基于网络药理学和分子对接技术的西洋参-黄芪治疗2型糖尿病作用机制探究.pdf

基金项目：国家重点研发计划项目（）；北京市医院管理局重点医学专业发展计划项目（）作者简介：周莹洁（），女，硕士研究生在读，研究方向：中医心血管病临床，：通信作者：尚菊菊（），女，博士，主任医师，研究方向：中医心血管病临床，：基于网络药理学和分子对接技术的西洋参 黄芪治疗 型糖尿病作用机制探究周莹洁，李思耐，尚菊菊（北京中医药大学临床医学院，北京，；首都医科大学附属北京中医医院，北京，；北京市中医药研究所，北京，）摘要目的：探究西洋参 黄芪治疗 型糖尿病（）的作用机制。方法：筛选西洋参 黄芪的有效化学成分与作用靶点、相关靶点，利用 构建中药化学成分 靶点相互作用网络图，筛选出西洋参 黄芪作用 的关键成分和核心靶点。通过 数据库分析核心靶点基因功能及信号通路，构建关键化学成分 核心靶点 信号通路网络，并利用 进行分子对接。结果：通过中药系统药理学数据库与分析平台（）及文献检索筛选西洋参 黄芪有效化学成分 种，西洋参 种，黄芪 种，预测靶点 个，与 的靶基因取交集得到靶点 个。中药化学成分 作用靶点相互作用网络共有 个节点，条连线，筛选出关键成分 种。黄芪关键成分是槲皮素、西洋参关键成分是 谷甾醇，核心靶点 个与 相关的靶点有 、。核心靶点进行基因本体（）富集分析发现西洋参 黄芪主要参与 信号转录、唾液分泌、类固醇激素调节等生物过程，京都基因与基因组百科全书（）富集分析结果显示西洋参 黄芪药对与脂肪细胞内脂肪分解调节、信号通路、甲状腺激素信号通路关系密切。分子对接结果显示，谷甾醇、槲皮素与核心靶点度值前 位的靶点蛋白（、）有较好的结合性。结论：西洋参 黄芪治疗 的作用机制具有多成分、多靶点、多通路的特点。关键词西洋参；黄芪；型糖尿病；网络药理学；分子对接 ，（，；，；，）：（）：，：（），（，）：，世界中医药 年 月第 卷第 期 ；中图分类号：文献标识码：糖尿病是由胰岛素分泌的绝对或相对不足，和（或）胰岛素敏感性下降导致的糖代谢异常为主要表现的疾病。我国 以型糖尿病（，）为主，目前 的患病率已达 ，治疗以控制危险因素、控制血糖、防治并发症为主 。在中医属于“消渴病”范畴，中医理论认为气阴两虚是 的基本病机之一 。包含西洋参 黄芪药对的益气养阴中药组方治疗 效果明显 。药理研究提示，西洋参具有改善胰岛素抵抗的作用 ，黄芪具有改善胰岛素抵抗，增加胰岛素敏感性的作用 。但西洋参 黄芪药对作为中医治疗 的常见益气养阴药对，治疗 的作用机制尚不明确。网络药理学通过构建药物成分 靶点 疾病的相互作用网络，反映了中药的多成分 多靶点 多通路作用关系，从整体出发阐述作用机制，符合中医整体观的思想。分子对接技术主要通过计算机模拟配体与受体的结合，利用结合能判断配体与受体的结合效果。本文通过运用网络药理学的方法，对西洋参 黄芪的主要化学成分、作用靶点进行探究，分析核心靶点及通路，并将西洋参 黄芪部分化学成分和靶点进行分子对接，为今后的相关研究提供参考依据。资料与方法 西洋参 黄芪有效化学成分的获取与靶点预测使用中药系统药理学数据库与分析平台（，：）结合文献 ，收集药物化学成分。选择口服生物利用度（，）、类药性（，）并且有明确作用靶点的化学成分为有效化学成分 。