桔梗治療支氣管擴張的網絡藥理學研究

趙安妮，王祺

1 遼寧中醫藥大學 遼寧沈陽 110032

2 遼寧中醫藥大學附屬第二醫院 遼寧沈陽 110000

支氣管擴張癥是各種原因引起的支氣管樹的病理性、永久性擴張，導致反復發生化膿性感染的氣道慢性炎癥[1]。臨床表現為反復或持續發作的咳嗽、咳痰，時有咯血，可通過胸部 CT 做出診斷[2]。支氣管擴張在中醫中無對應病名，結合前人總結及發展，將其歸于“肺癰”、“咯血”、“咳嗽”等范疇[3]。肺癰指的是，熱毒淤結在肺部上，導致肺葉生瘡形成膿瘍，嚴重者還會出現咳血、吐膿血痰等病癥[4]。是由邪熱郁肺，熱壅血瘀引起的，肺葉生瘡，發生膿瘍，以咳嗽、發熱、咯吐腥臭濁痰、胸痛，甚則膿血相兼為主要臨床表現的病證，屬內癰之一。

肺癰一詞最早見于《金匱要略·肺痿肺癰咳嗽上氣病脈證治》：“若口中辟辟燥，咳即胸中隱隱痛，脈反滑數，此為肺癰，咳唾膿血。脈數虛者為肺痿，數實者為肺癰。”[5]。后世多沿用“肺癰”病名。肺癰的治法早見于《金匱要略·卷上·肺痿肺癰咳嗽上氣病脈證治第七》：“咳而胸滿，振寒脈數，咽干不渴，時出濁唾腥臭，久久吐膿如米粥者，為肺癰，桔梗湯主之。”其方包括桔梗，甘草兩味藥。因此，探究桔梗對支氣管擴張的治療機制尤為關鍵。

伴隨著基因組學，蛋白組學和代謝組學的發展，越來越多的學者想要用現代醫學的方式來解釋中藥的作用機制[6]。本文通過網絡藥理學構建出藥物與疾病之間各靶點的網絡關系，探討桔梗中的有效成分對于支氣管擴張的靶向治療作用機制，也可為后續與桔梗相關支氣管擴張的治療研究提供科學依據。

資料與方法

1 桔梗的有效化學成分選取

通過中藥系統藥理學數據庫和分析平臺TCMSP（http：//tcmspw.com/tcmsp.php），以“桔梗”為關鍵詞檢索其主要化學成分，篩選其中化學成分復合生物利用度（OB）≥30%、類藥性（DL）≥0.18的化學成分作為其有效化學成分，其OB值、DL值越高則其成分越具備活性意義[7-8]。

2 相關靶點信息的收集

在TCMSP平臺中搜索桔梗的所有相關的靶點，用EXCEL軟件挑選過濾其中與其有效成分相對應的靶點基因。在 GeneCards（https：//www.genecards.org/）數據庫和 OMIM 數據庫（https：//omim.org）檢索與支氣管擴張（Bronchiectasis）相關的疾病所對應的靶點基因。并將所得到的桔梗活性成分的相關靶點與支氣管擴張的基因靶點上傳至在線韋恩圖，取交集得到交集基因。

3 網絡模型的構建

將桔梗的有效成分和其作用于支氣管擴張的相關靶點導入Cytoscape3.6.1軟件進行網絡構建桔梗的藥物-成分-靶點-疾病的網絡圖。應用STRING數據庫，輸入桔梗與支氣管擴張的交集基因，設定物種為人類，預測篩選出的蛋白質間的相互作用關系，構建蛋白質相互作用網絡（PPI）。

4 網絡模型分析

將1.3所得到的有關于支氣管擴張治療的靶點導入到Bioconductor數據庫中，對其進行GO（geng ontology）生物學過程富集分析及KEGG代謝通路（KEGG pathway analyis）富集分析，并獲得氣泡圖與柱狀圖，使結果可視化，以研究桔梗治療支氣管擴張的靶點與關鍵通路。

結 果

1 桔梗的有效化學成分選取

在TCMSP數據庫中搜索桔梗后，檢索到102條桔梗的化學成分，選取其中符合生物利用度（OB）≥30%、類藥性（DL）≥0.18的化學成分，最終獲得7個有效成分（表1）。

2 相關靶點信息的收集

將TCMSP檢索到的與桔梗有關的所有靶點進行篩選，再在GeneCards數據庫和OMIM數據中搜索支氣管擴張相關靶點基因，共得到1080個，篩選得到其中與桔梗有效成分相關的靶點基因7個，包括PRSS1、CHEK1、VEGFA、IL6、MDM2、PCNA、ICAM1，將上述的靶點和支氣管擴張的相關靶點上傳至韋恩圖，得到支氣管擴張與桔梗活性化合物的基因交集圖（圖1）。

表1 桔梗有效成分

3 網絡模型的構建

再將桔梗的有效成分和其作用于支氣管擴張的相關靶點導入Cytoscape3.6.1軟件進行相應的網絡圖（圖2），直觀的呈現出桔梗作用于支氣管擴張的藥物-成分-靶點-疾病關系。桔梗有效成分為毛地黃黃酮，刺槐素。毛地黃黃酮屬于黃酮類，跟據相關研究，黃酮類化合物具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、等多種生物活性[9]。刺槐素則是一種天然黃酮類化合物，有廣泛的生物學活性，如抗炎、抗癌、抗自由基、抗氧化等作用[10]。

