基于网络药理学探究御丰膏对皮肤抗衰老的作用机制.pdf

第 9 卷 第 4 期2023 年 8 月生物化工Biological Chemical EngineeringVol.9 No.4Aug.2023文章编号：2096-0387（2023）04-05基于网络药理学探究御丰膏对皮肤抗衰老的 作用机制李利1，韩爱萍2，田源2，刘浩思2，邹天畅2，刘孝飞3，李振华4，徐春明2*（1.北京工商大学 人工智能学院，北京 100048；2.北京工商大学 轻工科学技术学院，北京 100048；3.北京玫瑰日记生物科技有限公司，北京 100024；4.北京有肌时代科技有限公司，北京 100024）摘 要：目的：探讨御丰膏中葛根、人参、雪莲 3 种药用植物对女性皮肤抗衰老的作用机制。方法：利用 TCMSP、UniProt 数据库、GeneCards 数据库及 Cytoscape 3.9.1，过滤和收集葛根-人参-雪莲的活性成分和靶点以及与雌激素、内分泌和抗氧化相关靶点，并进行通路富集分析，建立可视化网络图。经 AutoDock Tools 1.5.7 软件将关键成分和核心靶点进行分子对接并可视化。结果：共获得有效成分 33 个，相关靶点 100 个；神经活性配体-受体相互作用等 9 个核心信号通路。分子对接结果显示，山奈酚、木犀草素、槲皮素与血管内皮生长因子（VEGFA）、肿瘤坏死因子（TNF）等核心靶点可以较好地结合。结论：通过网络药理学分析预测葛根-人参-雪莲抗皮肤衰老的作用机制，为探索药食同源方法延缓皮肤衰老提供参考。关键词：葛根；人参；雪莲；网络药理学；抗皮肤衰老中图分类号：R285 文献标识码：AToExploretheAnti-AgingMechanismofYu-FengCreamonSkinBasedonNetworkPharmacologyLI Li1,HAN Aiping2,TIAN Yuan2,LIU Haosi2,ZOU Tianchang2,LIU Xiaofei3,LI Zhenhua4,XU Chunming2*(1.School of Artificial Intelligence,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China;2.School of Light Industry,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China;3.Beijing Rose Diary Biotechnology Co.,Ltd.,Beijing 100024,China;4.Beijing Youji Times Technology Co.,Ltd.,Beijing 100024,China)Abstract:Objective:The anti-aging mechanism of Pueraria montana-Panax ginseng-Saussurea involucrata in Yu-Feng cream on female skin is studied.Methods:Using TCMSP,UniProt database,GeneCards database,and Cytoscape 3.9.1,filter and collect the active ingredients and targets of Pueraria montana-Panax ginseng-Saussurea involucrata,as well as targets related to estrogen,endocrine,and antioxidant activity,and conduct pathway enrichment analysis to establish a visual network diagram.Molecular docking and visualization of key components and core targets is using AutoDock Tools 1.5.7 software.Results:A total of 33 active ingredients and 100 related targets are obtained.There are 9 core signaling pathways involved in the interaction between neuroactive ligands and receptors.The molecular docking results show that kaempferol,luteolin,quercetin can bind well with core targets such as vascular endothelial growth factor(VEGFA)and tumor necrosis factor(TNF).Conclusion:By