閆京寧,胡 聰,孟祥龍
(1. 山西中醫藥大學中醫臨床學院 晉中 030016;2. 山西中醫藥大學中藥與食品工程學院 晉中 030016;3. 江西科技師范大學藥學院 南昌 330038)
中藥經典古方五子衍宗丸起源于唐代,始載于《懸解錄》中,由枸杞子、菟絲子(酒蒸,成餅)、覆盆子(酒浸)、五味子(蒸,研碎)、車前子(揚凈,鹽炒)五味中藥制成,被譽為古今“種子第一方”[1]。在《攝生眾妙方》[2]、《證治準繩》[3]及《醫學入門》[4]等醫書中均有記載。五子衍宗丸具有補益腎氣、填精補髓及種嗣衍宗之功[5]。其中枸杞子性平味甘,可作填精補血之用;菟絲子性平味甘辛,甘可作補虛之用,辛則溫散陽氣,以平補腎中陰陽之氣,故此二藥共同作為本方君藥。覆盆子有補益虛損和收斂固攝之功效;五味子五味俱全,但以酸性為主,因酸甘可化陰,具有收斂固攝和益氣生津之功效,此二藥溫和但不熱亦不燥,同協君藥泌精養腎、固精縮尿,共同作為本方臣藥。車前子屬味甘性微寒之品,其甘寒而利,有益于通利水道,同時可瀉腎中虛火,其微寒之性可用來制約方中的溫熱之品,從而使整方補而不滯,澀中有通,為佐藥[6]。目前,五子衍宗丸的研究進展大多運用于臨床,如邱海明[7]研究了五子衍宗丸對不孕不育男性患者的治療作用, 研究發現服用五子衍宗丸后的不孕不育患者其精子的密度、精子的活動能力、精液量等明顯高于較服用枸櫞酸氯米芬膠囊患者,提示在五子衍宗丸對男性的不孕不育, 有著較好的臨床治療效果。龐玉琴[8]用五子衍宗丸治療子宮發育不良的不孕癥100 例, 發現五子衍宗丸能調節月經,增大子宮,對子宮發育不良導致的不孕不育具有較好的治療效果,其治愈率68%,總有效率89%。周波[9]運用五子衍宗丸加減方治療一名早泄已婚男性,服用五子衍宗丸加減方21 天后房事時仍易短時間內射精,但腰酸、乏力癥狀較前稍有減輕,服藥33 天后,房事時可控制稍長時間后射精,腰酸、乏力較前明顯好轉,提示五子衍宗丸對早泄具用較好的治療效果。陳舜華[10]使用五子衍宗丸治療一名陽痿已婚男性,主要癥狀為腰膝酸軟, 畏寒, 精神差, 時有失眠、頭疼頭暈癥狀。服用子衍宗丸10 劑以后,腰膝酸軟癥狀明顯改善, 睡眠好轉, 晨有勃起。在較茯苓服用20 劑后有癥狀消失, 勃起正常, 臨床治愈,雖然五子衍宗丸在臨床應用中取得了較好的療效,但對其治療上述疾病的共性作用機制和藥效活性成分的相關研究甚少。本研究基于此而展開對五子衍宗丸藥效機制的探討,為其今后的研究運用開拓新的思路和方向。
網絡藥理學是基于系統生物學理論,通過選取特定信號節點來進行多成分、多靶點藥物分子設計的新學科。其通過中藥網絡藥理學數據庫與分析平臺檢索數據,把生物學網絡和藥物作用系統、整體地有機結合。因中藥復方制劑成分復雜,用一般的實驗研究或者分析方法難以實現對其共性作用機制的揭示,而借助中藥網絡藥理學無疑為實現這一點增加了許多可能性[11,12]。本研究基于中藥網絡藥理學方法,試揭示五子衍宗丸關于治療不育、早泄、陽痿三種疾病的共性作用機制。本文探索了用中藥網絡藥理學方法構建出的五子衍宗丸治療上述三種疾病的“疾病-靶點-藥物”網絡、蛋白質相互作用網絡及其高頻節點分析,接著對基因本體(GO)功能和基于京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路進行了富集分析,并對其共性作用機制(如高頻共性靶點、基因、KEGG 通路等)作出了分析總結,為五子衍宗丸的復方成分、藥效機制研究和臨床應用提供新的思想與方法。
