补肺活血胶囊“异病同治”慢性阻塞性肺疾病和特发性肺纤维化的机制探讨.pdf

网络药理学研究补肺活血胶囊“异病同治”慢性阻塞性肺疾病和特发性肺纤维化的机制探讨张婷婷高 梅曲蒙蒙严镓文吉郡珠余海滨(.河南中医药大学河南 郑州.河南中医药大学第一附属医院河南 郑州)摘要 目目的的 基于“异病同治”理论利用网络药理学及分子对接方法从分子层面深入探索补肺活血胶囊治疗慢性阻塞性肺疾病()及特发性肺纤维化()的作用机制 方方法法 利用 数据库筛选补肺活血胶囊的药物活性成分及相应靶点通过、数据库检索 和 的相关靶点对药物疾病靶点进行映射后导入 .在线平台建立蛋白互作网络应用 .软件构建“中药 成分 交集靶点”网络并筛选核心靶点借助 数据库对核心靶点进行 和 富集分析随后对主要活性成分及核心靶点蛋白进行分子对接初步验证 结结果果 补肺活血胶囊“异病同治”和 的活性成分共 种潜在靶点 个筛选出、等 个核心靶点主要涉及对激素的反应、调节小分子代谢过程、血液循环等生物进程以及 、等信号通路 分子对接结果显示主要活性成分与核心靶点间的结合性能均较好 结结论论 补肺活血胶囊主要通过多成分、多靶点共同参与调节多条信号通路来发挥“异病同治”及 的作用为后续药理学研究和临床应用提供了一定的参考及理论依据关键词 异病同治补肺活血胶囊慢性阻塞性肺疾病特发性肺纤维化网络药理学分子对接:./.中图分类号 文献标识码 文章编号 ()通信作者 余海滨 :.基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目()国家中医药管理局国家中医临床研究基地专项课题()慢性阻塞性肺疾病()和特发性肺纤维化()是呼吸系统常见的异质性疾病均以通气功能障碍为主要特征其患病率居高不下且迁延难愈给患者造成了巨大的经济及心理负担 流行病学研究发现我国 岁以上 患者高达 万余人预计到 年将有超过 万人死于 是继心血管疾病及中风之后的导致死亡的第 大疾病 的主要病理特征是异常炎症反应导致的气道、血管以及肺实质的改变以小气道疾病和肺气肿等为主要表现 多发生于 岁以上的中老年人男性多于女性其主要病理学特征为肺泡外基质的过度积累所导致的肺部瘢痕组织形成、肺泡结构异常以及肺功能不可逆的丧失是当前社会面临的主要健康问题之一“异病同治”是指病机相同的不同疾病可以采用同一种方法进行治疗即“证同则治同”传统医学认为 可归属为“肺胀”“咳嗽”等范畴 则被冠为“肺痿”“肺痹”之名二者病变脏腑皆责之肺、脾、肾 其病机均与气虚、痰浊、血瘀有关 补肺活血胶囊由黄芪、赤芍、补骨脂 味中药组成其中黄芪擅补肺脾之气赤芍长于清热凉血、活血化瘀二者配伍调气和血补骨脂则以温肾助阳、纳气平喘为主全方肺脾肾兼顾且气血阴阳同调共奏补肺纳肾、益气活血之功 相关研究表明补肺活血胶囊在治疗 及 方面具有抗炎、调节免疫、调节蛋白酶 抗蛋白酶平衡、改善肺功能及肺组织损伤等功能 临床应用颇为广泛但现代中西医结合杂志 ()其作用机制尚未完全明确仍需进一步深入探讨本研究旨在从“异病同治”的角度利用网络药理学方法探讨补肺活血胶囊对 及 发挥治疗作用的关键成分、核心靶点、生物学进程以及主要信号通路等并用分子对接技术对关键活性成分及核心靶点蛋白进行初步验证进一步明确其分子作用机制以期为临床用药及后续实验研究提供方向和依据 材料与方法 筛选补肺活血胶囊活性成分及靶点通过 数据库分别以“”“”“”为检索词获取补肺活血胶囊的药物活性成分及相应靶点以“且 .”