式Multiple proteins，獲得蛋白互作圖，將該圖導(dǎo)入Cytoscape3.9.1 軟件中，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步分析，獲得關(guān)鍵靶點(diǎn)互作圖（圖3），靶點(diǎn)相關(guān)信息見表3。研究結(jié)果表明右美托咪定治療COVID-19 作用可能是通過多個(gè)靶點(diǎn)作用起效的，并且其作用方式是比較復(fù)雜的。

圖3 右美托咪定治療COVID-19 蛋白互作圖

表3 右美托咪定治療 COVID-19 關(guān)鍵靶點(diǎn)信息

2.5 KEGG 富集以及GO 富集分析

將右美托咪定治療COVID-19 相關(guān)的19 個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)，輸入DAVID 工具中，運(yùn)用KEGG 和GO 功能對關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行分析。在KEGG 富集分析中，根據(jù)P值（P＜0.001）取 前20 作 右 美 托 咪 定 治 療COVID-19關(guān)鍵靶點(diǎn)KEGG 氣泡圖，研究發(fā)現(xiàn)右美托咪定治療COVID-19 所涉及信號通路主要有癌癥途徑﹑TNF﹑IL-17 等（圖4）。表明右美托咪定治療COVID-19 主要與癌癥途徑﹑TNF﹑IL-17 信號通路，研究也表明這些通路與肺部疾病存在很大關(guān)系。

圖4 右美托咪定治療COVID-19 關(guān)鍵靶點(diǎn)KEGG 氣泡圖

在GO 富集分析中，根據(jù)P值取前10 作圖（圖5）。所涉及的生物過程主要包括信號傳導(dǎo)﹑對RNA 聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄正向調(diào)節(jié)﹑基因表達(dá)的正向調(diào)節(jié)等，所涉及的細(xì)胞成分主要包括細(xì)胞質(zhì)﹑細(xì)胞液﹑漿膜等；主要涉及的分子功能包括相同的蛋白質(zhì)結(jié)合﹑蛋白激酶活性﹑蛋白結(jié)合等。表明右美托咪定治療COVID-19 涉及多個(gè)細(xì)胞成分﹑多個(gè)靶點(diǎn)﹑多個(gè)分子功能，是一個(gè)復(fù)雜的過程。

圖5 右美托咪定治療COVID-19 關(guān)鍵靶點(diǎn)GO 富集分析結(jié)果圖

3 討論

本文首次預(yù)測癌癥﹑TNF﹑IL-17 等通路有關(guān)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測發(fā)現(xiàn)，右美托咪定治療COVID-19 所涉及的生物過程主要包括信號轉(zhuǎn)導(dǎo)﹑基因表達(dá)的正向調(diào)節(jié)﹑對RNA 聚合酶II 啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄正向調(diào)節(jié)；所涉及的細(xì)胞成分主要包括細(xì)胞液﹑細(xì)胞質(zhì)﹑漿膜等；涉及的分子功能主要包括相同的蛋白質(zhì)結(jié)合﹑蛋白激酶活性等。涉及的生物信號通路主要為癌癥﹑TNF﹑IL-17 等，這些通路涉及炎癥因子的產(chǎn)生與釋放﹑調(diào)節(jié)免疫功能﹑提高抗病毒能力等，在COVID-19 的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[11]。

研究表明PTGS2 是花生四烯酸代謝通路中的重要合成酶，是RNA 病毒的復(fù)制過程中不可缺少的一環(huán)[12]，也與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，受到NF-κB 的調(diào)控，是NF-κB的下游靶標(biāo)[13-15]。機(jī)體免疫應(yīng)答﹑DNA 損傷和病毒感染過程中，MAPK1 和MAPK14 所在MAPK 信號通路被激活，增強(qiáng)TNF-α﹑TGF-β1 等介質(zhì)來促進(jìn)細(xì)胞凋亡，增加組織損傷，同時(shí)使炎癥加重[16]。研究表明 CCL2-CCR2 軸是由趨化因子2（CCL2）與其配體CCR2 構(gòu)成，參與COPD 的慢性炎性反應(yīng)和支氣管重塑[17]。CCL2 還可以作為血管滲透因子，誘導(dǎo)肺癌轉(zhuǎn)移[18]，此外，研究表明在免疫治療中，阻斷CCL2 可增強(qiáng)抗PD1 在肺癌中的作用[19]。因此，CCL2 與炎性反應(yīng)和肺部疾病關(guān)系密切[20]。FOS 與炎癥﹑免疫反應(yīng)等生物過程有關(guān)[21]。在血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）家族中，VEGFA 是其中一種，與神經(jīng)和血管生成有關(guān)[22]。VEGF 的作用有增加血管通透性，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖與遷移，促進(jìn)機(jī)體血管的形成等。研究表明COVID-19 患者體內(nèi)細(xì)胞因子濃度較高，存在過度表達(dá)現(xiàn)象，進(jìn)而增大血管通透性，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)病理變化和損傷，如高熱﹑肺炎﹑腎功能衰竭和膿毒癥休克等[23]，VEGF 在這個(gè)過程中，發(fā)揮著不可替代的作用。此外，研究表明VEGF 基因在SARS-COV-2感染的患者中高表達(dá)，可增加血管生成素Ⅱ（Ang Ⅱ）的水平，促進(jìn)炎癥發(fā)展[24]。JAK2/STAT 通路中的JAK2與STAT3 對炎癥反應(yīng)﹑肺纖維化﹑減少細(xì)胞凋亡起重要作用[25]。

右美托咪定（DEX）作為一種高選擇性α2-腎上腺素受體激動(dòng)劑，廣泛應(yīng)用于臨床，大量研究表明其具有肺保護(hù)作用，因此DEX 對肺部細(xì)菌感染性疾病治療具有一定療效，其作用機(jī)制與TNF-α 通路蛋白表達(dá)有關(guān)[26-27]。研究表明，右美托咪定對COVID-19 患者有治療作用[28]。右美托咪定通過降低IL-17 和RORγt 的表達(dá)減輕盲腸結(jié)扎致膿毒癥小鼠肺損傷程度[29]。上述這些研究結(jié)果與本研究結(jié)果一致。

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測結(jié)果，我們認(rèn)為右美托咪定治療COVID-19 的機(jī)制，是作用于癌癥途徑﹑TNF-α﹑IL-17 等通路，降低關(guān)鍵靶點(diǎn)的基因轉(zhuǎn)錄，抑制炎癥因子的產(chǎn)生與釋放﹑調(diào)節(jié)免疫功能﹑提高抗病毒能力，從而減輕病理損傷。

由于對COVID-19 認(rèn)識的局限性，本研究與臨床療效可能存在一定的偏差，但可以結(jié)合藥效與臨床研究，對右美托咪定治療及相關(guān)作靶點(diǎn)和關(guān)鍵通路開展深入研究，為研發(fā)治療COVID-19 藥物提供新的思路及依據(jù)。此外，本研究也未進(jìn)行分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，后續(xù)可以深入研究，以期獲得更多試驗(yàn)證據(jù)。

4 結(jié)論

右美托咪定在治療COVID-19 中主要通過與多靶點(diǎn)結(jié)合，作用于關(guān)鍵通路，發(fā)揮抑制炎癥因子表達(dá)﹑增強(qiáng)免疫功能﹑提高抗病毒能力等作用。本研究為右美托咪定臨床應(yīng)用及進(jìn)一步開發(fā)提供了依據(jù)。