基于数据挖掘和网络药理学研...素抵抗的组方规律及作用机制_陈启泓.pdf

山 西 中 医山 西 中 医2023 年 8 月第 39 卷第 8 期2023 年 8 月第 39 卷第 8 期SHANXI J OF TCM Aug.2023Vol.39No.861基于数据挖掘和网络药理学研究中药复方治疗 2 型糖尿病胰岛素抵抗的组方规律及作用机制陈启泓王文革摘要：目的：基于数据挖掘和网络药理学研究中药复方治疗2型糖尿病胰岛素抵抗的组方规律及作用机制。方法：从中国知网、万方、维普等数据库收集治疗2型糖尿病胰岛素抵抗的中药复方，利用Excel 2021和SPSS Modeler 18.0对中药数据进行频次分析及关联度分析，获取核心药物，利用TCMSP和Swiss Target Prediction获取中药的活性成分及作用靶点，利用Drugbank、Genecards、OMIM、TTD等数据库获取疾病靶点并绘制Venn图，得到药物-疾病交集靶点并上传至String，利用Cytoscape 3.7.1中的CentiScape筛选出核心靶点，将药物-疾病交集靶点导入David 数据库进行GO功能及KEGG通路富集分析，并构建“药物-活性成分-核心靶点-通路”网络图。结果：共纳入173篇文献，125个中药复方，179味中药。根据数据分析结果，高频中药以健脾益气、滋阴生津、祛湿化浊、活血化瘀药物为主，主要活性成分有65个，药物有效靶点760个，疾病相关靶点1 611个，药物-疾病交集靶点共275个，筛选出核心靶点46个。GO功能富集获得细胞组分111个，分子功能226个，生物学过程991个，KEGG富集通路获得177条。根据“药物-活性成分-核心靶点-通路”网络图，主要活性成分有叶酸、2-（4-Hydroxy-3-methoxyphenyl）-5-（3-hydroxypropyl）-7-methoxy-1-benzofuran-3-carbaldehyde（Salvinal）、海风藤酮、木犀草素等，作用于EGFR、PIK3CA、ESR1等靶点，通过对癌症通路、脂质和动脉粥样硬化通路、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路等进行调节实现治疗2型糖尿病胰岛素抵抗。结论：中药复方对2型糖尿病胰岛素抵抗治疗以健脾益气、滋阴生津、祛湿化浊、活血化瘀为主，其中黄芪-丹参-山药可实现多靶点、多通路的治疗效果。关键词：2型糖尿病；胰岛素抵抗；数据挖掘；组方规律；网络药理学中图分类号：R587.1文献标识码：A文章编号：1000-7156（2023）08-0061-04DOI：10.20002/j.issn.1000-7156.2023.08.024作者简介：陈启泓，女，在读硕士研究生，山西省中医药研究院（太原030012）；王文革，单位同第一作者。通讯作者：王文革，E-mail：2型糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，其病因涉及多种复杂生理病理过程，胰岛素抵抗（insulinresistance，IR）是其重要特征之一。IR是胰岛素靶向组织对生理水平胰岛素反应性降低的状态，其发生可能与异位脂肪积聚、内质网应激和炎症相关1。该研究收集中国知网、万方数据库、维普数据库等数据库中治疗2型糖尿病IR的中药复方，通过数据挖掘和网络药理学探讨中药复方组成规律、核心中药及其活性成分和治疗核心靶点及通路等，为中医药治疗2型糖尿病IR提供一定的理论参考依据。1材料与方法1.1数据来源：以“2型糖尿病and胰岛素抵抗and中药复方”、“diabetesmellitustype2andinsulinresistanceandChinesemedicine”等为关键词，检索日期2012年1月到2022年12月，在中国知网（https：/ 中国2型糖尿病防治指南（2020年版）2中提出的诊断标准即典型糖尿病症状（包括烦渴多饮、多尿、多食、不明原因体重下降）、随机静脉血浆葡萄糖浓度11.1mmol/L，或空腹血糖检测7.0mmol/L，或葡萄糖负荷后2h静脉血浆葡萄糖浓度11.1mmol/L，或糖化血红蛋白（HbA1c）6.5%（无糖尿病典型症状者，需改日复查确认）的临床研究；（2）干预措施为口服中药复方且药物组成明确；（3）在观察指标中明确有胰岛素抵抗的相关指标；（4）统计分析结果显示中药复方治疗有效。1.3排除标准：使用中药提取物治疗的临床研究；组方药物相同的中药复方。1.4规范数据：以两名人员交叉录入并核对数据的形式，根据2020年版 中华人民共和国药典 3及 中华本草 4对中药名称进行规范处理，例如将“山萸肉”统一规范为“山茱萸”，“淮山药”统一规范为“山药”等。将中药复方组成数据录入Excel2021表格中建立中药复方标准化数据库。1.5数据分析：使用Excel2021对中药数据进行频次统计分析，并用SPSSModeler18.0对中药数据进行关联分析。