基于網(wǎng)絡(luò)藥理和分子對接探討二陳湯治療慢性支氣管炎的作用機(jī)制

摘要：目的 "基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對接技術(shù)探討二陳湯治療慢性支氣管炎（CB）的作用機(jī)制。方法 "利用TCMSP數(shù)據(jù)庫篩選出二陳湯的有效成分和所對應(yīng)的靶點(diǎn)，GeneCards數(shù)據(jù)庫獲得CB相關(guān)靶點(diǎn)，Venn Diagram分析二陳湯和CB的共同靶點(diǎn)。運(yùn)用Cytoscape_v3.8.0軟件構(gòu)建二陳湯復(fù)方調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。通過String平臺進(jìn)行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)（PPI）篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)，利用Bioinformatics數(shù)據(jù)庫對關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行生物過程及通路富集分析，并利用分子對接對關(guān)鍵靶點(diǎn)的可靠性進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果 "二陳湯和CB的共同靶點(diǎn)有84個，有效成分有104種。二陳湯中槲皮素、山奈酚和黃芩素等有效成分，通過介導(dǎo)AKT1、IL1B等關(guān)鍵靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)炎癥信號通路從而治療CB。分子對接表明，槲皮素-AKT1結(jié)合能為-8.4 kcal/mol，槲皮素-IL1B結(jié)合能為-7.4 kcal/mol，均有較好的親和力。結(jié)論 "二陳湯可通過有效成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等調(diào)節(jié)AKT1、IL1B等關(guān)鍵靶點(diǎn)及下游炎癥信號通路來減少炎癥治療CB。

關(guān)鍵詞：二陳湯；慢性支氣管炎；網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)；分子對接；作用機(jī)制

中圖分類號：R259 " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.13.002

文章編號：1006-1959（2024）13-0007-06

Mechanism of Erchen Decoction in the Treatment of Chronic Bronchitis

Based on Network Pharmacology and Molecular Docking

YANG Yan-ping

（Department of Pharmacy，Guizhou Provincial People’s Hospital，Guiyang 550002，Guizhou，China）

Abstract：Objective "To explore the mechanism of Erchen decoction in the treatment of CB based on network pharmacology and molecular docking technology.Methods "The effective components and corresponding targets of Erchen decoction were screened out by TCMSP database. GeneCards database was used to obtain CB-related targets， and Venn Diagram was used to analyze the common targets of Erchen decoction and CB. Cytoscape_v3.8.0 software was used to construct the regulatory network of Erchen decoction compound. The protein interaction network （PPI） was used to screen the key targets through the String platform. The Bioinformatics database was used to analyze the biological processes and pathway enrichment of the key targets， and the reliability of the key targets was evaluated by molecular docking.Results "There were 84 common targets of Erchen decoction and CB， and 104 effective components. The effective components such as quercetin， kaempferol and baicalein in Erchen decoction regulate the inflammatory signaling pathway by mediating key targets such as AKT1 and IL1B to treat CB. Molecular docking showed that quercetin-AKT1 binding energy was-8.4 kcal/mol， and quercetin-IL1 B binding energy was-7.4 kcal/mol， both of which had good affinity.Conclusion "Erchen decoction can reduce inflammation and treat CB by regulating key targets such as AKT1 and IL1B， and downstream inflammatory signaling pathways through effective components such as quercetin， kaempferol and baicalein.

Key words：Erchen decoction;Chronic bronchitis;Network pharmacology;Molecular docking;Mechanism of action

