葦莖湯治療支氣管擴(kuò)張癥作用機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析及分子對(duì)接驗(yàn)證

摘要：目的" 探究葦莖湯治療支氣管擴(kuò)張癥的潛在作用機(jī)制。方法" 首先在TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)篩選葦莖湯組方藥物的活性成分及作用靶點(diǎn)，從GeneCards數(shù)據(jù)庫(kù)和DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取支氣管擴(kuò)張癥的靶點(diǎn)；其次分別運(yùn)用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)和Cytoscape軟件構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)和“藥物-成分-靶點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)；然后采用R軟件進(jìn)行GO功能及KEGG通路富集分析；最后通過(guò)Autodock軟件對(duì)關(guān)鍵活性成分及靶點(diǎn)進(jìn)行分子對(duì)接。結(jié)果" 篩選出藥物活性成分31個(gè)，藥物靶點(diǎn)49個(gè)，疾病靶點(diǎn)1365個(gè)，“藥物-疾病”交集靶點(diǎn)9個(gè)，富集信號(hào)通路69條。結(jié)論" 葦莖湯中豆甾醇、谷甾醇、β-谷甾醇等活性成分可能作用于PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等關(guān)鍵靶點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)IL-17信號(hào)通路、AGE-RAGE信號(hào)通路、TNF信號(hào)通路等治療支氣管擴(kuò)張癥。

關(guān)鍵詞：葦莖湯；支氣管擴(kuò)張癥；作用機(jī)制；網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

中圖分類號(hào)：R285" " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.14.002

文章編號(hào)：1006-1959（2024）14-0006-06

Network Pharmacological Analysis and Molecular Docking Verification of the Mechanism

of Weijing Decoction in the Treatment of Bronchiectasis

YANG Xiao-liang1，YUAN Yu-lai2，AO Su-hua2

（1.College of Integration of Traditional Chinese and Western Medicine，Southwest Medical University，Luzhou 646000，Sichuan，China;

2.Department of Respiratory Medicine，Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University，

Luzhou 646000，Sichuan，China）

Abstract：Objective" To explore the potential mechanism of Weijing decoction in the treatment of bronchiectasis.Methods" Firstly， the active ingredients and action targets of Weijing decoction were screened in TCMSP database， and the targets for bronchiectasis were obtained from GeneCards database and DrugBank database. Secondly， PPI network and “drug-component-target” network were constructed using STRING database and Cytoscape software. Then， the GO function and KEGG pathway enrichment analysis were performed using R software. Finally， molecular docking of key active ingredients and targets was performed through Autodock software.Results" A total of 31 active components， 49 drug targets， 1365 disease targets， 9 \"drug-disease\" intersection targets and 69 enriched signal pathways were screened out.Conclusion" The active ingredients such as stigmasterol， sitosterol and β-sitosterol in Weijing decoction may act on key targets such as PTGS2， HSP90AA1 and ADRB2， and treat bronchiectasis by regulating IL-17 signaling pathway， AGE-RAGE signaling pathway and TNF signaling pathway.

Key words：Weijing decoction;Bronchiectasis;Mechanism;Network pharmacology

支氣管擴(kuò)張癥（bronchiectasis）簡(jiǎn)稱支擴(kuò)，是指由各種原因引起支氣管病理性、不可逆性的擴(kuò)張，以反復(fù)咳嗽、咯膿痰和（或）咯血為主要臨床表現(xiàn)[1]。支擴(kuò)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)，根據(jù)其病因、病位、病性、癥狀等，可將其歸屬于中醫(yī)“肺癰”范疇。葦莖湯出自唐代醫(yī)家孫思邈的《千金要方》，全方共由葦莖（蘆根）、瓜瓣（冬瓜子）、薏苡仁、桃仁四味藥物組成，是治療肺癰的經(jīng)典名方，在臨床治療支擴(kuò)中應(yīng)用廣泛[2，3]，但其相關(guān)作用機(jī)制尚未完全清楚。本研究擬采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法和分子對(duì)接技術(shù)探究葦莖湯治療支擴(kuò)的作用機(jī)制，以期為臨床治療提供一定的參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1篩選葦莖湯的活性成分及作用靶點(diǎn)" 在TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//tcmspw.com/tcmsp.php）檢索蘆根、冬瓜子、薏苡仁、桃仁的化學(xué)成分，以O(shè)B≥30%和DL≥0.18為條件進(jìn)行初步篩選，獲得其活性成分及作用靶點(diǎn)，然后在Uniprot蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//www.uniprot.org）查詢與藥物活性成分相對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)基因名。

1.2獲取支氣管擴(kuò)張癥的靶點(diǎn)" 以“Bronchiectasis”為關(guān)鍵詞，種屬限定為“Homo sapiens”，在GeneCards數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//www.genecards.org/）和DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//www.drugbank.ca/）檢索，刪除重復(fù)靶點(diǎn)后，得到支擴(kuò)的疾病靶點(diǎn)。