利用 预测靶点，去重后，通过 数据库（：）获取经验证的（）、人源（）靶蛋白。靶点蛋白的获取使用 数据库（：）、数据库（：），以“，”“”为关键词，分别去除重复基因与假阳性基因后，选取交集基因，获取 相关的靶基因。有效化学成分、疾病相互作用靶点的映射及相互作用网络构建将最终纳入的有效化学成分预测靶点、靶点进行映射取交集，得到西洋参 黄芪作用于 的作用靶点。用 软件进行网络结构可视化处理。构建中药化学成分 作用靶点相互作用网络。通过选择自由度平均自由度的节点 ，获得西洋参 黄芪治疗 的关键化学成分与核心靶点。结合 通路富集分析结果最终构建关键化学成分 核心靶点 生物通路相互作用网络。靶点功能富集分析使用 （：）对获得的核心靶点蛋白进行基因本体（，）分析，用统计学超几何分布定量 评估存在于各 注释中的蛋白质群，以 值反映蛋白质生物学功能的显著性。选择生物过程（，），细胞组分（，），分 子 功 能（，）个模块，应用 工具对核心蛋白靶基因进行京都基因和基因组百科全书（，）通路富集分析，得到西洋参 黄芪治疗 的主要作用通路。分子对接分别选取西洋参、黄芪度值最高的活性成分为配体，选取度值前 位的靶点作为受体进行分子对接。）配体的准备：数据库中下载配体分子结构，保存为 格式。）受体的准备：利用 数据库下载受体分子结构，选择物种为人，可信度高的分子，保存为 格式。）分子对接：利用 对受体、配体进行去水、加氢、加电荷等操作，保存为 格式，进行分子对接，利用 进行可视化。分子对接结果参照结合能，结合能小于 （）证明配体与受体可以稳定结合，结合能越小结合越稳定。结果 西洋参 黄芪有效化学成分及作用靶点收集到西洋参化学成分 个，黄芪化学成分 个。通过筛选并且去除无明确对应靶点的化学成分，得到有效化学成分 个，其中西洋参 个，黄芪 个。见表 。西洋参 黄芪作用于 的相关靶点及中药化学成分 作用靶点相互作用网络收集到西洋参黄芪作用靶点 个。经 查询后，得到西洋参 黄芪靶基因共 个。的靶基因方面，除外重复基因，筛选到基因 个，筛选基因 个，最终数据库共有的与 相关的 基 因 个。有 效 化 学 成 分 的 靶 蛋 白 与 ，表 西洋参 黄芪有效化学成分编号 编号分子名称口服生物利用度（）类药性来源 西洋参 （，）（，），西洋参 西洋参 西洋参 西洋参 西洋参 西洋参 西洋参 西洋参 ，黄芪 ，黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 （，），黄芪 ，黄芪 黄芪 ，黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 黄芪 （，），（，），黄芪 相关的靶蛋白取交集后，共得到 个靶蛋白。对应 种化学成分，其中西洋参 种，黄芪 种（除外）。利用 软件绘制中药化学成分 作用靶点相互作用网络，共有 个节点（个靶蛋白，西洋参化学成分 种，黄芪化学成分 种），条连线。见图 。各个节点“”分布在“”之间，平均度值为 ，度值平均度值的节点为西洋参 黄芪作用于 的关键成分、核心靶蛋白。关键成分共有 种，其中西洋参 种，编号为 、；黄芪 种，编 号 为 、。核心靶点共 个。见表 。