基于網絡藥理學和分子對接探討芩蒿滴鼻劑 治療過敏性鼻炎作用機制

何韜，毛艷，顧政一

1.新疆醫科大學藥學院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆維吾爾自治區藥物研究所，新疆 烏魯木齊 830004

過敏性鼻炎（allergic rhinitis，AR）是一種常見的非特異性炎癥疾病，臨床以陣發性噴嚏、清水樣鼻涕、鼻癢和鼻塞為主要癥狀。AR引起的相關并發癥（如支氣管哮喘、中耳炎等）可導致食欲減退、乏力、情緒失調、記憶力減退和睡眠障礙等，嚴重影響患者的生活質量，已成為全球性的健康問題[1]。

芩蒿滴鼻劑是維吾爾醫經典驗方制劑，由新疆一枝蒿、蒼耳子、白芷、麻黃和黃芩5味藥組成，具有抗炎、抗過敏等藥理作用，功效清熱解毒、通鼻竅[2]。方中君藥新疆一枝蒿可清熱解毒、散瘀消腫、抗過敏、抗菌，常用于治療過敏性疾病、感冒等[3]。芩蒿滴鼻劑目前缺乏藥效學研究，相關研究停留于藥效物質基礎和工藝優化方面，系統研究芩蒿滴鼻劑治療AR的靶點和作用機制具有重要意義。網絡藥理學基于生物信息學理論，結合藥動學、基因組學等多學科，通過網絡模型可視化分析，闡釋藥物有效成分和作用機制。本研究以網絡藥理學方法為基礎，結合分子對接技術，深入研究芩蒿滴鼻劑治療AR的主要活性成分和核心靶點，闡述其可能的作用機制，為后續實驗和臨床研究奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 芩蒿滴鼻劑化學成分收集

檢索中藥系統藥理學數據庫和分析平臺（TCMSP，https://tcmspw.com/tcmsp.php）及萬方數據知識服務平臺、中國知識資源總庫，分別以“新疆一枝蒿”“蒼耳子”“白芷”“麻黃”和“黃芩”為關鍵詞，收集芩蒿滴鼻劑的化學成分。

1.2 活性成分及靶點蛋白篩選

根據藥物體內ADME過程，借助TCMSP篩選新疆一枝蒿、蒼耳子、白芷、麻黃、黃芩化學成分中口服生物利用度（OB）≥30%和類藥性（DL）≥0.18的活性成分。將獲得的活性成分導入DrugBank數據庫（http://www.drugbank.ca/），獲得其作用靶點，并利用Uniprot（http://www.uniprot.org/）進行靶點信息核查及整理。采用Cytoscape3.7.2軟件構建藥物-活性成分-靶點網絡。

1.3 疾病相關靶點檢索

以“allergic rhinitis”為關鍵詞，利用DrugBank（http://www.drugbank.ca/）、DisGenet（http://www. disgenet.org/）、TTD（http://db.idrblad.org/ttd/）及PharmGKB（http://www.pharmgkb.org/）數據庫進行檢索，獲得AR疾病相關靶點。

1.4 蛋白相互作用網絡構建

將篩選到的藥物和疾病靶點上傳到在線韋恩圖（http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html），獲得交集靶點，將其輸入STRING在線分析工具（http://string-db.org），選取combined_score＞0.4的靶點作為核心靶點，導入Cytoscape3.7.2軟件，繪制蛋白相互作用（PPI）網絡。

1.5 GO和KEGG富集分析

將上述核心靶點輸入DAVID6.8數據庫（https:// david.ncifcrf.gov/home.jsp），設定條件為P＜0.05和FDR＜0.05，進行GO功能和KEGG通路富集分析。采用Omishare Tools（http://www. omicshare.com/tools/ index.php/）將分析結果可視化。