慢性支氣管炎（chronic bronchitis， CB）是一種常見的呼吸系統(tǒng)疾病，是由于感染或非感染因素引起氣管、支氣管黏膜及其周圍組織產(chǎn)生的慢性非特異性炎癥[1]。患者主要的臨床表現(xiàn)為咳嗽、咳痰或伴有喘息，病程長，一般持續(xù)2年或2年以上，每年發(fā)病持續(xù)3個月以上[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[3]，我國CB患病率約為4%，其中，中老年人的發(fā)病率較高，占10%～15%，且發(fā)病率還在持續(xù)增加，這些患者中有1%～2%可發(fā)展為肺氣腫和肺心病。病理改變主要是中央氣道上皮損傷，炎癥細(xì)胞浸潤和平滑肌細(xì)胞肥大導(dǎo)致黏液分泌增加，因此在CB的治療中緩解炎癥已成為關(guān)注的焦點(diǎn)[4]。臨床上常使用抗菌藥物、抗過敏藥物和其他西藥進(jìn)行治療。然而，由于CB病程長，常出現(xiàn)細(xì)菌耐藥，導(dǎo)致許多藥物無法長期有效控制[5]。近年來，中醫(yī)可達(dá)到與西醫(yī)相似甚至更好的治療效果。對于CB的治療，只有對癥才能從根源上緩解CB的復(fù)發(fā)[6]，中醫(yī)藥主要通過清肺化痰、健脾健腎，緩解咳嗽、咳痰等癥狀，如二陳湯[7]。二陳湯記載于宋代《太平惠民和劑局方》，為祛痰劑，由半夏、橘紅、茯苓、甘草4味中草藥組成，具有燥濕化痰、理氣和中之功效[8]?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)[9]，二陳湯具有抗炎、抗氧化、減肥、改善降低胰島素敏感性等。在以往的研究中也發(fā)現(xiàn)，二陳湯可有效緩解CB的癥狀[10]，但由于中藥多成分、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)，其主要活性成分、作用靶點(diǎn)和潛在的協(xié)同作用機(jī)制尚不清楚。因此，本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對接，探討二陳湯治療CB的潛在作用機(jī)制，旨在為今后的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1二陳湯活性成分和靶點(diǎn)篩選與CB靶點(diǎn)預(yù)測 "運(yùn)用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)分析平臺（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform， TCMSP）[11]對二陳湯活性成分進(jìn)行篩選，以口服生物利用度（oral bioavailability， OB）≥30%和藥物類藥性（drug-likeness， DL）≥0.18為條件，篩選出有效活性成分及對應(yīng)靶點(diǎn)信息。利用UniProt數(shù)據(jù)庫規(guī)范靶點(diǎn)。利用人類基因信息（GeneCards）數(shù)據(jù)庫以“Chronic bronchitis”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，獲得CB相關(guān)靶點(diǎn)。通過Venn Diagram取交集分析獲取二陳湯-CB共同作用靶點(diǎn)。

1.2構(gòu)建二陳湯復(fù)方調(diào)控網(wǎng)絡(luò) "運(yùn)用Cytoscape_v3.8.0軟件對二陳湯-CB共同靶點(diǎn)與二陳湯的有效活性成分構(gòu)建復(fù)方調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

1.3 PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 "通過String數(shù)據(jù)庫將二陳湯-CB共同靶點(diǎn)構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，物種設(shè)置為智人，最低交互要求分?jǐn)?shù)設(shè)置為0.9。生成文件導(dǎo)入Cytoscape軟件中CytoNCA分析得到相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)模型。運(yùn)用R語言根據(jù)條件度值，介度，緊密度，特征向量，局部平均連通度篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)。

1.4 GO功能與KEGG通路富集分析 "運(yùn)用Bioinformatics數(shù)據(jù)庫進(jìn)行GO功能與KEGG通路富集分析，并對結(jié)果進(jìn)行可視化處理。

1.5分子對接 "本研究結(jié)合GO功能與KEGG通路富集分析結(jié)果，選擇槲皮素與AKT1和IL1B進(jìn)行分子對接。從Uniprot數(shù)據(jù)庫獲得靶點(diǎn)PDB格式，從RCSB數(shù)據(jù)庫下載晶體結(jié)構(gòu)。利用Chem3D 22.0.0軟件將槲皮素的2D結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成3D結(jié)構(gòu)。通過AutoDock Tools1.5.6將靶點(diǎn)與槲皮素結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為PDBQT格式，利用PyMol軟件對AutoDock Vina計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化。