TCMSP 雖然存在一定的局限性如:數據來源信息無法匹配,缺乏動物藥及中藥復方的信息等,但它囊括了中藥藥典收錄的全部草藥的活性成分、關鍵ADME 性質、類藥性、作用的靶點及參與的通路,這些數據都是由研究組成員經過數年的手動驗證添加的,其準確性和查全性可靠[13]。通過中藥系統藥理學分析平臺(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP,http://ibts.hkbu.edu.hk/LSP/tcmsp.php)[14],分別以“菟絲子、枸杞子、覆盆子、五味子、車前子”為關鍵詞檢索出五子衍宗丸中的成分。
現行研究對于活性化合物的篩選一般是參考OB(Oral Bioavailability, OB)和類藥性(Drug-likeness,DL),標準為 OB 值不小于 30%,DL 值不小于 0.18,本研究以此為基礎對化合物進行篩選。
通過在線人類孟德爾遺傳數據庫(Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM,http://www.omim.org/)[15],人類基因數據庫(GeneCards?: The Human Gene Database,https://www.genecards.org/)[16],分 別 以“不育/Sterility”,“早泄/Premature Ejaculation”,“陽痿/Erectile Dysfunction”為關鍵詞檢索與不育,早泄,陽痿相關的基因即為疾病的靶點。
將藥物靶標和疾病靶標分別上傳到韋恩圖(http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)[17],在 線得到活性化合物與不育、陽痿、早泄的交集基因。
通過全球蛋白資源數據庫(The Universal Protein Resource, UniProt,https://www.uniprot.org/)[18]、人類基因組數據庫(HUGO Gene Nomenclature Committee,HGNC,https://www.genenames.org/)[19]、醫學文獻檢索服務系統(US National Library of Medicine National Institutes of Health, Pub Med,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed)[20]檢索靶標蛋白對應的基因名,而對“化合物-靶點-疾病”網絡的構建則用Cytoscape 3.7.1(http://www.cytoscape.org/)軟件完成。
利用蛋白質相互作用關系數據庫(STRING 11.0,https://string-db.org)[21],將五子衍宗丸與三種疾病的共性交集基因分別上傳至STRING 數據庫,在線得到五子衍宗丸與三種疾病的蛋白質相互作用網絡。
把五子衍宗丸治療不育、早泄、陽痿的蛋白靶點分別上傳至生物學信息注釋數據庫(The Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery,DAVID,https://david.ncifcrf.gov/home.jsp)[22],然后進行基因本體(Gene Ontology, GO)生物學過程、細胞組分以及分子功能富集分析和基于京都基因與基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析,并運用Cytoscape 3.7.1(http://www.cytoscape.org/)軟件繪圖,讓其結果可視化。
以1.2 項下相關條件進行檢索,得到五子衍宗丸中93個活性化合物,4294個作用靶點。其活性化合物基本信息見表1。