analyzing network pharmacology,the mechanism of the anti-aging effect of Pueraria montana-Panax ginseng-Saussurea involucrata on the skin is predicted,providing reference for exploring the homologous methods of medicine and food to delay skin aging.Keywords:Pueraria montana;Panax ginseng;Saussurea involucrata;network pharmacology;skin anti-aging作者简介：李利（2002），男，重庆人，本科，研究方向为生物大数据。通信作者：徐春明（1978），男，山东临清人，博士，副教授，研究方向为生物信息学与生物大数据的挖掘。E-mail：xucm78 。第 4 期99李利等：基于网络药理学探究御丰膏对皮肤抗衰老的作用机制皮肤衰老是多种因素共同作用的结果，这些因素大致可划分为内部因素和外界环境因素。快节奏的生活、精神压力和内耗的增加，导致女性提前衰老的情况越来越多。尤其是女性进入更年期后，因雌激素水平下降，其皮肤老化逐渐明显。由内延缓皮肤衰老的本质是改变机体内分泌环境，其中雌激素对皮肤的改善作用最为显著1。皮肤衰老机制中，最为广泛接受的是自由基导致胶原蛋白异常氧化、变性等，致使皱纹增多、皮肤老化2。葛根、人参和雪莲对于抗氧化、调节内分泌和体内雌激素水平都有一定的功效。葛根是我国传统的药食同源植物3，含有丰富的黄酮类化合物，具有抗氧化、抗衰老等作用4。神农本草经 中记载，人参具有补五脏、安精神、益智等功效5。雪莲的使用历史悠久，具有活血通络、治疗经血不调等功效6。但是，葛根-人参-雪莲抗皮肤衰老的作用机制尚不明确。本研究利用网络药理学的方法分析御丰膏中葛根-人参-雪莲抗皮肤衰老的作用机制，为进一步研究提供思路。1 材料与方法1.1 化合物成分及靶点分析使 用 中 药 系 统 药 理 学 数 据 库 与 分 析 平 台（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP），检索葛根、人参、雪莲化合物成分，设置口服生物利用度（Oral Bioavailability，OB）30%、类药性（Drug Likeness，DL）0.18。检索 UniProt 数据库，进行靶点标准化。在 GeneCards 数据库中，检索“estrogen”“antioxidant”“internal secretion”，获得相关靶点。将结果进行整合，得到葛根-人参-雪莲潜在作用靶点。1.2 韦恩图绘制及靶点蛋白互作（PPI）网络构建利用 R 语言绘制成分靶点和内分泌、雌激素、抗氧化的相关靶点的交集靶点韦恩图。使用 STRING在线分析平台，设置置信度 0.7，预测靶点与靶点之间的相互作用关系。再利用 Cytoscape 3.9.1 软件进行拓扑分析，构建“中药-成分-靶点”PPI 网络。1.3 富集分析将整理好的靶点蛋白信息用 DAVID 数据库进行富集分析。选择“Homo sapiens”，将数据导入 Excel。用 R 语言进行 GO 及 KEGG 通路富集分析，分析靶点蛋白与通路间关系，并构建“活性成分-靶点-通路”网络。1.4 分子对接验证对 PPI 网络图中获得的核心靶点进行验证，利用AutoDock Tools 1.5.7 软件进行分子对接，通过结合能判断结合情况，利用 PyMOL 进行可视化。靶蛋白 pdb文件和活性成分分子结构分别来源于 PDB 和 TCMSP数据库。2 结果与分析2.1 活性成分筛选结果通过 TCMSP 数据库筛选，共获得 kaempferol（山奈酚）、quercetin（槲皮素）等 33 个有效活性成分，其中葛根 4 个、人参 22 个、天山雪莲 7 个。2.2 靶点分析及“中药-活性成分-靶点”网络图构建结果通过 GeneCards 数据库筛选（相关性 10），并将重复成分和靶点剔除，最终得到 21 个活性成分和156 个靶点。如图 1 所示，利用 Cytoscape 3.9.1 软件，根据值（Degree）和介数中心性（Betweenness）绘制网络互作关系。图中节点越大，越重要。A1 和 B1 分别代表葛根-人参-雪莲的重复活性成分-谷甾醇和人参-雪莲的重复活性成分山奈酚。2.3 韦恩图绘制及 PPI 网络的建立与分析如图 2 所示，分别获得葛根-人参-雪莲与抗氧化、雌激素和内分泌相关靶点 5 个、20 个和 75 个。如图 3 所示，运用 Cytoscape 3.9.1 绘制网络图并明确关键靶点。由于与抗氧化作用相关的靶点较少，且HMOX1 核心靶点情况较为明显，故不进行绘图展示。最终获得血管内皮生长因子（VEGFA）、表皮生长因子受体（EGFR）、细胞色素P450 1A1蛋白（CYP1A1）、血红素加氧酶 1（HMOX1）等关键靶点。