應用網絡藥理學預測決明子治療高血壓的作用機制

高小敏，趙 勤

（西藏民族大學基礎醫學院，陜西咸陽 712082）

隨著社會經濟的不斷發展,人們工作壓力越來越大，越來越多的人飲食和作息不規律，導致高血壓發病率不斷升高，我國高血壓患者人數仍呈上升趨勢〔1〕。中醫認為高血壓主要由素體、精神、飲食、七情、勞欲等因素造成〔2〕，表現為肝火上炎型：頭暈脹痛、耳鳴如潮、舌苔太黃等；陰虛陽亢型：頭暈、頭脹、失眠健忘、腰膝酸軟、口燥咽干、視物模糊、肢體麻木、可見手足心熱等，脈息弱或弦脈。中醫對高血壓的治療可通過中藥復方、中藥穴位貼敷、中藥通經絡等方式〔3〕進行。決明子（Cassia toraLinn.）是我國常用的中藥材，又稱馬蹄決明、鈍葉決明、假綠豆、草決明等，性微寒，味甘、苦、咸，入肝、大腸和腎經〔4-5〕，具有降壓調脂等功效，是治療心腦血管、高脂血癥等疾病的代表性藥物〔6〕。網絡藥理學主要用于中藥化學成分及其靶點與疾病靶點、疾病分子機制及藥物作用機制等方面的預測〔7〕。本文將應用網絡藥理學的方法預測決明子治療高血壓的主要化學成分、靶點及作用機制。

1 材料與方法

1.1 決明子化學成分的篩選與靶點預測以“決明子”為關鍵詞在中藥系統藥理學數據庫與分析平臺（TCMSP，http：/tcmspw.com/tcmsp.php）〔8〕中篩選化學成分。以口服生物利用度（OB）≥ 30%和類藥性 （DL）≥ 0.18為篩選條件進行篩選，匯總篩選出的化學成分及其靶點，并對靶點進行Uniprot數據庫標準化處理。

1.2 化學成分-疾病靶點網絡的構建以“hypertension”為關鍵詞應用人類基因數據庫（GeneCards，http：//www.genecards.org/）〔9〕篩選高血壓相關的疾病靶點。將決明子化學成分對應的靶點與疾病靶點取交集后，獲得化學成分-疾病靶點網絡。

1.3 中藥-化學成分-疾病靶點調控網絡的構建將決明子的有效化學成分靶點和化學成分-疾病靶點用Perl軟件進行映射，再利用 Cytoscape 3.6.1〔10〕軟件將中藥-化學成分-疾病靶點的調控網絡進行可視化。

1.4 中藥-疾病靶點蛋白相互作用網絡（PPI）的構建和核心靶點的篩選在 STRING〔11〕數據庫中，設定種屬為“Homo sapiens”，最小互作分數值 ≥ 0.9，剔除網絡中游離節點，導入中藥-疾病靶點調控網絡中的靶點信息，得到PPI，將其可視化后，根據度值大小篩選得到核心靶點。

1.5 GO功能和KEGG通路富集分析應用DAVID〔12〕數據庫對中藥-疾病靶點調控網絡中的靶點信息進行GO功能和KEGG通路富集分析，按P值由小到大的順序進行分析，P< 0.05 表示該富集結果具有顯著性。

2 結果

2.1 決明子化學成分篩選與靶點預測結果以OB ≥ 30%和DL ≥ 0.18為篩選條件，得到決明子的14個化學成分。剔除在UniProt數據庫中無靶點信息的3個成分，最終得到11個化學成分。見表1。共獲得具有基因名的有效靶點46個。

表1 決明子中化學成分篩選結果

2.2 化學成分-疾病靶點的網絡構建結果以“hypertension”為關鍵詞，應用GeneCards 數據庫篩選相關疾病靶點，獲得疾病靶點8 904個，將決明子化學成分靶點和高血壓疾病靶點進行映射，得到化學成分-疾病共有靶點46個。見表2。

表2 化學成分-疾病共有靶點

2.3 中藥-化學成分-疾病靶點調控網絡的構建結果度值的大小與該成分在疾病中發揮作用的大小有關，度值越大表明該成分治療疾病的可能性越大。決明子降壓的靶點中，度值 ≥ 6的活性成分共3個，分別為豆甾醇、蘆薈大黃素、 9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1，其度值分別為14、9、7。中藥-化學成分-疾病靶點調控網絡見圖1，其中，菱形圖標為疾病，三角形圖標為化學成分，六邊形圖標為中藥，矩形圖標為化學成分-疾病共有靶點〔13〕。