續表

續表
按1.3 項下,依照每種疾病的相關檢索條件從OMIM 數據庫與GeneCards 數據庫去在線篩選相關基因并進行合并,得出三種疾病的相關基因靶點。其數目依次為:不育的26390 個相關基因、陽痿的690 個相關基因、早泄的563個相關基因。
按1.4 項下,把藥物靶標和疾病靶標分別上傳到韋恩圖(http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.htm),在線得到活性化合物與不育、早泄、陽痿的交集基因,數目依次為:不育139個、早泄77個、陽痿55個,見圖1,三種疾病交集基因見附表1;共性交集基因數目為20個,見表2。
按1.5 項下相關操作,借助Cytoscape 3.7.1(http://www.cytoscape.org/)軟件分別構建五子衍宗丸與三種疾病的“藥物-靶點-疾病”交互網絡,見圖2。根據五子衍宗丸與三種疾病的“藥物-靶點-疾病”交互網絡,總結出55個高頻共性化合物,見附表2;分析五子衍宗丸治療每種疾病的藥效化合物所屬的類別,見圖3。
分析五子衍宗丸與三種疾病的“藥物-靶點-疾病”交互網絡,得出以槲皮素(quercetin)、山奈酚(kaempferol)、豆甾醇(Stigmasterol)、β-谷甾醇(betasitosterol)等為主的55個高頻共性化合物,對其藥效機制的一些闡述如下:
槲皮素具有抗炎、抗氧化、清除自由基、預防心血管疾病等功效[23]。此外,對生殖系統也有一定的保護功能,可保護睪丸組織的結構和功能維持正常[24]。環境中超標的重金屬會引起氧化應激和炎性作用導致機體生殖機能障礙[25],而槲皮素通過提高抗氧化酶的活性和激活Nrf2-Keap1[26](Nu-clear 紅細胞相關因子結合Kelch 樣環氧氯丙烷相關蛋白)通路,使抗氧化物質可以提高抗氧化能力,從而對保護機體的繁殖能力起到很強的作用。山奈酚具有抗氧化、抗炎、抗癌,防治糖尿病、動脈粥樣硬化和抑制蛋白激酶等功能[27],其抗炎活性的作用機制主要包括調節促炎酶的活性和控制炎癥相關基因的表達[28],來抑制氧化應激和炎癥反應,防止動脈粥樣硬化的發生,從而使內皮血管血液微循環保持良好,起到對生殖系統的保護作用[29]。豆甾醇和β-谷甾醇具有降血脂、抗炎、抗氧化、調節生長和類激素功能等多種作用[30],經氧化在機體內會轉化為類雌激素物質,使血漿中的性激素水平提高,有益于機體生殖系統的發育,增強機體繁殖性能,還可降低血漿中生殖類固醇激素的水平,這樣性腺產生的雌激素水平就會相對提高,從而加速機體的激素代謝水平和改善生殖生長性能[31]。

圖1 五子衍宗丸與三種疾病的韋恩(Venn)圖

表2 五子衍宗丸與三種疾病的共性交集基因
分析五子衍宗丸治療不育、陽痿、早泄三種疾病的藥效化合物類別圖,發現甾體類化合物在上述三種疾病的藥效化合物類別比例中分別占42.22%、47.62%、46.51%,可推知,甾體類化合物為五子衍宗丸治療三種疾病的高頻化合物種類,其代表性物質有:α-1-谷甾醇(Sitosterol alpha1)、24-亞甲基-8-羊毛甾烯 醇(24-methylenelanost-8-enol)、巖 藻 甾 醇(Fucosterol)及菜油甾醇(campesterol)等。此外,苯丙素類化合物在治療上述三種疾病中頻率較高,其代表物質有:芝麻素(sesamin)、五味子醇乙(Gomisin)和五味子素C(Wuweizisu C)。
按2.6 項下相關操作,運用蛋白質相互作用關系數據庫(STRING 11.0,https://string-db.org),構建出五子衍宗丸與三種疾病的相互作用核心網絡圖(PPI),見圖4,各節點度值分析見表3,五子衍宗丸與三種疾病的PPI網絡圖分析,見附表3。

