網絡藥理學在中醫藥治療慢性腎臟病中的研究現狀

王冠然，安芯儀，宋立群

（1.黑龍江中醫藥大學，哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院腎病科，哈爾濱 150040）

慢性腎臟病（CKD）是世界常見的慢性疾病之一。2012年橫斷面研究顯示中國CKD發病率為10.8%，近年在發達地區呈上升趨勢[1]。近10年，作為CKD進展至終末期腎病的高危因素的糖尿病、高血壓病在中國發病率的提升[2]，使未來CKD的患病人數也將大大增加。CKD的發生及進展是由于原發或發作性急性腎損傷，引起一系列病理過程，直接或間接損害腎細胞，導致殘余腎單位代償、系膜基質擴張、腎小球肥大硬化、足細胞粘連、腎血流動力學紊亂和間質纖維化最終導致腎臟功能衰竭。

隨近年來更深入的研究發現，CKD的發病及進展是由眾多信號通路參與的復雜病理過程。中藥可通過多種活性成分、多靶點，對CKD起到較好的臨床治療效果[3-4]。由Hopkins[5]在2007年提出的網絡藥理學為研究傳統中藥與現代藥理學之間的相互關系搭建了橋梁[6]，它突破傳統的“一個基因一個藥物一個疾病”理念，為中藥處方治療CKD的基礎研究與應用提供了新方法[7-10]。網絡藥理學可在公共數據庫或早期研究數據的基礎上形成新的藥物-成分-靶點網絡，進而解釋藥物的作用機制，反映了藥物與疾病之間的相互關系。近年來通過網絡藥理學方法證明中醫藥可以改善CKD氧化應激狀態，調節炎癥反應，減緩腎臟纖維化和細胞凋亡，進而對CKD起到治療和延緩進展的作用。

1 中藥治療CKD的網絡藥理學研究應用策略

1.1 中藥網絡藥理學的研究背景 中醫藥在治療CKD，特別是在改善腎功能、防治并發癥和增效減毒方面體現其特殊的優勢[4]。中醫藥是有別于西醫的獨特而完整的理論體系，由于中藥成分復雜，特別是中藥復方的藥理基礎和作用機制尚不明確，具體有效成分尚不能明確，阻礙了中藥處方的進一步推廣與應用[11]。網絡藥理學在系統生物學、生物信息學和高通量組織學的基礎上，從系統生物學和生物網絡平衡的角度闡釋疾病的發生發展過程，將網絡生物學與藥理學相結合，從大量的數據中直接識別藥物和疾病靶標，了解他們之間的機制和通路[12-14]，改善目前高選擇性單靶點藥物研究局限性[15]，恢復生物網絡平衡的整體性并指導新藥的研發[11，16]。隨著網絡藥理學研究的不斷進展，研究范圍正在逐步擴大，在探索多藥處方的藥理機制[17-18]、分析中醫藥理論[19-20]、研究中藥應用[21]及探究中藥的毒性機制[22]等方面都有所突破。

近年來，通過應用不同網絡藥理學研究策略，已對CKD的“藥物-靶點-疾病”網絡研究取得了初步進展。歸納發現中醫藥主要通過干預氧化應激狀態、炎癥反應、纖維化等途徑起到了對CKD的治療作用，但仍需更多相關研究才能得出明確的結論。

1.2 中藥治療CKD的網絡藥理學研究策略

1.2.1 網絡藥理學基本研究模式 網絡藥理學主要包括藥物-疾病網絡的構建、網絡分析及網絡藥理學驗證3個主要步驟[6]。首先，通過實驗數據或在中藥成分數據庫中檢索篩選出中藥主要化學成分，并通過生物信息學或已知藥物有效化合物生物大分子，篩選出與疾病及中藥藥效成分密切相關的潛在作用靶點。最后通過可視化技術得到如化合物-靶點、疾病-基因、蛋白質-蛋白質相互作用等生物網絡。在構建生物網絡后，對豐富的藥效成分、作用靶點進行網絡結構分析、網絡功能分析及網絡類比分析得到藥物作用于疾病關鍵通路及作用機制。通過對生物網絡的基本拓撲屬性進行分析得到有意義的基因、靶點、化合物及相關通路，使原有雜亂無章的網絡層次化、模塊化，并快速突出重要的組群節點，繼而總結歸納出通過多種藥效物質及靶點調控的作用途徑。最后，對分析結果進行網絡藥理學驗證。網絡藥理學驗證主要有虛擬驗證和實驗驗證兩種。虛擬驗證是在有限的條件下，通過對效用網絡的重新構建，以確定不同靶點間的相互關系。實驗驗證則通過體內或體外實驗對預測結果的合理性進行評價。