为标准进行筛选 获取补肺活血胶囊与 及 的交集靶点 分别以“”“”为关键词在数据库中获取疾病靶点并以“中位数”为条件进行筛选与从 及 数据库中检索到的疾病靶点合并去重然后利用 数据库对药物与疾病相关靶点进行标准化处理并用易汉博生物信息在线作图工具(:/././.)进行映射所得交集靶点即为补肺活血胶囊治疗 及 的共同靶点 构建“中药 成分 交集靶点”网络及 网络 将补肺活血胶囊治疗 及 的中药、活性成分及交集靶点信息录入 建立相应表格后导入 .软件构建“中药 成分 交集靶点”网络并根据相应度()值筛选主要活性成分随后利用 .在线分析平台对交集靶点构建蛋白 蛋白互作网络()设置物种为人类置信度().并隐去孤立靶点 筛选核心靶点将构建的 网络保存为 格式并导入 软件中利用 在线工具进行拓扑分析以“倍中位数”为标准对交集靶点进行筛选所得靶点即为补肺活血胶囊异病同治 及 的核心靶点 核心靶点的、富集分析 运用 数据库对核心靶点进行 功能及 通路富集分析物种选择“”.以进一步明确补肺活血胶囊作用于 及 的共同细胞组分()、分子功能()、生物过程()及主要富集的信号通路并分别根据 值及 值选择相应条目利用微生信平台(:/./)对其结果进行可视化处理 分子对接 运用 数据库下载补肺活血胶囊作用于 及 的前 位活性成分的 结构并用 .软件将其转化为 格式 通过 数据库检索度值前 位的核心靶点设置物种为“”实验方法为 射线衍射法获取最优评分的 及其三维结构的 文件并用 软件去除水和小分子配体随后将主要活性成分及核心靶点分别导入 软件进行半柔性对接并选取最优构象利用 软件绘制相应分子对接模式图 结 果 补肺活血胶囊活性成分及靶点的获取通过检索 数据库获得 种药物活性成分及 个作用靶点分别去除重复值后最终得到 种活性成分其中黄芪 种、赤芍 种、补骨脂 种对应靶点 个 补肺活血胶囊与 及 的交集靶点的获取通过 数据库初步获得 个 靶点及 个 靶点筛选后得到 个 靶点及 个 靶点 与从 和 数据库筛选的相应靶点合并去重后获得 个 靶点和 个 靶点 将药物与疾病靶点标准化处理后进行映射并且绘制相应韦恩图见图 共得到 个交集靶点图 补肺活血胶囊与 和 的交集靶点韦恩图 “中药 成分 交集靶点”网络及 网络的构建 将相关信息导入 .软件绘制现代中西医结合杂志 ()“中药 成分 交集靶点”网络图见图 其中黄色代表补肺活血胶囊中的 味中药绿色代表相应活性成分蓝色代表交集靶点 利用 在线工具对该网络进行拓扑分析筛选到前 位化合物成分分别为异补骨脂素(又称异补骨脂内酯、当归素)、刀豆氨酸()、豆甾醇()、补骨脂酚()以及 谷甾醇()其 值分别为 通过 数据库对 个交集靶点进行 网络分析见图 共有 个节点 条边平均节点度值.表明补肺活血胶囊是通过多种活性成分作用于多个潜在靶点协同参与“异病同治”及 的分子机制 核心靶点的筛选借助软件对图 “中药 成分 交集靶点”网络图图 交集靶点 网络网络进行拓扑分析以 为标准筛选到 个核心靶点主要涉及(:)、(:)、(:)、(:)、(:)等这些核心靶点即为补肺活血胶囊“异病同治”和 的关键靶点 对核心靶点进行可视化见图 节点越大、颜色越深说明该靶点在治疗中发挥的作用越重要 核心靶点的、富集分析 利用 数据库对 个核心靶点分别进行、富集分析物种选择人类 .