西洋参、黄芪度值最大的化学成分分别是 （，谷甾醇）、（，槲皮素）。核心靶点度值前 位的分别是：前列腺素 合酶（）、核受体共激活剂（）、前列腺素 合酶 （）、胰蛋白酶（）、视黄醇 受体 （）。图 中药化学成分 作用靶点相互作用网络注：红色节点代表黄芪化学成分，蓝色节点代表作用靶点，绿色节点代表西洋参化学成分，节点大小与度值成正比世界中医药 年 月第 卷第 期表 中药化学成分 疾病映射核心靶点信息序号基因靶点度值 ，核心靶点的 分析与 通路富集分析 分析涉及 种生物过程、种细胞组分、种分子功能。见图 。通过 生物通路分析，西洋参 黄芪核心靶蛋白涉及的 条生物通路分别是：甲状腺癌（）、脂肪细胞内脂肪分解的调节（）、催乳激素信号通路（）、小细胞肺癌（）、唾液分泌（）、甲状腺激素信号通路（）、钙信号通路（）、胆碱能突触（）、心肌细胞的肾上腺素能信号（）、神经活动配体 受体相互作用（）、信号通路（）、癌 症 通 路（）。见图 。关键化学成分 核心靶点蛋白 生物通路相互作用网络的构建构建相互作用网络，共有节点 个（种关键化学成分、种核心靶点蛋白、种通路），条连线。核心靶点蛋白中 、没有对应 通路分析结果。见图 。分子对接关键化学成分中西洋参度值最高的是 ，黄芪度值最高的是 。核心靶点蛋白中，度值前 位的是 、。不 作 用 于 靶点。见表 ，图 。表 分子对接结合能靶点名称 结合能（）注：为无数据图 核心靶点 分析注：红色表示生物过程，绿色表示细胞组分，蓝色表示分子功能 ，图 通路富集气泡图图 关键化学成分 核心靶点蛋白 通路相互作用网络注：绿色节点代表西洋参关键化学成分，红色节点代表黄芪关键化学成分，紫色节点代表核心蛋白，黄色节点代表通路 讨论益气生津散是已故名老中医王为兰拟定，经夏军，刘红旭等结合临床实践 ，遵循中医辨证治疗原则研制出的茶散剂（由西洋参、黄芪、玉竹、麦冬、石斛、枸杞子、玄参、佛手、砂仁组成），具有益气养阴、生津止渴的功效，能降低血糖，改善口干口渴、倦怠乏力等，用于治疗气阴两虚型消渴病 。益气生津散可以降低 小鼠随机血糖、胰岛素抵抗指数 。西洋参 黄芪药对作为益气生津散的主要成分，二者相配伍，增强益气养阴功效。西洋参 黄芪作用于 的关键化学成分共 种。这提示了西洋参 黄芪在治疗 上多成分的特点。其中西洋参关键化学成分共 种，黄芪化学成分 种。西洋参度值最大的成分为 谷甾图 谷甾醇、槲皮素与靶蛋白分子对接三维模拟醇，黄芪化学成分中度值最高的是槲皮素。谷甾醇是一种植物甾醇，具有抗氧化、降低胆固醇、抗炎、免疫调节、抗肿瘤和中枢神经系统作用 。槲皮素是一种黄酮类的化合物，具有降糖 、抗氧化、抗肿瘤、抗炎症、抗菌和保护心血管的作用 。核心靶点分析结果表明，西洋参 黄芪协同干预 的前 位核心靶点是：前列腺素 合酶 、核受体共激活剂 、前列腺素 合酶 、胰蛋白酶 、视黄醇 受体 ，提示西洋参 黄芪药对可能通过多靶点协同治疗 。分子对接结果显示，谷甾醇与 、，槲皮素与 、靶点能稳定结合，并且 谷甾醇与槲皮素比较，与各受体之间的结合更稳定性。前列腺素 合酶又称环氧化酶，、是环氧化酶的 种同工酶，共同参与前列腺素的合成 。、与 的病因相关 。目前 为靶点的药物已被应用于治疗糖尿病 。核受体共激活剂 是类固醇类受体共激活因子 家族之一。