基于網絡藥理學分析七福飲治療老年性癡呆的藥理機制

吳 灃，譚子虎，彭金香

中醫藥在治療老年性癡呆(AD)方面的優勢不斷凸顯，已成為防治老年性癡呆的重要組成部分。七福飲是由人參、熟地、當歸、白術、炙甘草、棗仁、遠志組成。七福飲功能為補益氣血、健脾安神，其藥理學機制包括改善認知障礙、抗氧化、改善膽堿能神經功能、減少神經細胞凋亡等[1-2]。許多系統性疾病如神經退行性疾病不能通過單基因靶向策略有效治療，因為這些疾病涉及復雜的生物機制。老年性癡呆發病機制復雜，單一靶向療法對于老年性癡呆的長期治療容易產生抵抗性，而采用多靶點的中藥治療可能更有效。七福飲已經在臨床實踐中廣泛應用，但七福飲的藥理機制仍未完全闡明。

網絡藥理學已經成為一種綜合的系統方法，可以幫助解釋健康和疾病背景下的藥理數據[3]。網絡藥理學將生物學特征與化學結構特征聯系起來，并組建網絡模型，有助于破譯涉及藥物藥理作用的成分。一方面，網絡藥理學從細胞或表型網絡的角度分析藥物反應；另一方面，基于化學的網絡藥理學是一種很有前途的化學表征替代方法。兩者都可以為設計藥物和更好地了解藥物多重作用下的機制提供幫助。基于網絡藥理學的方法能明確七福飲所涵蓋的多個層次的作用。本研究擬使用藥物-靶標-治療數據的網絡藥理學對七福飲多成分、多靶點、多途徑的特征進行系統研究，并揭示七福飲治療老年性癡呆的藥理作用及其作用機制。

1 資料與方法

1.1 化學成分信息 通過中藥系統藥理學數據庫和分析平臺TCMSP(http://lsp.nwu.edu.cn/index.php)[4]、PubChem Compound數據庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pccompound/)，分別檢索人參、熟地、當歸、白術、炙甘草、棗仁和遠志的化學成分。以口服生物利用度(OB)≥30%和類藥性(DL)≥0.18為限定條件，篩選收集化學成分-靶點信息。從 Genecards (https://www.genecards.org/)、OMIM(http://www.omim.org/)兩個疾病相關靶點的數據庫檢索老年性癡呆相關靶點[5-6]。

1.2 網絡構建分析 使用Uniprot數據庫(http://www.uniprot.org/)進行蛋白名與基因名轉換，將七福飲和老年性癡呆矯正后的基因取交集。將候選6種化合物和預測靶標導入cytoscape3.7.1軟件，進行成分-靶標作用網絡構建[7]。通過構建網絡揭示七福飲治療老年性癡呆多成分、多靶點、多通路的特點。

1.3 靶點及通路注釋分析 利用DAVID(http://david.nifcrf.gov/)數據庫對得到的交集基因進行GO注釋分析(gene-ontology)和KEGG通路分析(kyoto encyclopedia of genes and genomes)[8]。交集基因可以直接映射到通路上。

2 結 果

2.1 化學成分和靶點基因的收集 檢索得到七福飲中符合限定條件的化學成分：人參21種，熟地2種，當歸2種，白術4種，炙甘草92種，棗仁9種，遠志19種。刪除重復項共415種化學成分，包括豆甾醇、β-谷甾醇、阿樸天仙子堿、山奈酚等。七福飲的化學成分對應130個基因，例如Ldl受體相關蛋白1(LDL receptor related protein 1，LRP1)、尿激酶型纖溶酶原激活劑(urokinase plasminogen activator，PLAU)、富含亮氨酸重復片段的激酶2(leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)、膜金屬肽鏈內切酶(membranemetallo-endopeptidase，MME)、髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)、膠質源性神經營養因子(glialcellline-derived neurotrophic factor，GDNF)、膽堿乙酰轉移酶(choline acetyl transferase，ChAT)等。詳見表1。

表1 七福飲的部分代表性化學成分

2.2 老年性癡呆相關靶點通路信息 從兩個數據庫得到老年性癡呆相關基因264個，包括分揀蛋白相關受體1、淀粉樣前體蛋白、載脂蛋白E、微管相關蛋白Tau、腫瘤壞死因子、α-核蛋白、朊蛋白、白介素-1β、一氧化氮合酶3、腦源性神經營養因子、組織蛋白酶D、膠質纖維酸性蛋白等，DAVID分析得到有HIF-1信號通路、多巴胺突觸、FoxO信號通路、神經營養因子信號轉導通路等通路信息。詳見表2。