共得到现代中西医结合杂志 ()图 核心靶点网络图 个 条目以及 条信号通路 功能富集分析主要包括对激素的反应、小分子代谢过程的调节、血液循环等 个生物过程以及分泌颗粒管腔、细胞质囊泡腔、囊泡腔以及血小板 颗粒管腔等 个细胞组分和受体配体活性、信号受体激活剂活性、四氢生物蝶呤结合、信号受体调节活性、一氧化氮合酶调节活性等 个分子功能 按 值对其结果进行排序分别取前 条条目进行可视化绘制相应圈图见图 由外自内第 圈表示富集的分类及相应条目编号第 圈表示该条目中的总基因数颜色越深代表 ()值越大第 圈表示该条目富集的核心靶点基因数即 值第 圈表示该条目富集的核心靶点基因数与该条目总基因数的比值即 值 通路富集分析共得到 条信号通路 结果显示核心靶点基因主要涉及癌症通路、信号通路、流体剪切应力和动脉粥样硬化、前列腺癌、信号通路、癌症中的蛋白聚糖、化学致癌 受体激活、雌激素信号通路、松弛素信号通路、糖尿病并发症中的 信号通路、信号通路、破骨细胞分化等 按 值取前 条条目绘制气泡图见图 说明补肺活血胶囊异病同治 及 主要是通过多种信号通路共同完成的其中 信号通路可能是其发挥治疗作用的主要信号通路利用 在线平台(:/./.)绘制相应信号通路图见图 分子对接结果将核心靶点蛋白(:)、(:)、(:)、(:)、(:图 功能富集分析圈图现代中西医结合杂志 ()图 通路富集分析气泡图图 信号通路图)与主要活性成分异补骨脂素、刀豆氨酸、豆甾醇、补骨脂酚以及 豆甾醇进行分子对接借助 在线工具(:/./)对分子对接结果绘制相应热图见图 颜色越深表示配体与受体间的结合能越低说明其结合活性越好 研究发现若分子对接结合能 ./说明活性成分与靶点蛋白间有一定的结合活性若结合能 ./说明二者结合性能较好若结合能 ./说明两者结合活性较高其分子对接的构象较稳定 分子对接结果显示所有活性成分与靶点蛋白间均能自由结合并且形成氢键且除 与 外均能较好结合 利用 软件将分子对接结合能./的结果进行可视化见图 讨 论本研究采用网络药理学方法筛选出补肺活血胶现代中西医结合杂志 ()图 分子对接热图图 部分分子对接结果模式图囊主要活性成分包括异补骨脂素、刀豆氨酸、豆甾醇等其中异补骨脂素可作用于个及的相关靶点是补肺活血胶囊发挥“异病同治”作用的首要活性成分 相关研究表明异补骨脂素不仅能通过显著下调小鼠体内 及 的水平降低脂多糖诱导的炎症细胞数量以作用于 和 信号通路来控制炎症反应减轻肺组织损伤还可以减少体内 、等细胞因子的释放抑制气道高反应性和 活化此外还可以通过调节 和 通路诱导细胞凋亡调节细胞周期来抑制癌细胞的生长和转移发挥抗肿瘤活性 网络结果表明补肺活血胶囊“异病同治”和 主要通过多个潜在靶点共同发挥治疗作用其中、等核心靶点尤为重要 相关实验研究结果表明 可以通过上调巨噬细胞中促纤维化细胞因子 的产生来调节肺纤维化而它的缺乏则会导致胶原蛋白沉积和纤维形成减少除此之外 等发现肺泡巨噬细胞中 诱导的线粒体自噬与细胞凋亡抗性以及促纤维化极化有关这对探索 的潜在治疗策略具有重要意义 作为一种常见的促炎细胞因子在许多炎症反应中发挥着至关重要的作用 在 患者体内脂多糖迅速刺激巨噬细胞中 的产生然后激活 通路诱导趋化因子 基因的表达进而控制肺中异位淋巴结构的新生另外当细胞受到 刺激时 与 位点结合进一步激活 、等炎性细胞因子反过来增强炎性反应加重 患者肺组织损伤 一项大型研究发现 可能是 气道炎症的新参与者它在 患者小气道上皮细胞中显著上调但在肺组织、痰液和血液中没有推测这可能是由于对外源性刺激以及炎症微环境的反应 由此推测补肺活血胶囊可通过多种活性成分作用于上述靶点控制 和 炎症反应的发生发展从而达到治疗疾病的目的 功能富集分析结果表明补肺活血胶囊主要通过参与对激素的反应、血液循环、调节小分子代谢过程、蛋白质磷酸化以及平滑肌细胞增殖等生物学进程来发挥治疗 