圖2 五子衍宗丸與三種疾病的“藥物-靶點-疾病”網絡

圖3 五子衍宗丸治療三種疾病的藥效化合物歸類
經對比分析,共得到10 個高頻共性靶點。其中,血管內皮生長因子A(VEGFA)在生殖系統各器官血管產生和形成過程中起調節作用,在精子的發生、發育及成熟過程有著重要作用[32];孕激素受體(PGR)、雌激素受體α(ESR1)和雌激素受體β(ESR2)與子宮內膜容受性相關,可能是導致受精卵著床失敗的原因[33];胱氨酸蛋白酶3(CASP3)與導致男性不育的少精子癥、弱精子癥相關[34];白細胞介素6(IL-6)[35]、內皮型一氧化氮合成酶(NOS3)[36]、雄激素受體(AR)[37]和抗氧化酶(SOD1)[38]都與男性生殖功能及其機制有關;抗凋亡基因(BCL2)對生殖系統生精組織有一定的調節作用,對生殖細胞的發育起重要作用[]。
五子衍宗丸與三種疾病的PPI 網絡圖中心點為血管內皮生長因子A(VEGFA),此外,在其周圍環繞的蛋白還有胱氨酸蛋白酶3(CASP3)、白細胞介素 6(IL-6)、趨化因子配體8(CXCL8)、雌激素受體α(ESR1)、內皮型一氧化氮合成酶(NOS3)等。血管內皮生長因子(VEGF)通過增加血管通透性,刺激內皮細胞分裂、增殖和遷移,促進血管生成[40],還可利用其特異性受體通過自分泌和旁分泌方法傳遞細胞間信息,調節生殖系統各器官的血管產生、形成以及細胞功能,如其參與了睪丸Sertoli(滋養)細胞和Leydig(間質)細胞的調節[41]。此外,VEGF 在精子的發生、發育及成熟過程有著關鍵性作用,與男性生殖系統關系密切[42];精液中的活性氧含量較高,是導致男性不孕不育的主要原因之一,而有研究發現活性氧引起的精子損傷的程度與細胞色素C、CASP9和CASPS3水平升高呈正相關[43];IL-6作為一種多功能細胞因子,在女性生殖道和妊娠組織中廣泛表達,IL-6 水平的升高常會導致女性不孕、反復流產、早產等,對胚胎和胎盤的發育發揮著調節作用[44]。研究發現CXCL 8、TNF-α 等均能通過升高活性氧水平使精子組蛋白轉換異常,進而導致精子缺陷,與男性不孕不育關系密切[45]。有報道稱ESR1、ESR2 不僅與子宮內膜異位癥顯著相關還與精子密度、精子活力和精子形態關系密切[46]。IFNG 作為一種生物活性調節因子,能誘導關鍵細胞因子集落刺激因子2(CSF2)和白細胞介素6(IL-6)的合成,進而影響女性對精液的免疫反應導致不孕不育[47]。PGR屬于核受體家族的一員,其甲基化率的增加會減少基因表達,影響子宮內膜異位癥患者的子宮內膜容受性[48]。G6PD 是一種用于氧化應激的細胞保護酶,研究表明G6PD 缺陷的母鼠會導致其胚胎DNA 氧化,出現胎兒死亡和畸形,與不孕、宮內和產后死亡以及致畸的關系密切[49]。

圖5 五子衍宗丸與三種疾病的基因本體(GO)功能富集分析
按1.7 項下,將五子衍宗丸治療不育、陽痿、和早泄的共性蛋白靶點上傳至DAVID 數據庫,在線得到五子衍宗丸與上述三種疾病的GO 條目1198 個。借助Cytoscape 3.7.1(http://www.cytoscape.org/)使其結果可視化,見圖5。共篩選出30 條GO 高頻共性基因,其中排名前十的生物學過程主要包括:雌性性腺發育(female gonad development)、雌性主要性特征的發展(development of primary female sexual characteristics)、雌性性別分化(female sex differentiation)、性腺發育(gonad development)、主要性特征的發展(development of primary sexual characteristics)、DNA結合轉錄因子活性的正向調節(positive regulation of DNA-binding transcription factor activity) 、 性 別 分 化 (sex differentiation)、細 胞 數 量 的 穩 態(homeostasis of number of cells)、DNA 結合轉錄因子活性的調節(regulation of DNA-binding transcription factor activity)和生殖結構發育(reproductive structure development);細胞組分方面主要包括:膜筏(membrane raft)、膜微區(membrane microdomain)、膜區域(membrane region)、小凹(caveola)、多巴胺能突觸(dopaminergic synapse)、質 膜 筏(plasma membrane raft)、線 粒 體 外 膜(mitochondrial outer membrane)、核 被 膜(nuclear envelope)、細胞器外膜(organelle outer membrane)和外部膜(outer membrane);分子功能方面主要包括:核受體活性(nuclear receptor activity)、轉錄活性因子,直接配體調節序列特異性DNA 結合(transcription factor activity, direct ligand regulated sequence-specific DNA binding)、類固醇激素活性受體(steroid hormone receptor activity)、細胞因子結合受體(cytokine receptor binding)、腎上腺素能活性受體(adrenergic receptor activity)、類固醇結合(steroid binding)、細胞活性因子(cytokine activity)、生長因子結合受體(growth factor receptor binding)、g 蛋白偶聯胺活性受體(G proteincoupled amine receptor activity)和三磷酸腺苷酶結合(ATPase binding)。

