黃精干預2型糖尿病的網絡藥理學研究*

王穎，張愿，袁海潑，劉娟，彭騰，龔光明

1.成都中醫藥大學附屬醫院，四川 成都 610072；2.成都中醫藥大學，四川 成都 611137

2型糖尿病是以血糖升高為主要特征的機體代謝紊亂的慢性病，其患病率占糖尿病的90%以上［1］。隨著生活方式的改變，其發病呈逐年上升趨勢。目前，現代醫學管理2型糖尿病主要以控制血糖及降低遠期并發癥為主，從而改善患者病情，以期提高生活質量。西藥雖能迅速控制血糖水平，卻仍然不能阻止并發癥的出現。因此，需要研究新的藥物來解決目前面臨的難題。2型糖尿病隸屬中醫“消渴病”范疇，病機以陰虛燥熱為主，治療以益氣養陰，清熱生津為主［2］。中醫藥治療消渴由來已久且臨床療效顯著，運用中醫整體論治及治未病的理論，對中藥治療2型糖尿病進行深入研究并有效地開發刻不容緩。

黃精屬百合科黃精、多花黃精、滇黃精干燥的根莖，味甘、性平，主入肺、脾、腎三經，能補氣養陰、健脾、潤肺、益腎，多用于治療陰虛肺燥、干咳少痰、肺腎陰虛、勞嗽久咳［3］。現廣泛應用于臨床治療消渴病，成為眾多中藥復方的成分之一。黃精的活性成分主要包括黃精多糖、皂苷、黃酮、氨基酸、醌類化合物、木脂素等。以上成分不僅在保護肝臟、心血管系統，抗腫瘤等諸多疾病防治方面發揮很大的效能，而且還具有調節免疫，降血糖、調血脂的作用［4－6］。近年來，多項研究證實，黃精在控制血糖方面具有較好的療效［7－9］。李友元等［10］在基礎研究中發現，黃精多糖可以通過糖基化損傷，改善胰島功能，降低糖尿病模型小鼠的血糖和糖化血紅蛋白水平。趙宏麗［11］研究發現，黃精多糖可調節肝臟SREBP－1c和SCD－1蛋白的表達起到改善糖代謝的作用。鑒于黃精在基礎和臨床研究中都顯示出明確的降糖作用，但未能系統地闡述該藥物的有效活性成分、體內作用靶點和作用機制。本研究擬從網絡藥理學分析黃精治療2型糖尿病的潛在效應靶點及通路，為臨床治療糖尿病提供藥理學基礎和新的方向。

1 方法

1.1 黃精活性成分及靶點的篩選進入TCMSP數據庫網頁（http：／／ibts.hkbu.edu.hk／LSP／tcmsp.php）檢索中藥黃精的拼音，對出現的所有藥物活性成分按OB＞30%和DL＞0.18進行過濾，得出黃精藥效成分和成分靶點。運用Uniprot數據庫（http：／／www.uniprot.org／），得到成分與靶點對應的關系。

1.2 疾病靶點的篩選本次研究主要使用Gene Cards數據庫（http：／／www.genecards.org／）和OMIM數據庫（https：／／omim.org／），輸入“T2DM”“type 2 diabetes”檢索出與該病相關的靶點。

1.3 網絡的構建與分析通過篩選出的藥物活性成分、靶點及疾病的靶點，繪制出藥物成分－靶點－疾病三者相互作用的關系。利用韋恩圖（Venn diagram）繪制藥物成分與疾病的共有靶點；通過Cytoscape軟件3.7.2版（http：／／www.cytoscape.org／）繪制成分－靶點關系網絡；再將疾病成分共有的靶點導入String：functional protein association networks數據庫Multiple proteins工具中，將物種來源限定為人類，得出蛋白相互作用的網絡圖及相應的TSV格式的文件；將molist，type，network文件導入Cytoscape3.7.2軟件繪制PPI網絡，再進行網絡拓撲分析。最后將黃精干預2型糖尿病的靶點進行GO和KEGG富集分析，得出2型糖尿病－黃精－靶點相互作用的網絡。

2 結果

2.1 黃精活性成分篩選結果通過限定OB及DL篩選出黃精的候選活性成分12種，主要以皂苷和多糖類為主，另外還含有蒽醌類、氨基酸等化合物。見表1。

表1 黃精活性成分篩選表

2.2 候選成分靶點預測結果通過搜索黃精得出成分靶點共515個，再運用Uniprot數據庫（http：／／www.uniprot.org／），得到成分與靶點對應的關系108對，刪除重復后剩余68個成分靶點。

2.3 2型糖尿病靶點預測在GeneCards和OMIM兩大數據庫中檢索疾病名稱，得出與2型糖尿病有關的靶點13 181個，刪除重復靶點后剩余13 094個，將此作為該病的候選靶點基因。