根据关联支持度及置信度等获取核心药物，以口服利用度OB（oralbioavailability）30%、类药性DL（drug-likeness）0.18为标准利用TCMSP数据库筛选中药活性成分，利用SwissTargetPrediction数据库（http：/www.swisstargetprediction.ch/）筛选有效靶点。以“insulinresistance”、“insulinresistant”、“insulin方药纵横62山 西 中 医山 西 中 医2023 年 8 月第 39 卷第 8 期2023 年 8 月第 39 卷第 8 期SHANXI J OF TCM Aug.2023Vol.39No.8resistantdiabetesmellitus”等为关键词，利用Drugbank（https：/ 西 中 医山 西 中 医2023 年 8 月第 39 卷第 8 期2023 年 8 月第 39 卷第 8 期SHANXI J OF TCM Aug.2023Vol.39No.8633讨论根据数据挖掘分析结果可见高频中药以健脾益气、滋阴生津、祛湿化浊、活血化瘀药物为主，其中黄芪为频数最高的中药，有补气升阳、益卫固表等功效，已有大量研究显示黄芪具有改善胰岛素抵抗和保护胰岛细胞功能的作用，主要是通过降低游离脂肪酸（FFA）水平、抑制炎症因子水平、降低周围组织中IKK和JNK磷酸化活化等途径改善胰岛素抵抗5。山药频次排名第二，山药是一味药食同源的中药，有益气养阴等功效，可保护和修复胰岛细胞、促进胰岛素分泌、并能增强胰岛素敏感性6。频次排名第三的黄连具有清热解毒的作用，其主要成分盐酸小檗碱具有促胰岛素分泌，增强胰岛素的敏感性、促进外周组织葡萄糖利用和调节血脂紊乱、抗氧化应激等作用7。关联分析结果可见黄芪-丹参-山药的关联度及例数排名最高，置信度也较高，为该研究的核心中药。消渴的治疗以益气滋阴为主，黄芪和山药配伍具有健脾益气、补肺滋阴的作用，是玉液汤（医学衷中参西录）的君药。有统计显示黄芪和山药是常见的治疗2型糖尿病的补益药8。肖燕倩等9研究2型糖尿病胰岛素抵抗和中医证型的关系表明，血瘀脉络证是IR最严重的证型之一，丹参活血通络的功效可能与其改善胰岛素抵抗有关。通过对“中药-活性成分-核心靶点-通路”网络数据的分析，按degree分数大小排名，可以推测出叶酸、2-（4-Hydroxy-3-methoxyphenyl）-5-（3-hydroxypropyl）-7-methoxy-1-benzofuran-3-carbaldehyde（Salvinal）、海风藤酮、木犀草素、黄芪紫檀烷苷、橙花醇、毛蕊花素、丹参醇A、DenudatinB、异鼠李素、槲皮素、香紫苏醇、hancinol、荜茇宁、3，9-di-O-methylnissolin为黄芪-丹参-山药治疗2型糖尿病IR的主要活性成分。其中，叶酸即维生素B9，已有大量研究证实其与IR相关，其作用机制可能是通过在一碳循环中影响DNA甲基化和同型半胱氨酸生成10-11，研究表明产前母体的叶酸水平和后代的IR及肥胖发生相关12。海风藤酮是一种天然的血小板活化因子（platelet-activatingfactor，PAF）拮抗剂，PAF能通过影响PAF-AA信号通路破坏细胞氧化应激稳态并导致细胞损伤诱导氧化应激、炎症反应和IR13，而慢性炎症被认为IR的关键病理生理机制之一，海风藤酮可能是通过拮抗PAF而减轻IR。木犀草素、异鼠李素、槲皮素、毛蕊花素均为黄酮类化合物，能通过调节血糖和脂质水平、抗氧化和影响胰岛素信号等多途径改善IR14。木犀草素治疗IR可能是通过增加PI3K和IRS1/2的表达增强胰岛素敏感性，并能阻止NK-B细胞活化来减少脂肪细胞炎症，其抗氧化作用还能减轻糖尿病神经损伤、保护心肌、保护肾脏15。通过网络药理学分析得到46个核心靶点，根据对“中药-活性成分-核心靶点-通路”网络数据的分析，degree分数较高的有EGFR、PIK3CA、ESR1等。EGFR属于酪氨酸激酶受体的ERBB家族，是细胞增殖、分化、分裂、存活和癌症发展的关键调节因子16。PIK3CA与多种癌症相关，其编码的一个重要胞内磷脂酰肌醇激酶PI3K通过PI3K/Akt通路调节细胞增殖、凋亡、自噬、代谢和蛋白质合成、血管生成17，而PI3K/Akt通路受损会导致IR18。ESR1通过诱导Slc2a4基因表达调控，影响胰岛素调节型葡萄糖转运蛋白GLUT4合成，对胰岛素敏感性起到重要作用19。根据KEGG富集程度及“中药-活性成分-核心靶点-通路”网络数据的degree分数大小，排名较前的通路有癌症通路、脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路等。癌症通路富集程度最高，除此以外富集程度较高的癌症相关通路还有癌症中的中心碳代谢、蛋白多糖等通路。