1.3制作韋恩圖及蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖" 將支擴(kuò)和葦莖湯的靶點(diǎn)導(dǎo)入R軟件計(jì)算藥物-疾病共同靶點(diǎn)，并繪制韋恩圖。將共同靶點(diǎn)錄入STRING平臺(tái)（https：//cn.string-db.org/）構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，然后將得到的tsv文件導(dǎo)入Cytoscape軟件，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度值大小來(lái)確定葦莖湯治療支擴(kuò)的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

1.4構(gòu)建藥物-成分-靶點(diǎn)相互作用網(wǎng)絡(luò)" 將葦莖湯中藥物活性成分、藥物-疾病共同靶點(diǎn)的txt文件，導(dǎo)入Cytoscape中構(gòu)建藥物-成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖。

1.5 GO功能和KEGG通路富集分析" 將藥物-疾病共同靶點(diǎn)導(dǎo)入R軟件進(jìn)行GO功能和KEGG通路富集分析，以P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，并根據(jù)P值大小，用柱狀圖展示排名靠前的結(jié)果。

1.6分子對(duì)接" 從PDB數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//www.rcsb.org/）下載靶點(diǎn)的蛋白結(jié)構(gòu)，從PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）獲取活性成分的3D結(jié)構(gòu)，然后利用Autodock軟件進(jìn)行對(duì)接，最后再通過(guò)Pymol軟件將對(duì)接結(jié)果可視化。

2結(jié)果

2.1葦莖湯的主要活性成分篩" 選出藥物活性成分：蘆根1個(gè)，冬瓜子2個(gè)，薏苡仁9個(gè)，桃仁23個(gè)，刪除重復(fù)值后共獲得葦莖湯活性成分31個(gè)。主要活性成分信息見表1。

2.2藥物和疾病的靶點(diǎn)" 在Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)中校正藥物活性成分靶點(diǎn)名稱，刪除重復(fù)值后共獲得藥物靶點(diǎn)49個(gè)；在GeneCards和DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)共獲得疾病靶點(diǎn)1365個(gè)；運(yùn)用R軟件取交集并制作韋恩圖，見圖1。

2.3藥物-成分-靶點(diǎn)網(wǎng)" 在藥物-成分-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中可知，葦莖湯治療支擴(kuò)的主要活性成分為β-谷甾醇（MOL000358，beta-sitosterol）、菜油甾醇（MOL000493，campesterol）、豆甾醇（MOL000449，stigmasterol）等，關(guān)鍵靶點(diǎn)有PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等，見圖2。

2.4蛋白互作網(wǎng)絡(luò)" 在圖3中，節(jié)點(diǎn)代表蛋白質(zhì)，連線表示蛋白質(zhì)之間的作用關(guān)系。其中，HSP90AA1（度值5）、CASP3（度值5）、PRKCA（度值4）、PTGS2（度值4）是度值較大的節(jié)點(diǎn)，可能在葦莖湯治療支擴(kuò)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2.5 GO功能富集分析" 葦莖湯治療支擴(kuò)的生物學(xué)過(guò)程（BP）主要涉及組織穩(wěn)態(tài)、發(fā)熱、對(duì)糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)等；細(xì)胞組成（CC）主要集中于髓鞘、細(xì)胞器外膜、核膜等；分子功能（MF）如要包括蛋白酶結(jié)合、通道調(diào)節(jié)活性、細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制劑活性等，見圖4。

2.6 KEGG通路富集分析" 參與葦莖湯治療支擴(kuò)的信號(hào)通路主要為：IL-17信號(hào)通路、AGE-RAGE信號(hào)通路、TNF信號(hào)通路、化學(xué)致癌-受體激活等，見圖5。

2.7分子對(duì)接" 將排名前3的藥物活性成分與疾病靶點(diǎn)進(jìn)行分子對(duì)接。一般認(rèn)為，配體與受體結(jié)合能力越好、產(chǎn)生的復(fù)合物結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，其對(duì)接時(shí)的結(jié)合能數(shù)值就越小[4]，見圖6。分子對(duì)接效果最佳的3種見圖7。

3討論

3.1藥物-疾病關(guān)系闡述" 支擴(kuò)是由各種病因引起的反復(fù)發(fā)生的化膿性感染[5]，屬于難以根治的肺結(jié)構(gòu)性疾病。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)主要以抗感染、止咳祛痰、解痙平喘與氧療等聯(lián)合使用，能有效控制急性發(fā)作，但存在不良反應(yīng)較大及耐藥性等問(wèn)題[6]。近年來(lái)有關(guān)中醫(yī)藥治療支擴(kuò)的研究與日俱增，已證實(shí)其具有抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫功能、減少急性加重次數(shù)、改善癥狀并提高生活質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)[7-9]，這表明中醫(yī)藥的應(yīng)用已成為臨床治療支擴(kuò)的重要手段之一。