1.6 分子對接

應用AutoDock vina軟件將PPI網絡中度值前5位的靶點分別與度值前5位的活性成分進行分子對接驗證。分別從PDB蛋白質結構數據庫和ZINC數據庫下載受體的晶體結構和配體的化學結構，MAPK1、IL6、TNF、PTGS2和VEGFA對應的PDB ID分別為4FV7、1ALU、5MU8、5IKR和6FMC，采用AutoDock Tools對上述蛋白受體和配體進行預處理，再用其Autogrid模塊得到對接活性位點，進行分子對接。結合能＜-5.0 kcal/mol的成分與靶點結合性能較好。

2 結果

2.1 藥物活性成分

共檢索到新疆一枝蒿、蒼耳子、白芷、麻黃、黃芩化合物895個，其中查閱文獻[3-4]獲得新疆一枝蒿化合物58個，通過TCMSP獲得化合物分別為蒼耳子108個、白芷223個、麻黃363個和黃芩143個。基于OB≥30%、DL≥0.18，并去除缺少靶點預測信息的化合物，共篩選出83個活性成分，其中新疆一枝蒿12個、蒼耳子11個、白芷22個、麻黃23個、黃芩31個。芩蒿滴鼻劑主要活性成分信息見表1。

表1 芩蒿滴鼻劑主要活性成分信息

2.2 藥物-活性成分-靶點網絡

由83個活性成分及其對應的273個靶點構建的藥物-活性成分-靶點網絡見圖1。該網絡包括361個節點、1 443條相互作用關系。

圖1 芩蒿滴鼻劑藥物-活性成分-靶點網絡

2.3 疾病相關靶點

通過TTD、DrugBank、DisGenet、PharmGKB數據庫分別檢索到17、16、446、9個與AR相關靶點，刪除重復靶點，得到AR相關靶點473個。

2.4 藥物與疾病蛋白相互作用網絡

將芩蒿滴鼻劑活性成分靶點與AR相關靶點取交集，獲得51個交集靶點。構建交集靶點PPI網絡，并進行節點參數拓撲分析，去除3個與其他蛋白無相互作用的蛋白質，結果見圖2。其關聯的化合物共63個，包括新疆一枝蒿10個、麻黃15個、白芷12個、蒼耳子4個、黃芩26個。借助Cytoscape3.7.2軟件對藥物-活性成分-靶點網絡及PPI網絡進行Merge，得到其交集網絡關系。運用Network Analyzer插件對化合物和靶點按度值從大到小排序，度值居前10位的化合物及靶點見表2、表3。

表2 芩蒿滴鼻劑治療AR關鍵化合物（前10位）

表3 芩蒿滴鼻劑治療AR核心靶點（前10位）

圖2 芩蒿滴鼻劑治療AR關鍵靶點PPI網絡

2.5 GO和KEGG通路富集分析

核心靶點GO分析包括生物過程（biological process）、分子功能（molecular function）和細胞組分（cellular component）三部分，結果見圖3。可以看出，芩蒿滴鼻劑治療AR的生物過程主要有刺激性應答、新陳代謝過程等，分子功能主要包括結合反應、酶催化活性等，細胞組分主要包含細胞膜、蛋白復合物等。

圖3 芩蒿滴鼻劑治療AR核心靶點GO富集分析

KEGG富集分析共得到128條通路，前20條顯著富集（P＜0.05）的通路見圖4，涉及HIF-1信號通路、IL-17信號通路、TNF信號通路等。

圖4 芩蒿滴鼻劑治療AR核心靶點KEGG通路富集分析

2.6 芩蒿滴鼻劑主要成分與核心靶點分子對接

選取“2.4”項下度值排名前5位的靶點和化合物，分別進行分子對接驗證，結果見表4。配體與受體結合的構象穩定時，能量越低其結合可能性越大。結合能＜-5.0 kcal/mol表明其結合良好，結合能越小其結合性越好[5]。可以看出，這5種活性成分與靶點蛋白結合性能均較好。其中，木犀草素與MAPK1結合性最好。木犀草素與MAPK1的活性位點ASPA165等形成氫鍵作用力，與CYSA164形成π-烷基相互作用，見圖5。