2.4 網絡構建結果

2.4.1 藥物－成分－靶點－疾病網絡構建 將得到的藥物活性成分，靶點及成分－靶點關系導入Cytoscape3.7.2軟件中，選擇網絡節點、邊等基本屬性，得出藥物－成分－靶點－疾病網絡圖（見圖1）。該網絡總計節點72個，邊176條，網絡平均相鄰節點4.730。其中8個節點代表黃精的有效成分，64個節點代表與藥效成分效應的疾病靶點。

圖1 藥物－成分－靶點－疾病網絡圖

2.4.2 疾病靶點作用的PPI網絡圖 通過VENE圖（見圖2）得出黃精活性成分與2型糖尿病共有64個靶點，然后導入String：functional protein association networks數據庫，設定不顯示離散的靶點，得出疾病靶點相互作用的網絡圖（見圖3）。再根據蛋白與蛋白之間的關聯性大小進行排序，得出排名在前20的靶點（見圖4）。

圖2 VENE圖

2.4.3 GO功能富集分析 通過對中藥黃精的活性成分作用靶點進行GO功能富集分析，可以得出被富集了87個條目，取相關性較大的前20個功能富集以柱狀圖形式表示（見圖5），P值代表富集的顯著性。這些靶點基因在生物學層面顯示出主要參與細胞的代謝、增殖，信號轉導，氧化應激，蛋白水解，受體激活等生物過程。在細胞層面這些靶點主要與細胞核DNA、RNA的轉錄，血色素結合等功能相關等。在分子層面這類靶點基因與蛋白質結合，蛋白激酶活性，神經遞質活性，類固醇激素受體活性等功能相關。

圖4 PPI靶點排序

圖5 GO功能富集分析柱狀圖

2.4.4 KEGG通路富集分析 將黃精活性成分效應的2型糖尿病的靶點基因進行KEGG通路富集分析，結果顯示該類基因總共富集在105條信號通路，取富集集中的前20個以柱狀圖顯示（見圖6）。富集的通路主要與病毒感染、癌癥通路、細胞凋亡、糖尿病及并發癥的AGE－RAGE信號通路、胰島素抵抗、IL－17信號通路、甲狀腺信號通路、性激素等密切相關。

圖6 KEGG通路富集分析柱狀圖

3 討論

圖1所展現的藥物－成分－靶點－疾病網絡中涉及黃精的活性成分8種，對應的靶點64個。即有一種活性成分對應多個靶點，也有一個靶點對應多種活性成分，這充分體現出中藥成分多元性及多靶點、多機制調控疾病的作用。圖2顯示出黃精活性成分和疾病的交集靶點。圖3是各個靶點交互作用的PPI網絡圖，顯示出黃精干預2型糖尿病各蛋白之間的相互作用，說明多基因共同作用導致2型糖尿病的發生。圖4是黃精干預2型糖尿病效應靶點關聯性最緊密的前20位。圖5和圖6對其靶點的功能及通路進行分析，表明黃精治療2型糖尿病可能是藥物多成分、多基因靶點、多通路等多重效應機制共同作用的結果。AKT1、MAPK14、JUN、MTOR等基因與黃精干預2型糖尿病相關性最高。

2型糖尿病發病主要與胰島素抵抗有關，研究發現PI3K－AKT1蛋白磷酸化表達下降影響是導致胰島素抵抗的主要機制［12］。正常情況下胰島素與受體結合，其受體磷酸化介導其受體底物的酪氨酸磷酸化，再激活下游通路，將胰島素信號轉導至效應器發揮作用。當胰島素受體底物發生磷酸化，且作用于絲氨酸、蘇氨酸，就會直接影響酪氨酸磷酸化過程，使胰島素受體與其相應受體底物結合松散，并削弱激活下游底物PI3K的能力，從而使胰島素信號傳導較弱，誘發胰島素抵抗［13］。研究顯示，MAPK14基因參與介導糖尿病及其并發癥的發生［14］。干擾胰島素信號轉導的激酶包括JUN氨基末端激酶、MTOR（哺乳動物西羅莫司靶蛋白）等激酶均能影響胰島素信號正常的發揮作用，引發胰島素抵抗［15］。綜上，這四種基因都與胰島素抵抗相關。因此，黃精可能通過調節以上靶點達到干預2型糖尿病的目的。

本研究是基于網絡藥理學為研究方法對黃精治療2型糖尿病的潛在機制進行研究，研究結果發現，黃精對降糖起效的主要有黃精多糖、皂苷、黃酮等。主要作用的靶點有AKT1、MAPK14、JUN、MTOR等，證實了黃精是通過多成分、多靶點，多通路干預2型糖尿病，這為臨床使用中藥治療2型糖尿病提供新的思路和一定的理論基礎。然而網絡藥理學主要以數據整合為主，若數據的不完整則會直接影響研究結果的準確性，因此，在今后的研究中若發現新的藥物成分和作用靶點，還需進一步更新取證。