將上述7個基因導入到STRING數據庫進行分析，得到蛋白質之間相互作用的關系，直觀的呈現出桔梗活性成分的靶蛋白與支氣管擴張之間的相互作用關系。每個球代表蛋白質，連線代表關系，線條越多則關聯度越密切。

4 靶點功能通路分析

為了進一步探究桔梗對于支氣管擴張的作用通路，我們將數據導入到Bioconductor數據庫中，對其進行GO（geng ontology）生物學過程富集分析和KEGG代謝通路（KEGG pathway analyis）富集分析，得到22條GO條目，桔梗治療支氣管擴張可能主要是通過細胞因子活性、生長因子受體結合、生長因子活性、5S rRNA結合、細胞因子受體結合等（圖4、5）通路。通過同樣方法可獲得24條KEGG條目，包括類風濕關節炎、糖尿病并發癥中的AGE-RAGE信號通路、細胞衰老、甲型流感、細胞周期等（圖6、7）通路。

圖1 桔梗有效成分與支氣管擴張靶點交集

圖2 桔梗有效成分-靶點網絡圖

圖3 桔梗與支氣管擴張蛋白質相互作用核心圖

圖4 GO功能富集柱狀圖

圖5 GO功能富集點狀圖

討 論

支氣管擴張是支氣管異常擴張兼有肺實質持續性炎癥反應性疾病，常因多種易感因素反復發作而導致急性加重，故在穩定期如何改善臨床癥狀，減少急性發作次數，減少痰量以及提高生活質量是臨床醫生應該考慮的關鍵所在[11]。目前，西醫對于支氣管擴張急性加重治療療效尚可，然遠期療效欠佳，有一定局限性。而且，西醫的抗生素容易造成病原種類變遷甚至導致耐藥菌繁殖，不利于疾病的控制與預后，部分患者出現感染反復發生[12]。由于支氣管擴張經常反復發作，遷延不愈，預后不佳，故中醫對其的治療，被越來越多的人接受與認可。

近年研究表明，感染、炎癥、酶相互作用形成支氣管肺組織的破壞和異常擴張，肺組織的破壞又引起感染與炎癥的進一步加重，如此形成惡性循環是支氣管擴張的主要病理因素[13]。中醫支氣管擴張的治療可參考肺癰，肺癰常反復發作，病程長，治療難度大，臨床上，中醫藥發揮了特有的優勢[14]，尤能改善體質，減少復發[15]。有研究表示，中醫辨證治療可更好的提升支氣管擴張合并感染的臨床療效[16]。肺癰的治法，從古至今各醫家各有自己的心得體會，首見于《金匱要略》之桔梗湯，因此，基于網絡藥理學研究桔梗對于支氣管擴張的治療機制有利于為臨床應用提供方向。

圖6 KEGG通路富集分析柱狀圖

圖7 KEGG通路富集分析點狀圖

桔梗是桔梗科植物桔梗Platycodon、grandiflorum（Jacq.）A.DC.的干燥根，在《神農本草經》被列為下品，其味辛，微溫，主胸脅痛如刀刺，腹滿，腸鳴，幽幽驚恐悸氣。2015年版《中華人民共和國藥典》中記載：“性味苦，辛，平，歸肺經，主宣肺，利咽，祛痰，排膿”。對于桔梗藥性的認識，歷來普遍認為其性苦、辛、平，主入肺經。可宣肺、排膿、利咽、祛痰。主咳嗽痰多，肺癰吐膿，胸滿脅痛，咽喉腫痛，痢疾腹痛，癃閉，便秘等證[17]。現代藥理研究表明桔梗具有抗炎、鎮咳祛痰、調節循環系統的作用[18]。桔梗色白得肺金之質，味辛得肺金之用，味苦可瀉肺金之實，故可開肺宣氣，《本草求真》稱其為“開提肺氣之圣藥”[19]。經研究，桔梗皂苷為桔梗的主要成分，對于鎮咳祛痰、抗氧化、抗腫瘤及免疫增強有明顯作用，對呼吸系統疾病療效尤為顯著[20]。

然而，桔梗許多有效成分還有待進一步研究，同時還應進一步深入研究桔梗的藥理作用，不僅僅是確定其某些藥理作用，還要明確其藥理作用的作用機制[21]。網絡藥理學是一種從系統水平觀察藥物作用機制、發現新的適應癥、識別新藥靶以及發現先導化合物的新藥物研發策略，再加以網絡分析，為科學解讀中藥及其復方治療疾病的內涵提供了一定的契機[22]。

本研究通過網絡藥理學，對桔梗有效成分的分析，研究結果表明，桔梗中的主要成分毛地黃黃酮、刺槐素對于支氣管擴張具有治療效果，為桔梗用于治療支氣管擴張提供了現代理論依據。根據構建的藥物-成分-靶點-疾病網絡，PPI網絡圖顯示出桔梗的靶蛋白和支氣管擴張之間可相互作用，有著交互的網絡關系，其治療的相關靶點包括PRSS1、CHEK1、VEGFA、IL6、MDM2、PCNA、ICAM1；通過 GO 富集分析可以得出，桔梗對于支氣管擴張的作用可能與細胞因子活性、生長因子受體結合、生長因子活性、5S rRNA結合、細胞因子受體結合通路有關，通過KEGG富集分析可得出其通路可能與類風濕關節炎、糖尿病并發癥中的AGE-RAGE信號通路、細胞衰老、甲型流感、細胞周期有關。為桔梗用于支氣管擴張的治療提供了現代科學理論依據，并為進一步探討奠定了基礎。