三七抗2型糖尿病的活性成分和作用機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析①

李 豫，顧超豪，李 靜，蘭圓圓，朱開梅②

(桂林醫(yī)學(xué)院 a.藥學(xué)院；b.第二附屬醫(yī)院，廣西 桂林 541199)

2型糖尿病因其持續(xù)高血糖狀態(tài)，易引起機(jī)體出現(xiàn)不良并發(fā)癥，嚴(yán)重影響人類的健康生活。據(jù)官方機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)糖尿病患者人數(shù)是全球首位[1]。因此，對(duì)2型糖尿病預(yù)防及治療藥物的研究已成為醫(yī)藥研究的重難點(diǎn)。中藥具有多成分、多靶點(diǎn)、多途徑協(xié)同作用，在治療糖尿病中發(fā)揮重要的作用。三七藥用部位為干燥根莖，歸肝、胃經(jīng)，具有止血、治跌打損傷及心血管疾病等功效，是中醫(yī)在糖尿病治療方面常用的中藥配伍。相關(guān)研究表明，三七初提部位如多糖、總黃酮等對(duì)2型糖尿病模型鼠具有降低血糖、改善胰島素抵抗及減少并發(fā)癥的作用[2-3]。然而對(duì)三七治療2型糖尿病的活性成分及作用機(jī)制尚未詳細(xì)報(bào)道。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)符合中醫(yī)辨證思維，廣泛應(yīng)用于研究中藥活性成分及其藥理作用。本文利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法分析三七抗2型糖尿病的活性成分及作用機(jī)制，為進(jìn)一步探索三七提供科學(xué)依據(jù)。

1 方法

1.1 三七活性成分及靶點(diǎn)

通過TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)檢索三七的活性成分，按其成分的口服生物利用度OB≥30%以及類藥性DL≥0.18篩選三七的活性成分，并通過該數(shù)據(jù)庫(kù)獲取對(duì)應(yīng)藥理靶標(biāo)。

1.2 2型糖尿病靶點(diǎn)檢索及獲取交集靶點(diǎn)

通過GeneCard和OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)檢索2型糖尿病的病理靶點(diǎn)，將二者的靶點(diǎn)通過venn圖獲得藥物-疾病交集靶點(diǎn)。

1.3 構(gòu)建PPI蛋白互作網(wǎng)絡(luò)

利用String數(shù)據(jù)庫(kù)獲得交集靶點(diǎn)的蛋白-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)信息表。

1.4 篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)及富集分析

將信息表導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1軟件，利用軟件中的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析功能，按關(guān)聯(lián)度大小篩選其前10個(gè)靶點(diǎn)作為三七抗2型糖尿病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。最終通過R語言中的"clusterProfiler"包對(duì)關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行通路富集分析。

2 結(jié)果

2.1 三七活性成分靶點(diǎn)及藥物-疾病交集靶點(diǎn)

基于TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)篩選，共得到三七活性成分8個(gè)。詳見表1。且該數(shù)據(jù)庫(kù)中活性成分對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)經(jīng)Uniport數(shù)據(jù)庫(kù)篩選并去除重復(fù)后，共得157個(gè)三七靶點(diǎn)，其中人參皂甘f2(Ginsenoside f2)在TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)中無相關(guān)的靶點(diǎn)。通過OMIM等數(shù)據(jù)庫(kù)共獲得2型糖尿病靶點(diǎn)10872個(gè)，將藥物靶點(diǎn)與2型糖尿病的靶點(diǎn)進(jìn)行Venn圖后得到藥物-疾病交集靶點(diǎn)共152個(gè)，且通過String數(shù)據(jù)庫(kù)分析獲得152個(gè)交集靶點(diǎn)的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖。詳見圖1。

表1 基于TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)篩選的三七活性成分

圖1 藥物-疾病交集venn圖(左)及其蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖(右)

2.2 篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)及構(gòu)建藥物-關(guān)鍵靶點(diǎn)圖

通過Cytoscape軟件對(duì)152個(gè)交集靶點(diǎn)進(jìn)行蛋白互作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)平均關(guān)聯(lián)度為7.664，關(guān)聯(lián)度越高表示藥物在抗2型糖尿病中可能發(fā)揮越重要的作用。因此，選擇關(guān)聯(lián)度最高的前10個(gè)靶點(diǎn)作為關(guān)鍵靶點(diǎn)。構(gòu)建三七-關(guān)鍵靶點(diǎn)圖，與關(guān)鍵靶點(diǎn)具有較多關(guān)聯(lián)的化合物說明該化合物在抗2型糖尿病中發(fā)揮更主要的活性作用。詳見圖2。

圖2 三七活性成分-關(guān)鍵靶點(diǎn)圖

將10個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG富集分析，發(fā)現(xiàn)共有136條通路(P<0.05)，其主要與糖尿病、肝炎、胰島素抵抗及PI3K-Akt 等信號(hào)通路相關(guān)。詳見圖3。

圖3 信號(hào)通路富集分析圖

3 討論

本研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)三七在抗2型糖尿病中起主要作用的活性成分是槲皮素、人參皂苷rh2和β-谷甾醇。槲皮素是一種強(qiáng)抗氧化和抗炎作用的化合物，具有減輕炎癥、降低血糖、改善胰島素抵抗及減少并發(fā)癥等作用，能通過顯著降低糖尿病小鼠IL6、TNF、CXCL8等炎癥因子起到抗2型糖尿病的作用[4]。在一項(xiàng)槲皮素?cái)z入量與2型糖尿病的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，槲皮素?cái)z入量與患病率成反比[5]。人參皂苷rh2具有增強(qiáng)免疫力、抵抗力和防癌抗癌等作用，其通過抑制TNF炎癥因子的表達(dá)、調(diào)控PI3K-Akt、NF-κB等信號(hào)通路起到提高機(jī)體胰島素抵抗能力和保肝護(hù)肝等作用[6]。β-谷甾醇具有降低膽固醇、抗炎、改善2型糖尿病及其并發(fā)癥等作用[7]。

在關(guān)鍵靶點(diǎn)中，包括JUN、AKT1、MAPK1、TNF、TP53、RELA和FOS等癌基因，IL6、CXCL8等白介素家族基因和EGFR表皮生長(zhǎng)因子家族基因。隨著機(jī)體內(nèi)糖尿病和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)紊亂，不僅加劇糖尿病的發(fā)生發(fā)展，也會(huì)引起癌基因表達(dá)的失調(diào)而引發(fā)癌癥[8]。白介素家族基因與免疫機(jī)能和炎癥密切相關(guān)，表皮生長(zhǎng)因子調(diào)控細(xì)胞生理過程，均對(duì)2型糖尿病有著重要作用[9]。據(jù)相關(guān)研究表明，三七通過降低糖尿病小鼠炎癥因子表達(dá)和血糖水平，提高胰島素抵抗能力，調(diào)控PI3K/AKT、AGE-RAGE等信號(hào)通路起到抗糖尿病模型鼠的作用，與本研究的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析結(jié)果相符。

本研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法預(yù)測(cè)了三七抗2型糖尿病的活性成分、作用靶點(diǎn)及信號(hào)通路，體現(xiàn)了中藥多成分、多靶點(diǎn)、多途徑協(xié)同作用的特性，為進(jìn)一步開發(fā)三七的藥用價(jià)值提供科學(xué)依據(jù)。