網絡藥理學的常用數據庫包括中藥系統藥理學數據庫和分析平臺（TCMID）、DrugBank與STITCH；中藥化學信息數據庫，包含藥物分子數據、活性成分數據庫等，如 PubChem、ChEMBL、KEGG；靶點數據庫、基因相關數據庫，如OMIM；蛋白相關數據庫，如 HPRD、BioGRID、DIP、HAPPI、MINT、STRING和PDZBase。除了這些數據庫之外，常見的數據分析工具包括 Cytoscape、Pajek、VisANT、GUESS、WIDAS、PATIKA、PATIKAweb和CADLIVE。目前，在中醫研究領域中，Cytoscape、GUESS、Pajek、VisANT 是應用較為廣泛的網絡分析軟件。

1.2.2 中藥治療CKD的網絡藥理學研究策略現狀 近年來，研究者們采用不同網絡藥理學研究策略，為中藥與CKD之間的關系提供了更全面、更系統的認識。楊棟等[23]將數據挖掘與網絡藥理學相結合，建立Access數據庫用SQL進行數據處理，挖掘出李順民治療CKD 3～5期的常用組方，通過數據庫檢索得到組方中藥物的化學成分及靶點，并于OMIM、PharmGKB及NCBI數據庫中找到CKD的人類疾病靶標整合，利用Cytoscape軟件進行蛋白質-蛋白質相互作用預測、篩選及可視化處理，得出了李順民常用組方治療CKD的抗炎抗纖維化作用并闡述了其作用機制。梁棟等[24]從中藥系統藥理學分析平臺（TCMSP）中篩選化學成分，并利用Pharm Mapper服務器進行分子靶點預測，與CKD的相關靶點整合后建立了當歸補血湯治療CKD的成分－靶點網絡圖，借助DAVID數據庫進行GO生物過程及KEGG信號通路富集分析，闡釋了當歸補血湯治療CKD的物質基礎，展現了其延緩腎臟纖維化進程的作用機制。Qin等[25]通過構建腎康的分子數據庫并篩選活性分子，利用加權集成相似藥物靶向模型準確識別生物活性成分的直接藥物靶點后構建化合物-靶點、靶點途徑和靶點-疾病網絡，根據BioGPS數據庫確定靶點在組織器官中的分布，最后將所得到的藥物靶向機制與先前研究提出的機制進行了比較，并在CKD小鼠模型中進行了驗證，證明了腎康對CKD及CKD相關疾病的治療作用及機制。網絡藥理學的應用為中藥復雜體系提供了新的思路和方法。

2 網絡藥理學驗證的中藥-CKD藥理機制

2.1 改善CKD氧化應激狀態 氧化應激反應存在于CKD發病的各個階段，在CKD發病機制中占有重要地位[26]。氧化應激反應通過產生過量活性氧（ROS）促進腎臟特異性損傷，最終導致腎單位退化，嚴重損傷組織與器官，經過網絡藥理學研究發現不同中藥及中藥處方的有效成分通過作用于絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核轉錄因子-κB（NF-κB）、腫瘤壞死因子（TNF）信號通路等，廣泛參與到改善氧化應激狀態過程。