圖6 五子衍宗丸與三種疾病的基于京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路富集分析
按1.7 項下,將五子衍宗丸治療不育、早泄、陽痿的共性蛋白靶點上傳至DAVID 數據庫,在線得到三種疾病的KEGG 通路數75個。其可視化結果見圖6。共得到6 條高頻共性KEGG 通路,分別為:白細胞介素-17 信號通路(IL-17 signaling pathway)、HIF-1 信號通路(HIF-1 signaling pathway)、流體剪切應力和動脈粥樣硬化(Fluid shear stress and atherosclerosis)、雌激素信號通路(Estrogen signaling pathway)、抗葉酸性(Antifolate resistance)及NOD 樣受體信號通路(NOD-like receptor signaling pathway)。其中出現頻次較高的白細胞介素-17 信號通路(IL-17 signaling pathway)和乏氧誘導因子信號通路(HIF-1 signaling pathway)均能刺激促炎細胞因子(IL-6、IL-8、TNF-α),使其表達水平升高,進而加重炎癥反應[50];胞漿內免疫受體信號通路(NOD-like receptor signaling pathway)可在調節自身免疫方面發揮重要作用,如果其激活細胞內信號通路,導致轉錄反應被激活,最終可能使炎癥基因表達而產生炎癥反應[51],而大多數生殖疾病和炎癥有一定的關系;雌激素信號通路(Estrogen signaling pathway)會影響雌激素、睪酮、孕酮等性類固醇的合成和配子生成,進而影響生殖[52];流體剪切應力和動脈粥樣硬化(Fluid shear stress and atherosclerosis)對血管內皮細胞以及生殖系統血液微循環有一定影響,因此可能會引發生殖系統疾病,越來越多的證據表明AS(動脈粥樣硬化)與炎癥有關[53];抗葉酸性(Antifolate resistance)會影響機體內葉酸對環境雌激素所誘導的生殖系統損傷的保護和改善作用,此外,還可能影響睪丸抗氧化功能、生精細胞凋亡、精子質量和生精小管組織結構[54]。
目前對五子衍宗丸的藥效成分已有較為深入的研究,結果發現[55]其活性成分為五味子醇A、車前子膠、菟絲子甙、枸杞多糖、有機酸、維生素C 等,而本研究基于五子衍宗丸治療不育、陽痿、早泄三種疾病的藥效化合物類別圖,得出藥效化合物種類為:甾體化合物、苯丙素類、黃酮類、醇類以及生物堿,其中甾體化合物含量為42%-48%,苯丙素類化合物含量為11%-15%,黃酮類化合物含量為12%-14%,醇類化合物含量為9%-12%,生物堿含量為9%-10%。對于苯丙素類化合物,其代表性物質為五味子醇乙(Gomisin),它的主要來源為木蘭科植物華中五味子,具有益氣補虛、滋陰益精、抗氧化、抗衰老等功效[56]。此外,其對曲細精管的發育有益,還能促進精子的發生,對機體的性機能有一定的促進作用[57]。
五子衍宗丸是一個中藥復方,組方為枸杞子、菟絲子、覆盆子、五味子、車前子五味中藥,方中發揮補腎之功的是枸杞子和菟絲子,產生滋精之效的是覆盆子,而可生血的則是五味子,車前子能利尿固精。此方可補益腎氣、填精補髓及壯陽生精,用于治療遺精早泄、陽痿不愈等生殖系統疾病。現代臨床上用于治療不育、早泄、陽痿、腎虛腰疼、尿后余瀝、腎病綜合征以及糖尿病腎病等。
中藥復方藥劑在現代臨床中有許多應用,也產生了較好的治療效果,在調理治病方面有著其獨特的作用。然而,許多中藥復方的成分特征和藥效機制暫不明確,在一定程度上成為了中藥復方藥劑在臨床上進行推廣的阻礙。因此,只有探明中藥復方的藥效成分、蛋白靶點和作用機制,再為其創立合適而嚴格的質量控制標準來保障臨床用藥的安全有效,加速中藥現代化的進程。