和 的作用这与 和 的复杂发病机制以及病理生理学特点相吻合 通路富集分析结果显示补肺活血胶囊现代中西医结合杂志 ()“异病同治”和 主要与 、等信号通路密切相关 研究表明大多数慢性炎症性呼吸系统疾病与缺氧有关 和 患者的气道通常以慢性炎症、结构改变以及黏液分泌过多所致的气道阻塞等为特征这可能引起肺局部组织区域耗氧量增加进一步导致微环境缺氧反过来影响炎症的消退 当 信号通路被激活后与其相关的蛋白 在患者肺组织中的过度表达增加的 可以上调肺动脉平滑肌细胞中的血管内皮生长因子()及其受体 进一步在外周血管生成和气道重塑中发挥作用/信号通路作为调节细胞生长、增殖、分化和凋亡的关键信号通路之一它的激活不仅可以通过调节下游的、和 等来参与肺纤维化而且可以促进 大鼠气道平滑肌细胞的增殖、迁移和黏附极有可能是治疗 和 的合理治疗位点分子对接结果预测出补肺活血胶囊中主要活性成分均可与潜在核心靶点自由结合一定程度上验证了网络药理学结果的准确性为后续药理学研究提供了一定的方向综上所述本研究基于“异病同治”理论利用网络药理学和分子对接技术从分子层面揭示了补肺活血胶囊主要通过多成分、多靶点以及多条信号通路协同发挥“异病同治”和 的作用机制然而网络药理学方法也存在一定的局限性 首先相关数据库更新不及时某些活性成分和靶点尚未被录入或者尚未被研究发现其次网络药理学只是把中药组成单纯相加并未考虑到药物间的配伍关系以及药物含量、浓度等影响因素最后网络药理学与分子对接结果均为预测所得补肺活血胶囊“异病同治”和 的潜在分子作用机制仍需进一步的实验验证利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突参考文献 .():.():.李若曈饶蓁蓁傅晏红等.年中国慢性阻塞性肺疾病的疾病负担预测与危险因素控制效果模拟.中华流行病学杂志():.:.():.:.():.:.:.韩立杰.关于中医异病同治理论的研究.中国社区医师():.孙凯张虹.特发性肺纤维化中医研究进展.光明中医():.李想常虹石松利等.肺纤维化的中医病机及中医药治疗研究进展.中药药理与临床():.李建生.国际中医临床实践指南慢性阻塞性肺疾病.世界中医药():.周衍香梅波高俊峰等.补肺活血胶囊治疗慢性呼吸系统疾病的研究进展.中医药临床杂志():.史良恬晏军孟玉凤等.补肺活血胶囊对慢性阻塞性肺疾病模型大鼠气道重塑的干预作用及机制研究.安徽中医药大学学报():.敬岳金津唐诗环等.中药补肺活血胶囊对细颗粒物所致小鼠肺损伤修复的影响.中国中医基础医学杂志():.丁瑾郑攀孙营营等.乌梅丸“异病同治”慢性消化系统疾病网络药理学及分子对接研究.中国中药杂志():.倪雯婷马大龙邵骏菁等.基于网络药理学和实验验证探索荆防合剂治疗甲型 流感的作用机制.中国实验方剂学杂志():./.():.().():.():.(下转第 页)现代中西医结合杂志 ()民卫生出版社:.冷方南.中医证候辨治规范.北京:人民军医出版社:.郑筱萸.中药新药临床研究指导原则(试行).北京:中国医药科技出版社:.张素玲.菖蒲郁金方联合西药治疗小儿病毒性脑炎的效果观察.中国民康医学():.():.黄五乐张华吴文等.高压氧配合单唾液酸四己糖神经节苷脂钠治疗病毒性脑炎继发癫痫的临床研究.药物生物技术():.董兴龙.阿昔洛韦醒脑静注射液联合治疗病毒性脑炎患者的疗效及对血清 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