Guo等[27]通過網絡藥理學方法研究全杜仲膠囊治療高血壓腎病的臨床療效。全杜仲膠囊為中草藥杜仲的提取液，研究發現全杜仲膠囊有84個有效成分，主要作用靶點包括SNAI2、CYP27B1等，通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮（RAAS）系統保留腎小球功能，CYP3A4、APOA2等與脂質穩態相關的蛋白，以及PTGER2、ALOX5、GATA3等與腎小球的炎癥和免疫反應相關，其中GATA3和PPARG對腎小球均有保護作用。研究發現全杜仲膠囊可通過改善CKD氧化應激狀態，調節代謝穩態來保護腎臟，降低高血壓危險因素。浦強等[28]運用網絡藥理學方法研究芪葵顆粒（黃芪、黃蜀葵花、制何首烏）治療糖尿病腎病的有效成分及相關機制。研究發現芪葵顆粒治療糖尿病腎病的關鍵靶點主要集中在白細胞介素（IL）-17、低氧誘導因子-1（HIF-1）、TNF 信號通路等49個顯著相關通路，其作用機制涉及氧化還原酶活性調節、小分子代謝過程和神經遞質代謝過程等132個顯著相關生物過程。Sha等[29]通過網絡藥理學方法研究參芪地黃湯治療糖尿病腎病的有效成分及分子機制。研究篩選出AKT1、AR、CTNNB1、EGFR和ESR1 5個關鍵靶點。通過富集分析發現，參芪地黃湯治療糖尿病腎病主要影響氧化應激、血壓血糖調節、細胞增殖、細胞因子介導的信號通路和凋亡信號通路。袁薪蕙等[30]通過網絡藥理學方法研究雷公藤多苷片（雷公藤提取物）主要活性成分及其治療腎病綜合征的作用機制。研究發現雷公藤甲素、雷公藤乙素、雷公藤內酯等14種主要活性成分，主要作用于HIF-1、TNF、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/絲氨酸/蘇氨酸激酶（Akt）、MAPK、雌激素、NF-κB等23個信號通路，參與氧化還原過程、炎癥反應、細胞增殖的負調節等多種生理病理過程，雷公藤多苷片中14種主要活性成分通過作用于人體內非結構蛋白（NS）相關靶點從而影響體內信號通路傳導，起到干預腎病綜合征進程的作用。

2.2 改善CKD炎癥反應 炎癥狀態廣泛出現于各階段的CKD患者，也是疾病進展的重要因素。由于炎癥反應后補體、免疫化合物及內毒素的蓄積，脂質代謝功能紊亂，巨噬細胞及淋巴細胞炎癥介質如IL－1β、IL-12、TNF-α、基質金屬蛋白酶（MMP）-12 大量產生并持續隱匿性存在，從而形成腎臟的長期慢性炎癥狀態，進一步造成腎實質損傷，如不能有效控制可進展為腎纖維化，加劇CKD的進展。網絡藥理學分析發現中藥多種有效成分可通過調節炎癥因子表達、抑制炎癥反應以延緩CKD進展。

Shi等[31]運用網絡生物學、生物信息學和化學信息學方法，探究補腎活血方對CKD的有效物質和作用機制，通過構建復方-活性成分-靶點網絡發現，補腎活血方的潛在有效成分為丹參酮ⅡA、大黃酸、姜黃素、花萼素、槲皮素，這些有效成分的主要作用機制為調節凝血和纖溶平衡、調節炎癥因子表達、抑制異常細胞外基質（ECM）積累，進而起到延緩CKD進展的治療效果。Zhang等[32]通過網絡藥理學方法研究甘地膠囊對糖尿病腎病的臨床療效，研究發現甘地膠囊中黃芪甲苷和莫羅忍冬甙可顯著改變乙酰輔酶A羧化酶1（ACC1），而漢黃芩素與環氧合酶-2（COX-2）和超氧化物歧化酶 2（SOD2）相關，其主要通路為轉化生長因子（TGF）-β1、TNF-α、AMPK、脂質代謝和胰島素相關信號通路。研究發現甘地膠囊通過代謝調節、抑制炎癥反應、改善細胞凋亡的機制及調控這些通路的中間蛋白發揮治療糖尿病腎病的作用。

2.3 改善CKD纖維化 腎臟纖維化[33]是CKD隨疾病進展至終末期極其重要的病理表現之一，也是導致腎功能衰竭的決定性因素。浸潤性的免疫細胞、白蛋白尿、糖尿病中的糖尿等，激活近端小管上皮細胞，導致前炎癥因子和纖維化介質，促進間質炎癥和纖維化，同時瘢痕形成，伴隨血管減少和缺血，殘留腎單位需要通過增大體積來適應高濾過的需求，加速CKD的進展，形成惡性循環。Qin等[34]運用藥理網絡分析研究腎康方在CKD治療中的潛在作用和機制。腎康方的主要成分為大黃、丹參、紅花和黃芪。該研究發現腎康方有效成分通過作用于NF-κB、增殖蛋白激酶、瞬時受體電位、血管內皮生長因子在內的多種途徑，可以降低單側輸尿管梗阻小鼠模型血管細胞黏附蛋白1、維生素D受體、COX-2、MMP-9蛋白水平，影響到炎癥反應和細胞增殖分化等多種機制，進而起到抗纖維化、抗炎作用。