2結(jié)果

2.1二陳湯活性成分和靶點(diǎn)篩選與CB靶點(diǎn)預(yù)測 "通過TCMSP數(shù)據(jù)庫分析獲得二陳湯活性成分共129種，對應(yīng)靶點(diǎn)1741個。通過Gene Cards數(shù)據(jù)庫檢索獲得與CB相關(guān)的靶點(diǎn)共有1481個。Venn Diagram取交集得到二陳湯-CB共同靶點(diǎn)84個，見圖1。

2.2二陳湯復(fù)方調(diào)控網(wǎng)絡(luò) "通過二陳湯-CB共同靶點(diǎn)和有效成分構(gòu)建二陳湯復(fù)方調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中有188個節(jié)點(diǎn)，800條邊，平均度值為8.51。二陳湯治療CB與104個有效成分有關(guān)，其中槲皮素的度值排名第1，其次是山奈酚和黃芩素，見圖2、表1。

2.3 PPI網(wǎng)絡(luò) "構(gòu)建二陳湯-CB靶點(diǎn)蛋白互作網(wǎng)絡(luò)見圖3A。有83個節(jié)點(diǎn)，2254條邊，平均度值為85.21。根據(jù)方法1.5項(xiàng)下的篩選條件進(jìn)行篩選，得到AKT1、IL1B、TP53等10個關(guān)鍵靶點(diǎn)，見圖3B。

2.4 GO功能與KEGG通路富集分析 "84個二陳湯-CB共同靶點(diǎn)通過GO功能富集分析，得到GO條目2715個，其中分子功能（molecular functions）條目330個，生物過程（biological processes）條目3363個，細(xì)胞組成（cellular components）條目210個。根據(jù)logP值大小選取排名前10條繪制氣泡圖，見圖4A～圖4C。主要涉及炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖、凋亡和突觸連接等。KEGG通路富集結(jié)果顯示，KEGG分析得到238條，對logP值排序后取前10條進(jìn)行可視化，見圖4D。排名前5位的信號通路包括AGE-RAGE信號通路、脂質(zhì)與動脈粥樣硬化、流體剪切應(yīng)力與動脈粥樣硬化、IL-17信號通路和TNF信號通路。

2.5分子對接 "一般結(jié)合能小于0 kcal/mol表明配體與受體可自發(fā)結(jié)合，結(jié)合能小于或等于-5.0 kcal/mol表明配體和受體具有較好的結(jié)合活性。槲皮素-AKT1結(jié)合能為-8.4 kcal/mol，槲皮素-IL1B結(jié)合能為-7.4 kcal/mol，均有較好的親和力，形成的復(fù)合物具有較高的構(gòu)象穩(wěn)定性和較低的相互作用能，見圖5。

3討論

近年來，二陳湯已被廣泛用于呼吸系統(tǒng)疾病，包括CB[7]、肺炎和慢性阻塞性肺病[8]等。然而，二陳湯對CB的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制尚未闡明。本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)現(xiàn)二陳湯活性成分有槲皮素、山奈酚和黃芩素等104個參與治療CB，其中黃酮類化合物占主導(dǎo)地位，可推測其為二陳湯治療CB的主要有效成分。研究表明[12]，黃酮類化合物可通過消除自由基和抗氧化作用抑制炎癥，調(diào)節(jié)免疫。槲皮素是中藥中最常見黃酮化合物，具有抗炎、降低細(xì)胞毒性、抗癌、抗糖尿病、抗菌等藥理作用[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)[14]，槲皮素對促炎細(xì)胞因子有很強(qiáng)的抑制作用，它可通過抑制AKT1蛋白磷酸化，減少IL1B、IL6和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等促炎細(xì)胞因子的釋放，進(jìn)而發(fā)揮抗炎作用。山奈酚和黃芩素是天然黃酮，具有抗炎、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)等藥理作用[15，16]，可以通過抑制血清及組織中促炎細(xì)胞因子IL1B、TNF-α的表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)[17，18]。這表明多種有效成分可能作用于同一目標(biāo)。此外，研究發(fā)現(xiàn)MMP9、CASP3、STAT3、CXCL8、PTGS2等可能是槲皮素的潛在治療靶點(diǎn)，槲皮素和潛在治療靶點(diǎn)在體外保護(hù)受損的內(nèi)皮細(xì)胞，降低內(nèi)皮炎癥反應(yīng)來改善CB癥狀[19-21]，表明二陳湯可以通過同一活性成分作用于多個目標(biāo)。本文研究結(jié)果與上述研究一致，二陳湯的多成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等可通過AKT1、IL1B和MMP9等多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)炎癥緩解CB的發(fā)展。因此，這些發(fā)現(xiàn)證明了二陳湯具有多成分、多靶點(diǎn)的協(xié)同效應(yīng)，并為研究多成分、多靶點(diǎn)的協(xié)同作用提供了依據(jù)。