2.4 富集结果分析利 用 DAVID 数 据 库 进 行 基 因 本 体（Gene Ontology，GO）富集分析（P 0.05），结果如图 4（a）所示。发现葛根-人参-雪莲的核心靶点是通过影响腺体发育、多肽激素表达及信号释放等生物过100生物化工2023 年图 1 中药-成分-靶点图internal secretionXLGGRS（a）内分泌与葛根-人参-雪莲交集靶点estrogenXLGGRS（b）雌激素与葛根-人参-雪莲交集靶点 antioxidantXLGGRS（c）抗氧化与葛根-人参-雪莲交集靶点图 2 韦恩图注：GG、RS、XL 分别表示葛根、人参和雪莲。（a）内分泌 PPI 网络图（b）雌激素 PPI 网络图 图 3 PPI 网络图程进行调控。经京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集，筛选出 185 条信号通路（P 0.05），选取占比前 20的通路，利用 R 语言进行可视化，见图 4（b）。2.5 活性成分-靶点-通路网络构建构建葛根-人参-雪莲活性成分-靶点-通路图，第 4 期101李利等：基于网络药理学探究御丰膏对皮肤抗衰老的作用机制如图 5 所示。圆形代表通路，神经活性配体-受体相互作用（Neuroactive ligand-receptor interaction）通路发挥着最重要的作用；箭头代表成分，发挥最主要作用的是木犀草素（XL5）；菱形代表靶点。图 5 葛根-人参-雪莲活性成分-靶点-通路图2.6 分子对接选择“中药-成分-靶点”网络中“Degree 20”的活性成分，与关键靶点 VEGFA、EGFR、肿瘤蛋白 p53 基因（TP53）、TNF、白介素 6（IL6）、CYP1A1、雌激素受体（AR）、HMOX1 进行结合能预测。结果显示，木犀草素与 VEGFA 和 TNF 的结合能分别是-19.79 kJ/mol 和-26.65 kJ/mol；山奈酚与 TNF的结合能为-25.44 kJ/mol；槲皮素与 TNF 的结合能为-24.35 kJ/mol。说明葛根-人参-雪莲中的活性成分与关键靶点有较好的结合性，这也印证了之前的猜测。可视化结果见图 6。A.山奈酚-TNF；B.木犀草素-VEGFA；C.木犀草素-TNF；D.槲皮素-TNF。图 6 分子对接模式图3 讨论与结论本研究筛选得到 33 个葛根-人参-雪莲有效活性成分，相关交集靶点 100 个。富集分析结果显示，葛根-人参-雪莲是通过影响腺体发育、多肽激素表达及信号释放等生物过程对雌激素、内分泌及抗氧化进行调控。并通过调节神经活性配体-受体相互作用、PI3K-Akt 信号通路等起到抗皮肤衰老的作用。有研究发现，槲皮素、木犀草素和山奈酚可直接作用于蛋白激酶 B（Akt）7，而 Akt 可以通过 PI3K-Akt 信号通路增加卵巢内血供8，增加雌激素分泌，改善皮肤状态。木犀草素、槲皮素、山奈酚都属于黄酮类化合物，该类化合物具有抗氧化、抗炎及缓解更年期综合征等作用9，是一类很好的能够双向调节机体雌激素水平的化合物10。雌激素的稳态对于女性的生理健康及生长发育具有十分重要的作用，对于低雌激素水平的女性人群适当提高雌激素水平，可以调节女性的第二性征的发育，如可以通过刺激胸部的相关受体，（a）GO 富集图 （b）KEGG 富集图图 4 富集分析图（下转第105页）第 4 期105赵佳音等：疏水性二氧化硅气凝胶的制备及其性能研究参考文献1 XU Y L,GAO N X,GONG Y Y,et al.Controllable preparation of methyltriethoxysilane xerogel nanofibersJ.Journal of Materials Science,2019,54:10130-10140.2 姜小青.二氧化硅气凝胶的研究进展 J.精细与专用化学品,2020,28(9):42-46.3 吕伯昇,秦磊,茹瑞,等.新型纳米颗粒/SiO2复合气凝胶制备及吸附催化应用进展 J.化工进展,2020,39(12):5095-5103.4 YE X L,CHEN Z F,AI S F,et al.Microstructure characterization and thermal performance of reticulated SiC skeleton reinforced silica aerogel compositesJ.Composites Part B:Engineering,2019,177:107409.5 DOWSON M,GROGAN M,BIRKS T,et al.Streamlined life cycle assessment of transparent silica aerogel made by supercritical dryingJ.Applied Energy,2012,97:396-404.6 JUNG I K,GURAV J L,HA T J,et al.The properties of silica aerogels hybridized with SiO2 nanoparticles by ambient pressure dryingJ.Ceramics International,2012,38(S1):S105-S108.7 LUO Y,LI Z,ZHANG W,et al.Rapid synthesis and characterization of ambient pressure dried monolithic silica aerogels in ethanol/water co-solvent systemJ.Journal of Non-Crystalline Solids,2019,503-504:214-223.8 徐飞,于春玲,戴洪义.