2.4 中醫藥在改善CKD細胞凋亡的網絡藥理學研究 細胞凋亡與腎臟疾病關系密切[35]，其中足細胞損傷參與到CKD進展各個階段。足細胞位于腎小球濾過屏障的最外層，具有高度分化的特點，其結構極容易遭到破壞，而一旦被破壞將難以再生[36]，而造成大量蛋白尿的形成，并促進了炎性因子的釋放及腎臟纖維化的進展繼而導致CKD的發展。

Li等[37]運用網絡藥理學與轉錄組學成功鑒定黃芪治療阿霉素腎病的活性成分。該研究發現黃芪甲苷、刺芒柄花素、槲皮素、花萼素為黃芪治療阿霉素腎病的主要活性成分。研究通過建立阿霉素誘導的細胞損傷模型（MPC5細胞），利用四甲基噻唑藍（MTT）比色法、臺盼藍染色法和免疫組化法驗證了這4種活性成分可顯著增加MPC5細胞中足蛋白的表達，進而起到對阿霉素腎病的治療作用。吳芳等[38]采用網絡藥理學預測丹參治療糖尿病腎病的作用機制，研究發現，丹參中丹參酮類、丹參螺旋縮酮內酯、新隱丹參酮、丹參二醇、木犀草素等有效成分能用于網絡中的多個靶點，同時IL-2、細胞周期蛋白依賴激酶 2（CDK2）、雌激素受體 1（ESR1）等靶點也與多個成分相互作用，這些有效成分與靶點相互作用主要涉及細胞增殖、分化及凋亡，調節糖脂代謝、炎癥反應及氧化應激等以保護腎小球濾過屏障，減輕腎損傷。該研究也發現丹參作用機制中協同與拮抗作用共存，體現了中醫藥雙向調節、標本兼治的特點。郭叢叢等[39]運用網絡藥理學探究赤芍治療糖尿病腎病的作用機制，研究發現赤芍中β-谷甾醇、豆甾醇、芍藥苷等27個活性成分作用于TNF等多個靶點，主要涉及 PI3K/Akt、NF-κB、TGF-β、MAPK等通路，廣泛參與細胞的增殖凋亡，為中醫藥可調控CKD進展中細胞的凋亡提供了有效證據。

3 討論

CKD是一種由多信號通路、多種病理因素共同參與的復雜進展性疾病，是全世界共同面臨的挑戰。CKD屬中醫學“水腫”“虛勞”范疇，其臨床表現為神疲乏力、腰膝酸軟、水腫等癥狀，證屬本虛標實。長期臨床實踐發現中醫藥治療對CKD的效果較好，但由于藥味復雜、有效成分及靶點機制不明確、循證醫學證據不充分等問題導致無法系統推廣CKD的中醫藥治療。網絡藥理學具有全面性、系統性和整體性的特點，它的出現為中藥治療CKD研究提供了一種新的方法和策略。近年來采用不同策略的網絡藥理學已運用于針對中醫藥治療CKD的各類研究，并證明了中醫藥可以有效改善CKD氧化應激狀態，調節炎癥反應，減緩腎臟纖維化和細胞凋亡，進而對CKD起到治療和延緩進展的作用，通過這些研究一定程度上彌補既往中藥研究中單靶點、單一成分的缺點，使傳統中醫方藥在CKD治療方面的運用更加精準，靶點更加明確，為中醫藥治療CKD的機制和理論研究提供新的思路和方法。

網絡藥理學仍處于發展的早期階段，仍有數據庫收錄信息質量存在偏倚、已明確的疾病種類及潛在靶標有限、對預測結果的驗證并不充分等[40]問題尚未解決。此外，目前網絡藥理學在中藥方劑研究中的應用，無論是新靶點的發現，還是藥物作用機制的研究，都主要處于定性階段，藥物與疾病之間存在劑量-效應關系，目前的網絡藥理學技術很難達到量化的目的[41]。隨著對藥物、疾病研究的不斷深入完善將大大彌補目前網絡藥理學研究的缺陷。在CKD領域的網絡藥理學研究策略仍以組方對疾病的作用機制研究為主，利用網絡藥理學針對藥物新靶點的確定[42]、藥物毒性[43]、方劑的質量控制[44]及藥物對疾病作用的網絡機制[45]的研究優勢仍有待進一步利用。此外，通過網絡藥理學與轉錄組學、代謝組學、基因組學及基因芯片等新興研究手段的整合也將提高研究結果的可靠性，更全面地揭示中醫藥在CKD治療中的作用，為CKD治療提供了新的思路和方法。