过氧化物酶体增殖物激活受体 （，）的转录活性受 家族调控 。与脂肪分化相关。在肥胖小鼠的脂肪组织中核受体辅激活物（，）可以促进 细胞的分化；在人脂肪细胞中，可促进皮下脂肪前体细胞的分化 。胰蛋白酶 基因可编码阳离子胰世界中医药 年 月第 卷第 期蛋白酶原，胰蛋白酶原由胰腺腺泡细胞合成，以无活性的酶原形式存在于胰液中，随胰液分泌到小肠，在肠激酶作用下胰蛋白酶原转变为有活性的胰蛋白酶 。类视黄醇 受体（，）属于核受体超家族之一，是配体诱导的转录因子，与不同配体结合后，可以在体内代谢紊乱、心血管疾病、糖尿病、炎症等疾病的发病机制中发挥作用 。在肾、表皮、肠、肝脏表达占优势。拮抗剂可以增加瘦素的敏感性，进而增加胰岛素敏感性，从而调控糖代谢治疗糖尿病 。通过对核心靶蛋白进行 和 通路富集分析，发现西洋参 黄芪药对治疗 的靶点可能涉及以下 类机制：）脂肪细胞内脂肪分解调节；）信号通路；）甲状腺激素信号通路。脂肪分解是增加 患者游离脂肪酸的重要因素，长期高浓度的游离脂肪酸会增加胰岛素抵抗 。高浓度葡萄糖也可以刺激脂肪分解，增加游离脂肪酸的水平，并且不能被胰岛素抑制 。信号通路能够影响胰岛素敏感性及糖尿病患者的心肌细胞。信号通路使小鼠骨骼肌在收缩数小时后，胰岛素敏感性不受抑制 。对糖尿病患者及非糖尿病者的心脏活检研究显示，受损的 信号通路是糖尿病心肌细胞硬化的关键调节剂 。并且，信号通路也具有保护心血管的作用 。甲状腺激素具有双向调节胰岛功能、加速胰岛素降解、调节胰岛素敏感性的作用，并且具有保护肾脏、肝脏的作用 。甲状腺功能亢进时，肠道吸收葡萄糖增多，机体内糖原异生及其他升糖反应的过程都得到过度表达，进一步加重了过高的血糖水平 ，可通过调节肝糖原输出、糖异生量、葡萄糖利用率等机制控制血糖水平 。通过对研究结果进行分析，发现西洋参 黄芪在治疗 具有多成分、多靶点、多通路的特点，其中核心药物成分为 谷甾醇与槲皮素，关键靶点为 、，作用机制可能与脂肪细胞内脂肪分解调节、信号通路、甲状腺激素信号通路关系密切。然而，考虑到中药成分的复杂性，网络药理学方法和分子对接技术的局限性，本文的研究结果仍需要进一步的试验验证。利益冲突声明：无。参考文献 中华医学会糖尿病学分会 中国 型糖尿病防治指南（年版）中国实用内科杂志，（）：张文超，李成卫 沈绍功气阴同治诊疗方案治疗 型糖尿病经验 辽宁中医杂志，（）：彭思涵，谢子妍，谢春光，等 谢春光教授以气阴两虚为糖尿病核心病机的学术思想探析 中华中医药学刊，（）：刘鑫，曲超，王姝婷，等 基于数据挖掘的中药治疗 型糖尿病用药规律分析 中华中医药学刊，（）：雷烨，刘乐亮，张蕊，等 芪药消渴胶囊通过早期干预改善胰岛素敏感性治疗气阴两虚型糖尿病前期的效果 临床医学研究与实践，（）：李丹，周丽霞 我院纯中药治疗 型糖尿病专病专茶药理作用分析 光明中医，（）：李楠，范颖，贾旭鸣 黄芪不同有效部位对糖尿病模型大鼠血清胰岛素、脂联素的影响 中国实验方剂学杂志，（）：胡桂祯，徐冰，徐涛，等 黄芪多糖干预 型糖尿病机制研究进展 上海中医药杂志，（）：刘洋，杜婧，沈颜红 种药用黄芪属植物化学成分及药理作用的研究进展 中国实验方剂学杂志，（）：，：，：刘培，孙芮芮，张莉丹，等 基于网络药理学的四君子汤治疗 型糖尿病的作用机制研究 