GO富集分析結(jié)果多與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖、凋亡和突觸連接等多個生物過程有關(guān)。KEGG通路富集顯示，多通路與二陳湯治療CB密切相關(guān)，AGE-RAGE信號通路、流體剪切應(yīng)力與動脈粥樣硬化、IL-17信號通路和TNF信號通路等高度參與了CB失衡的“炎癥-免疫”系統(tǒng)。AGE-RAGE信號通路是一種重要的炎癥信號通路，當(dāng)AGE-RAGE信號通路被激活，會啟動炎癥因子的釋放，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)展[22]。流體剪切應(yīng)力可調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的炎癥因子，進(jìn)而導(dǎo)致動脈粥樣硬化的發(fā)生[23]。IL-17信號通路和TNF信號通路均為炎癥信號通路，參與機(jī)體的炎癥免疫反應(yīng)。此外，咳嗽、咳痰和喘息是CB的主要臨床癥狀[3]，而促炎性細(xì)胞因子IL1B已被證明為咳嗽、咳痰和喘息的關(guān)鍵治療靶點(diǎn)[24，25]。因此，為了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本研究選擇了AKT1和IL1B作為二陳湯治療CB的候選靶點(diǎn)。分子對接驗(yàn)證結(jié)果證明，槲皮素與AKT1和IL1B具有較好的結(jié)合活性，二陳湯可能通過抑制炎癥反應(yīng)有效治療CB。為二陳湯通過多靶點(diǎn)、多通路發(fā)揮抗炎作用進(jìn)而治療CB提供了有力證據(jù)，該思路為探討CB的后續(xù)研究提供一定參考價(jià)值。

綜上所述，二陳湯可通過有效成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等調(diào)節(jié)AKT1、IL1B等關(guān)鍵靶點(diǎn)及下游炎癥信號通路來減少炎癥治療CB。

參考文獻(xiàn)：

[1]Lu LH，Long FY.Clinical effect of valsartan on chronic bronchitis complicated with hypertension[J].Med Hyg，2021，2021（3）：609-613.

[2]王強(qiáng).鹽酸氨溴索聯(lián)合莫西沙星治療慢性支氣管炎的療效觀察[J].中國藥物與臨床，2018，18（9）：1543-1544.

[3]Zhang HT.Clinical observation on combination of Chinese and Western medicine in the treatment of acute attack of chronic bronchitis[J].J Pract Tradit Chin Med，2019，35（2）：191-192.

[4]You Y.Changes of serum tumor necrosis factor-α and interleukin-6 levels in elderly patients with chronic bronchitis at acute stage and its effect on prognosis[J].Chin J Gerontol，2014，34（3）：680-681.

[5]In RF.Clinical observation of Qingjin Huatan Decoction in treating acute attack of chronic bronchitis with Phlegm-Stagnation and Pulmonary Type[J].Chin Foreign Med Res，2019，17（8）：31-32.

[6]Bai YP，Li JS.Regular formulas of common syndromes of chronic bronchitis based on modern Chinese medicine experience[J].Chin J Gerontol，2019，39（15）：3666-3671.

[7]尚立芝，徐莉莉，吳珂，等.二陳湯對慢性支氣管炎氣道黏液高分泌的影響[J].中國老年學(xué)雜志，2018，38（8）：1-3.

[8]Deng L，Zhang X，Dong Y，et al.Erchen decoction combined with Sanziyangqin decoction for chronic obstructive pulmonary disease：A protocol for systematic review and meta analysis[J].Medicine，2020，99（40）：e22315.