表2 老年性癡呆相關靶點的部分代表性通路

2.3 交集基因的生物分子功能注釋 將七福飲靶點基因和老年性癡呆的相關基因取交集，共有23個相關基因，包括PLAU、HMOX1、SLC6A4、CASP9、MAOB、AKT1、PTGS2、IL1B、SOD1、MAOA、ESR1、PON1、IFNG、PTGS1、MAPK8、ICAM1、CASP8、ACHE、GSK3B、PPARG、MAP2、SLC6A3、CASP3。對七福飲靶點基因和老年性癡呆的相關基因取交集后的23個基因通過DAVID6.7系統進行生物分子功能注釋。交集基因在分子功能主要是對血紅素結合(heme binding)等，包括血紅素加氧酶1、前列環素G/H合成酶1等。交集基因主要分布在神經元胞體、投射神經元、細胞外間隙部位。相關基因糖有原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)、多巴胺轉運體基因(sodium-dependent dopamine transporter，SLC6A3)等。交集基因主要參與氧化應激反應、環氧酶途徑、多巴胺分解代謝等生物過程，包括前列環素G/H合酶2(prostaglandin G/H synthase2，PTGS2)、細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)等基因參與其中。詳見表3。

表3 七福飲與老年性癡呆相關的靶點進行GO注釋分析和KEGG通路分析

2.4 化學成分-交集基因-通路網絡的構建 由KEGG分析，以P≤0.05為標準篩選通路，得到47條通路(甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、組氨酸代謝、組氨酸代謝被剔除)及18個基因(PON1、HMOX1、MAP2、ACHE和IL1B被剔除)。

采用Cytoscape軟件構建化學成分-基因-通路網絡模型。作用于靶點和通路的化學成分有甘草酚、豆甾醇、β-谷甾醇、甘草甙、人參皂苷rh2、山萘酚等。其中甘草酚作用于PPARG、GSK3B、ESR1，豆甾醇作用于PLAU、SLC6A3、MAOB、MAOA，β-谷甾醇作用于SLC6A4、PTGS1、CASP9、CASP8、CASP3，甘草甙作用于SOD1，人參皂苷rh2作用于IFNG，山萘酚作用于AKT1、PPARG、MAPK8、ICAM1，七福飲主要活性成分的作用靶點涉及的通路有Toll樣受體信號通路、ErbB信號通路、T細胞受體信號通路和血管內皮生長因子(VEGF)信號通路。

3 討 論

七福飲治療老年性癡呆的有效性已經在臨床上得到證實[9-10]。但目前對七福飲治療老年性癡呆的藥理機制尚不明確。隨著分子生物學和基因組技術方面的發展，越來越多的數據已經可用于網絡藥理學研究，醫學界的焦點將從藥物還原論轉向基于藥物整體系統的方法。將生物學特征與化學結構特征連接成一個基于網絡的模型有助于全面研究有關七福飲中藥藥理作用的成分。基于網絡藥理學的研究思路可以從分子和細胞水平到組織和生物體水平，分析七福飲治療老年性癡呆的作用機制。

在七福飲組方的化學成分甘草酚作用于PPARG、GSK3B、ESR1三個靶點，豆甾醇作用于PLAU、SLC6A3、MAOB、MAOA四個靶點，β-谷甾醇(beta-sitosterol)作用于SLC6A4、PTGS1、CASP9、CASP8、CASP3五個靶點，甘草甙作用于SOD1，人參皂苷rh2作用于IFNG。七福飲組方的多個化學成分也可以對應一個共同靶點，如甘草酚、山萘酚共同作用于 PPARG。七福飲組方的化學成分參與多個信號通路，如Toll樣受體信號通路、ErbB信號通路、T細胞受體信號通路和VEGF信號通路等。其中Toll樣受體信號通路參與免疫炎癥反應和降低老年性癡呆模型小鼠海馬Aβ的表達。人類巨噬細胞吞噬Aβ是由G蛋白偶聯甲基肽受體1介導的。研究表明漢族人群TLR9與老年性癡呆的發病相關，存在TLR9rs187084突變純合子GG人群的遲發性老年性癡呆患病風險明顯降低[11]。

總之，七福飲組方通過甘草酚、豆甾醇、β-谷甾醇、甘草甙、人參皂苷rh2、山萘酚等多個化學成分作用于Toll樣受體信號通路、ErbB信號通路、T細胞受體信號通路和VEGF信號通路等多個信號通路。表明七福飲組方及其化學成分可能直接作用于老年性癡呆關鍵的通路靶點，為進一步深入揭示七福飲治療老年性癡呆的藥理機制奠定了基礎。