中草药，（）：陈晶，邵先明，侯志涛 基于网络药理学的黄芪 山药药对治疗 型糖尿病作用机制研究 中国中医药信息杂志，（）：夏军 益气生津散治疗消渴（糖尿病）的临床观察与实验研究 编辑之友，（）：王北，顾文，马丛，等 益气生津散治疗干燥综合征气阴两虚证临床观察 北京中医药，（）：，夏军，周琦，朱玲，等 益气生津袋泡茶对 小鼠胰岛素抵抗影响的实验研究 北京中医药，（）：刘威良，姬昱，黄艾祥 谷甾醇的研究及开发进展 农产品加工，（）：，刘晟文，刘建英 槲皮素药理学作用的研究进展 中华肺部疾病杂志（连续型电子期刊），（）：孙楚钧，刘磊，李梦豪，等 基于静电喷雾技术的槲皮素肠溶纳米粒的制备与评价 中国新药杂志，（）：，?，（）：，（）：，（），（）：，（）：，：，（）：姚伍秀，陈和平 阳离子胰蛋白酶原基因 在慢性胰腺炎中的研究现状 四川医学，（）：，（）：，（）：，：张婷婷，徐冲，俎鲁霞，等 高浓度葡萄糖刺激脂肪细胞脂肪分解的效应及其机制 北京大学学报：医学版，（）：，（）：，?，（）：玄春花，王程瑜，许东元 信号通路在心力衰竭诊治中的应用研究进展 中国实验诊断学，（）：唐靓，黄苏滨，林小红 糖尿病患者血清甲状腺激素检测的应用价值分析 当代医学，（）：王植，刘聪，邱阳，等 甲状腺激素与糖尿病肾病关系的研究进展 山东医药，（）：赵媛，何美琳，王阳 型糖尿病患者甲状腺激素与各项肝酶相关性分析 中国卫生检验杂志，（）：刘桂志 探讨药物综合疗法治疗甲状腺功能亢进合并糖尿病患者的临床效果 糖尿病新世界，（）：，（）：（收稿本文编辑：王明）关于开展归芪活血胶囊征文的通知归芪活血胶囊是由鲁南厚普制药有限公司生产的治疗颈椎病的常用中成药，由黄芪、当归、白芍、枸杞子、鹿茸、人工麝香、葛根、川芎等 味中药组方而成，具有益气补肾、活血通络的功效，用于颈椎病（神经根型以及神经根型为主的混合型）肝肾不足、气虚血瘀证，症见颈项疼痛沉重、肩背酸痛、手臂麻木、肢体萎软无力、眩晕、舌质暗红或淡有瘀斑等。全方益气补肾、活血通络、标本兼治，多靶点全面改善疼痛、麻木、眩晕等症状，延缓椎间盘退变，疗效显著。为了进一步总结和评估归芪活血胶囊在中国人群中的临床疗效，交流临床应用经验，更好地提高疾病的临床治疗水平，世界中医药 编辑部与鲁南制药集团股份有限公司联合举办归芪活血胶囊征文活动。具体要求如下。征文内容）基础研究、机制研究等；）临床研究：产品疗效分析和临床应用经验总结等。征文要求）凡未在公开期刊上发表的论文均可投稿；）应征论文写作规范请参照 世界中医药 杂志投稿要求；）本次征文只接受 方式投稿，电子版本请使用 排版，：（投稿后请注意确认），邮件主题请注明“归芪活血胶囊”；）来稿请注明作者姓名、性别、出生年月、单位、职称、通信地址、联系电话和电子邮箱。评选及奖励办法 世界中医药 编辑部将邀请国内知名专家及相关专业编委组成评审委员会，对所有征文进行评审。本次征文活动设特等奖名，奖金 元；一等奖名，奖金 元；二等奖名，奖金 元；三等奖论文 篇，奖金 元；参与奖 名，获精美礼品 份。对获奖论文只奖励第一作者，获奖优秀论文将择优发表，可推荐到各级期刊发表。征文截止日期 年 月 日。世界中医药 编辑部鲁南制药集团股份有限公司世界中医药 年 月第 卷第 期