[9]Guo H，Li Y，Qiu L，et al.Gua Lou Er Chen decoction attenuates atherosclerosis by reducing proteoglycans accumulation and inflammation[J].Phytomedicine，2023，115（2023）：154801-154811.

[10]Chen LP，Cai YM，Li JS.Medication rules of famous veteran traditional Chinese medicine doctor in treatment of chronic bronchitis based on implicit structure model[J].China J Chin Mater Med，2017，42（8）：1609-1616.

[11]Ru JL，Li P，Wang JN，et al.TCMSP： a data base of systems pharmacology for drugdiscovery from herbal medicines[J].J Cheminform，2014，6：13.

[12]陳麗平，蔡永敏，李建生.基于隱結(jié)構(gòu)模型的名老中醫(yī)診治慢性支氣管炎用藥規(guī)律探討[J].中國中藥雜志，2017，42（8）：1609-1616.

[13]Kim TH，Custodio RJ，Cheong JH，et al.Sleep Promoting Etftect ofLuteolin in Mice via Adenosine A1 and A2AReceptors[J].Biomol Ther （Seoul），2019，27（6）：584-590.

[14]湯喜蘭，劉建勛，董偉，等.槲皮素對大鼠乳鼠心臟成纖維細(xì)胞炎癥分泌的干預(yù)作用[J].中國中藥雜志，2014，39（12）：2314-2317.

[15]Kim SH，Park JG，Lee J，et al.The Dietary Flavonoid Kaempferol Mediates Anti-Inflammatory Responses via the Src，Syk，IRAK1，and IRAK4 Molecular Targets[J].Mediators Inflamm，2015，2015：904142.

[16]Zhao T，Tang H， Xie L，et al.Scutellaria baicalensis Georgi.（Lamiaceae）：A review of its traditional uses，botany，phytochemistry，pharmacology and toxicology[J].J Pharm Pharmacol，2019，71（9）：1353-1369.

[17]陳艷，趙月，何楝楝，等.山萘酚對雨蛙素誘導(dǎo)小鼠急性胰腺炎的干預(yù)作用及機(jī)制[J].山東醫(yī)藥，2021，61（32）：41-44.

[18]Li L，Cui HR，Zhang Y，et al.Baicalin ameliorates multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa induced pulmonary inflammation in rat via arginine biosynthesis[J].Biomed Pharmacother，2023，162：114660.

[19]宋兆瑩.槲皮素對人膀胱癌細(xì)胞EJ的生物活性及其對STAT3信號通路的影響[D].大連：大連醫(yī)科大學(xué)，2011.

[20]譚鑫，鮮維，陳永鋒，等.槲皮素治療心力衰竭的分子機(jī)制：基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與分子對接方法[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，41（8）：1198-1206.

[21]Liang B，Xiang Y，Zhang X，et al.Systematic Pharmacology and GEO Database Mining Revealed the Therapeutic Mechanism of Xuefu Zhuyu Decoration for Atherosclerosis Cardiovascular Disease[J].Front Cardiovasc Med，2020，7：592201.

[22]Basner M，Rao HY，Goel N，et al.Sleep deprivation and neurobehavioral dynamics[J].Curr Opin Neurobiol，2013，23（5）：854-863.

[23]Souilhol C，Serbanovic-Canic J，F(xiàn)ragiadaki M，et al.Endothelial responses to shear stress in atherosclerosis： a novel role for developmental genes[J].Nat Rev Cardiol，2020，17（1）：52-63.

[24]Liu Y，Chen Q.Clinical study on Xiyanping injection combined with ceftriaxone sodium in treatment of children with bronchopneumonia[J].Drugs amp; Clinic，2017，32（4）：686-689.

[25]黃惠芬，范良，傅汝梅，等.玄參甘桔湯合三拗湯加減治療燥熱傷肺型感染后咳嗽的療效觀察[J].中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2019，25（3）：125-130.

收稿日期：2023-10-14；修回日期：2023-10-25

編輯/肖婷婷