圖5 木犀草素與MAPK1分子對接示意圖

表4 芩蒿滴鼻劑關鍵化合物與核心靶點結合能（kcal/mol）

3 討論

基于系統生物學理論的網絡藥理學，突破了單一成分作用單一靶點的局限，強調對疾病實施多靶點、多途徑的調節方式[6]，適用于研究由多種可用數據庫和軟件支持的復雜中藥制劑的藥效成分和作用機理[7]。本研究借助網絡藥理學平臺，篩選出芩蒿滴鼻劑中83個活性成分，這些化合物可能是芩蒿滴鼻劑發揮藥效的重要成分。槲皮素可以緩解AR相關癥狀，通過抑制巨噬細胞一氧化氮（NO）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）及白細胞介素-6（IL-6）產生，起到抗炎作用[8-9]。漢黃芩素可抑制炎癥相關酶或下調促炎基因表達，減少炎癥介質的產生，改善炎癥相關癥狀[10]。木犀草素、山柰酚、豆甾醇等被證實具有抗炎活性和免疫調節作用[11-13]。本研究結果與上述文獻報道一致，表明基于網絡藥理學篩選藥物活性成分的方法具有一定的可行性。

通過活性成分與疾病靶點的PPI網絡和GO富集分析，發現芩蒿滴鼻劑抗AR涉及的生物過程可能與細胞增殖、刺激性應答、趨化因子和免疫反應有關。研究表明，這些生物過程均參與了AR的發生發展[14]。通過活性成分與疾病靶點的PPI網絡篩選出10個核心靶點。其中，VEGFA是一種刺激血管內皮細胞增殖的糖蛋白，通過促進血管通透性調控呼吸道炎癥反應。血管內皮生長因子不僅能夠調節鼻黏膜組織中趨化因子水平，還能阻止嗜酸性粒細胞和肥大細胞浸潤，降低炎性細胞因子水平[15]。此外，MAPK1是調節免疫應答的重要因子。MAPK1是一種絲裂原活化蛋白激酶，通過對細胞的增殖、分化進行調控，進而發揮相應的抗炎作用[16]。

從KEGG通路富集分析結果可知，芩蒿滴鼻劑治療AR主要通過調控HIF-1信號通路、IL-17信號通路、TNF信號通路、NF-κB信號通路和NOD樣受體信號通路等，表明芩蒿滴鼻劑治療AR主要與調節炎癥因子、趨化因子介導的信號通路及免疫應答有關。HIF-1是缺氧狀態下能特異性發揮活性的轉錄因子，在肥大細胞浸潤引起低氧調節中具有重要作用[17]。IL-17是Th17細胞分泌的一種促炎癥細胞因子，具有多種生物學活性。研究發現，IL-17能通過刺激靶細胞釋放炎癥細胞因子及調控中性粒細胞的細胞因子發揮作用，誘導IL-6、NO和前列腺素E2產生，同時上調γ-干擾素、TNF-α和CD40配體等炎癥細胞因子的基因表達，促進局部炎癥的發生發展[18]。NOD樣受體是天然免疫系統的重要組成部分，能識別病原微生物的一些結構，如胞漿中的細菌肽聚糖片段、細菌脂多糖和病毒雙鏈RNA等，通過驅動NF-κB、MAPK和MyD88依賴性通路的激活、細胞因子的產生，參與微生物感染引發的炎癥和免疫應答[19]。本研究結果還顯示，顯著富集的信號通路中存在著調控其他部位的通路，如AGE-RAGE信號通路、癌癥信號通路、腸道炎癥信號通路等，表明芩蒿滴鼻劑可能通過多種代謝途徑發揮協同治療AR的作用。

本研究基于網絡藥理學和分子對接方法對芩蒿滴鼻劑的活性成分、關鍵靶點及其治療AR的作用機制進行探討，分析結果初步驗證了芩蒿滴鼻劑的藥效基礎，主要成分及靶點均顯示具有較好的結合性能，可為芩蒿滴鼻劑治療AR提供一定依據，并為后期實驗設計提供思路和方法。