本研究發(fā)現(xiàn)葦莖湯治療支擴(kuò)的主要活性成分有β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇等。其中，β-谷甾醇具有抗菌、抗炎、抗氧化等作用。研究表明[10，11]，β-谷甾醇可通過(guò)抑制蛋白激酶C的α亞型表達(dá)，使囊性纖維化支氣管上皮細(xì)胞中趨化因子IL-8、GRO-α、GRO-β表達(dá)顯著降低，從而改善炎癥和銅綠假單胞菌肺部感染。豆甾醇具有減輕氣道炎癥、抑制結(jié)構(gòu)重塑、控制氧化應(yīng)激和保持肺組織抗氧化的能力[12]。吳力超等[13]研究證明豆甾醇可能通過(guò)調(diào)節(jié)雌激素信號(hào)通路上MAPK3和PRKACA兩個(gè)核心靶點(diǎn)的表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞因子水平，從而發(fā)揮抗炎作用。

3.2藥物-疾病共同靶點(diǎn)及潛在作用機(jī)制分析" 葦莖湯治療支擴(kuò)的關(guān)鍵靶點(diǎn)有PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等。PTGS2是誘導(dǎo)型酶COX-2的編碼基因，促炎細(xì)胞因子、腫瘤促進(jìn)劑、有絲分裂原和生長(zhǎng)因子等可高度誘導(dǎo)COX-2，從而參與炎性反應(yīng)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡等多種病理過(guò)程[14]。HSP90AA1作為應(yīng)激保護(hù)分子，具有細(xì)胞保護(hù)功能，當(dāng)機(jī)體受到炎癥因子、細(xì)胞缺氧、組織灌溉不足等刺激時(shí)，細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生HSP發(fā)揮減輕炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的作用，同時(shí)可促進(jìn)損傷組織修復(fù)[15，16]。PRKCA作為肺損傷的保護(hù)因子，可促進(jìn)線粒體自噬，抑制細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和ROS產(chǎn)生[17]。ADRB2對(duì)肺部疾病具有重要的遺傳影響，可刺激糾正IL-17/TNF-α的氣道表面高黏滯和黏膜纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷，使非囊性纖維化的氣道表面變?yōu)榈驼扯葼顟B(tài)，從而可能破壞感染、炎癥、黏液淤積和組織損傷的惡性循環(huán)[18]。

本研究篩選出的核心通路包括IL-17信號(hào)通路、AGE-RAGE信號(hào)通路、TNF信號(hào)通路，提示葦莖湯可能主要是通過(guò)調(diào)控炎癥反應(yīng)途徑發(fā)揮治療支擴(kuò)的作用。IL-17是保護(hù)宿主免受感染的關(guān)鍵細(xì)胞因子，也是多種炎性和自身免疫性疾病的藥物靶點(diǎn)[19]，IL-17受體家族成員還可調(diào)節(jié)NF-κB、TNF-α活性，參與肺部炎癥反應(yīng)調(diào)控過(guò)程[20-22]；在真菌及細(xì)菌感染的動(dòng)物模型中已證明IL-17能夠介導(dǎo)中性粒細(xì)胞募集、抑制微生物肽產(chǎn)生、增強(qiáng)粘膜屏障功能，發(fā)揮關(guān)鍵保護(hù)作用[19]。推測(cè)葦莖湯可能抑制IL-17通路的下游炎癥因子來(lái)減輕肺組織炎癥反應(yīng)。AGE-RAGE信號(hào)通路在促炎癥反應(yīng)中作用顯著，RAGE作為促炎配體的受體，在肺泡上皮細(xì)胞中高表達(dá)，可與肺組織中的AGE、HMGB1相互作用，介導(dǎo)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)[23，24]；楊麗莉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，參芪扶正注射液可改善支擴(kuò)伴銅綠假單胞菌感染患者的炎癥狀況，可能與其影響HMGB1/RAGE通路表達(dá)有關(guān)；故推測(cè)葦莖湯可能抑制AGE-RAGE信號(hào)通路激活的炎癥通道，從而調(diào)控肺組織炎性反應(yīng)和抑制氧化應(yīng)激。TNF是一種促炎細(xì)胞因子，是細(xì)胞因子復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的核心角色，它參與調(diào)節(jié)促炎反應(yīng)、細(xì)胞通訊、細(xì)胞分化和細(xì)胞死亡等多種生理病理過(guò)程[26]?，F(xiàn)有研究已證實(shí)[27]，葦莖湯可通過(guò)降低TNF-α含量、下調(diào)NF-κB蛋白表達(dá)，以減輕模型大鼠的肺組織損傷，對(duì)肺組織有保護(hù)作用。分子對(duì)接結(jié)果顯示，藥物活性成分與疾病靶點(diǎn)間的結(jié)合能均小于0 kJ/mol，提示其具有較好的親和力，發(fā)生相互作用的可能性大，所形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，進(jìn)一步提高了本研究預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

綜上所述，葦莖湯治療支擴(kuò)的主要活性成分豆甾醇、谷甾醇、β-谷甾醇等，可能作用于PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等關(guān)鍵靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)IL-17信號(hào)通路、AGE-RAGE信號(hào)通路、TNF信號(hào)通路干預(yù)支氣管擴(kuò)張癥的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、氣道重塑等病理過(guò)程。

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收稿日期：2023-07-03；修回日期：2023-08-11

編輯/肖婷婷