研究认为IR、2型糖尿病和癌症之间存在协同关系，IR的高胰岛素血症和IR状态下的表观遗传修饰如DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等在癌症发生中发挥了作用，以及与IR密切相关的内脏肥胖和全身炎症也是促使肿瘤建立的有利条件20。推测药物可能作用于癌症相关通路上的靶点改善IR同时影响癌症发生。脂质和动脉粥样硬化通路主要涉及脂质代谢和动脉粥样硬化的发生，动脉粥样硬化和IR之间有重要关系，两者间可能存在不少相同的治疗靶点，脂质代谢紊乱、伴随晚期糖基化终产物（advancedglycationendproducts，AGE）产生的高血糖症、慢性炎症、血管活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）增加、蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC）过度激活等可能是联系动脉粥样硬化和糖尿病的机制21。PI3K-Akt信号通路是胰岛素信号传导的重要通路，主要是调节细胞增殖、分化、代谢和细胞骨架重组、细胞凋亡，其失衡会导致肥胖和2型糖尿病的发展，机体各组织PI3K/AKT通路受损时会导致IR，IR又加重PI3K/AKT通路，形成恶性循环18。RAGE是AGE的受体，在IR状态下，RAGE在胰岛细胞及胰岛素敏感组织中过度表达，导致胰岛细胞减少和功能障碍而加重IR，又能诱导信号级联反应，导致JNK通路、IKK/和主转录因子NF-B的激活，加重外周组织IR，通过降低AGE水平或RAGE表达可以改善IR状态22。综上，中药复方治疗2型糖尿病IR以健脾益气、滋阴生津、祛湿化浊、活血化瘀为主，核心药物有黄芪-丹参-山药，其主要活性成分有叶酸、2-（4-Hydroxy-3-methoxyphenyl）-5-（3-hydroxypropyl）-7-methoxy-1-benzofuran-3-carbaldehyde（Salvinal）、海风藤酮、木犀草素等，可能通过EGFR、PIK3CA、ESR1等靶点对癌症通路、脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路等多个通路发挥调节作用，实现多靶点、多通路协同治疗。该研究初步探讨了中药复方治疗2型糖尿病IR的组方规律及作用机制可能，但仅限于理论探讨，仍需要后期大量实验进行验证，更进一步深入研究。参考文献：1 LeeSH，ParkSY，ChoiCS.InsulinResistance：FromMechanismstoTherapeuticStrategies J.DiabetesMetabJ，2022，46（1）：15-37.2 中华医学会糖尿病学分会.中国2型糖尿病防治指南（2020年版）J.中华糖尿病杂志，2021，13（4）：95.64山 西 中 医山 西 中 医2023 年 8 月第 39 卷第 8 期2023 年 8 月第 39 卷第 8 期SHANXI J OF TCM Aug.2023Vol.39No.83 国家药典委员会.中华人民共和国药典 S.一部.北京：中国医药科技出版社，2020：188.4 国家中医药管理局，中华本草 编委会.中华本草 M.上海：上海科学技术出版社，1999：100.5 李永荣，程涛，王永胜，等.富硒黄芪提取物对链脲霉素诱导的糖尿病大鼠胰岛素抵抗的影响 J.中国药科大学学报，2018，49（6）：7.6 李亚娟，顾晓琦，沈小璇，等.胰岛素治疗糖尿病过程中配合山药食疗的效果分析 J.世界中医药，2016，11（12）：2665-2668.7 武雪扬，崔德芝.黄连素治疗2型糖尿病作用机制的研究进展J.山东医药，2021，61（10）：106-109.8 周保安，冯玉林，吴成.2型糖尿病的补益药证治用药规律及logistic多元回归分析 J.实用糖尿病杂志，2015，11（3）：30-32.9 肖燕倩，杨志新，郭美珠.2型糖尿病胰岛素抵抗（IR）与中医辨证分型的相关性研究 J.中华中医药学刊，2007，25（4）：743-745.10 M.TahirMursleen，SamreenRiaz.ImplicationofhomocysteineindiabetesandimpactoffolateandvitaminB12indiabeticpopulation J.Diabetes&MetabolicSyndrome：ClinicalResearch&Reviews，2016（11）：141-146.11 LyonP，StrippoliV，FangB，etal.BVitaminsandOne-CarbonMetabolism：ImplicationsinHumanHealthandDisease 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