常压制备疏水性二氧化硅气凝胶及表面结构表征 J.现代化工,2010(增刊 2):196-198.9 WANG J T,WANG H F.Facile synthesis of flexible mesoporous aerogel with superhydrophobicity for efficient removal of layered and emulsified oil from waterJ.Journal of Colloid and Interface Science,2018,530:372-382.10 胡科.共前驱体、老化条件和超声对 SiO2气凝胶结构与性能影响 D.长沙:中南大学,2013.11 YU H J,LIANG X F,WANG J X,et al.Preparation and characterization of hydrophobic silica aerogel sphere products by co-precursor methodJ.Solid State Sciences,2015,48:155-162.12 AL-OWEINI R,EL-RASSY H.Synthesis and characterization by FTIR spectroscopy of silica aerogels prepared using several Si(OR)4 and RSi(OR)3 precursorsJ.Journal of Molecular Structure,2009,919(1/3):140-145.13 GUO X Z,SHAN J Q,LEI W,et al.Facile synthesis of methylsilsesquioxane aerogels with uniform mesopores by microwave dryingJ.Polymers,2019,11(2):375.14 NADARGI D Y,RAO A V.Methyltriethoxysilane:new precursor for synthesizing silica aerogelsJ.Journal of Alloys and Compounds,2009,467(1/2):397-404.达到促进胸部发育的效果。此外，适当补充抗氧化物质能够增加肌肤弹性，延缓皱纹的产生。葛根、人参和雪莲是常见的药食同源中药。本研究将三者结合，利用网络药理学和分子对接技术，探讨了御丰膏中葛根-人参-雪莲抗皮肤衰老的作用机制。为进一步通过药食同源方法，改善皮肤状态，延缓皮肤衰老提供参考。参考文献1 徐晓庆,程晖,杨森.内源性皮肤衰老研究新进展 J.中国麻风皮肤病杂志,2022,38(5):334-337.2 陈耕.左旋芳樟醇的小鼠体内抗氧化及抗皮肤衰老活性研究 J.食品与机械,2021,37(2):169-172.3 吴文婷,邹斌,李文栋,等.葛根素口服给药的药剂学研究进展J.中国中药杂志,2019,44(19):4134-4141.4 史晨旭,杜佳蓉,吴威,等.葛根化学成分及药理作用研究进展J.中国现代中药,2021,23(12):2177-2195.5 陈虹宇,曹洋,杨华平.林下山参与栽培人参的应用价值剖析 J.中医药导报,2019,25(6):67-68.6 达娃卓玛.西藏产雪莲花的化学和药理研究进展 J.中国民族民间医药,2015,24(12):25-31.7 杨益雯,田海艳,罗颂平,等.滋癸益经汤治疗卵巢早衰作用机制的网络药理学研究 J.广州中医药大学学报,2021,38(11):2485-2491.8 ZHU H,XIONG Y,XIA Y,et al.Therapeutic effects of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells in acute lung injury miceJ.Scientific Reports,2017,7:39889.9 隋雨婷,李乐乐,刘俊业,等.大豆异黄酮药理作用研究进展 J.吉林医药学院学报,2019,40(4):293-296.10 孙雷.中药植物雌激素补肾活血化瘀 J.中国老年学杂志,2019,39(19):4875-4880.（上接第 101 页）