中醫治病講究辨證論治,是從整體角度去分析病因、病機,再按“君、臣、佐、使”的方式進行方劑配伍,利用其中多味中藥的協同作用來調節機體不平衡狀態。以上這些中醫藥學的思想方法體現了多成分、多靶點和綜合調控的理念,其與網絡藥理學的探究思路很相像,所以,網絡藥理學和中醫藥學可以結合起來共同研究,這樣也能取得更好的研究成果,現在也有許多用中藥網絡藥理學的成果來研究中藥有效成分、預測中藥靶點、闡明中藥作用機制、開發中藥新適應癥、合理設計新方等[58]。
傳統丸劑五子衍宗丸的現代藥理學研究進展很快,利用網絡藥理學能更好更快的分析其作用機制,有些結論對揭示人類衰老的基本機制有一定促進作用,但是對于五子衍宗丸的配伍機制的研究相對甚少[59],有待于進一步系統設計臨床實驗結合中藥網絡藥理學實驗得出新成果。
本研究借助中藥網絡藥理學方法,通過建立“藥物-疾病-靶點”網絡得到五子衍宗丸治療不育、陽痿、早泄三種疾病的高頻共性化合物,再分析每種疾病藥效化合物所屬類別得出五子衍宗丸治療上述三種疾病的主要化學成分;通過蛋白質互相作用關系(PPI)網絡分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的高頻共性靶點;通過基因本體(GO)功能富集分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的GO 高頻共性基因;通過基于京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路富集分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的KEGG 高頻共性通路。對于本研究得到的高頻共性化合物、藥效成分、作用靶點、基因和通路,選取其中有代表性的進行作用機制的闡述。
通過建立“藥物-疾病-靶點”網絡,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的55 個高頻共性化合物,其中槲皮素和山奈酚頻率較高,分析每種疾病藥效化合物所屬類別,得出甾體類化合物是五子衍宗丸治療上述三種疾病的主要化學成分;通過蛋白質互相作用關系(PPI)網絡分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的10 個高頻共性靶點,其中以血管內皮生長因子A(VEGFA)、胱氨酸蛋白酶3(CASP3)、白細胞介素 6(IL6)和雌激素受體 α(ESR1)等為主;通過基因本體(GO)功能富集分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的30 個GO高頻共性基因,其中以雌性性腺發育(female gonad development)和生殖結構發育(reproductive structure development)為主,通過基于京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路富集分析,得到五子衍宗丸治療上述三種疾病的6 條KEGG 高頻共性通路,其中以雌激素信號通路(Estrogen signaling pathway)和流體剪切應力和動脈粥樣硬化(Fluid shear stress and atherosclerosis)為主。
本研究利用中藥網絡藥理學方法對五子衍宗丸治療不育、早泄、陽痿的共性作用機制進行了研究與闡述,以期為其藥效成分研究和臨床應用提供理論依據。
附錄

附表1 化合物-疾病交集基因

續表

附表2 五子衍宗丸與三種疾病的高頻共性化合物

續表

附表3 蛋白相互作用網絡(PPI)網絡分析