圖1 中藥-化學成分-疾病靶點調控網絡圖

2.4 PPI的構建和核心靶點篩選結果應用 STRING數據庫，得到中藥-疾病靶點調控網絡中靶點的相互作用網絡，根據度值由高至低篩選得到核心靶點，依次為：ESR1、JUN、CDKN1A等。見圖2。

圖2 PPI圖

2.5 GO功能富集分析應用DAVID數據庫對決明子治療高血壓進行GO功能富集分析，主要包括生物過程、細胞組成、分子功能三個方面，分別有155、19、43個條目與降壓有關。主要與轉錄正調控、信號傳導、核漿、細胞核、胞液、酶結合位點、合蛋白及蛋白質異源二聚體活動有關。見圖3。

圖3 GO功能富集分析圖

2.6 KEGG通路富集分析應用DAVID數據庫對決明子治療高血壓的靶點進行通路分析，結果顯示決明子治療高血壓的通路有58條（P< 0.05），P值由小到大前10條對應的通路依次為乙型肝炎、甲狀腺激素信號通路、鈣信號通路、唾液分泌、結直腸癌、神經組織的刺激等。見圖4。

圖4 KEGG通路富集分析圖

3 討論

目前我國西醫采用的高血壓診斷標準是收縮壓 > 140 mmHg（1 mmHg=0.133 3 kPa）或者舒張壓 > 90 mmHg。決明子屬豆科植物，含有蒽醌、蛋白質及氨基酸、萘并吡喃酮、微量元素等成分, 具有降血壓、降血脂、抑菌、潤腸通便等功效，無毒性及副作用，使用方法簡單，可煎服或沖泡服用，也可與其他藥材配伍〔14-15〕。劉菊秀等〔16〕通過決明子注射液與利血平作用于大鼠進行降壓效果比較，結果表明決明子可明顯降低收縮壓，且差異有統計學意義。

本研究基于網絡藥理學方法預測決明子的化學成分共11個，包括大黃酸、決明內酯、豆甾醇、蘆薈大黃素、橙黃決明素、決明素、純葉素葡萄糖苷等，通過化學成分-疾病靶點網絡分析發現決明子在發揮降壓作用時主要與豆甾醇、蘆薈大黃素、9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1等成分有關。豆甾醇別名豆固醇、甾醇，具有較強的生理活性和表面活性及抗氧化、抗癌、降膽固醇、抗炎等作用〔17〕。蘆薈大黃素屬于蒽醌類化合物，具有抗炎癥及抗腫瘤作用〔18〕。9,10-二羥基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氫-苯乙基-1化合物中的氧基和苯基具有抗氧化作用。鄭舟琴等〔19〕提出大黃酸具有抗炎、抗氧化應激等作用。李續娥等〔20〕、陳佩瑤等〔21〕驗證了決明子的蛋白質、低聚糖和蒽醌苷以及水溶性和脂溶性苷類有明顯的降壓效果。結合目前已經報道的文獻和網絡預測結果，發現決明子的多種成分與治療高血壓相關，可能與其具有抗氧化、抗炎、調脂以及較強的生理活性和表面活性有關。

根據構建的PPI篩選出決明子治療高血壓的靶核心蛋白主要為：雌激素受體1（ESR1）、轉錄因子激活蛋白（JUN）、絲裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）、β-2腎上腺素能受體（ADRB2）、IL-1β等。主要靶蛋白經生物過程、細胞組成、分子功能的GO富集分析，提示決明子治療高血壓與腺苷酸環化酶激活腎上腺素能受體信號通路、陽性調節成纖維細胞增殖、酶綁定、甾體激素受體活性、類固醇等有關。經KEGG通路分析得出決明子在治療高血壓時與乙型肝炎、甲狀腺激素信號通路、鈣信號通路、唾液分泌等有關，其中鈣信號通路、甲狀腺激素信號通路為主要通路。血管平滑肌細胞膜離子的異常是高血壓發病原因之一，細胞內鈣離子濃度升高是高血壓形成的重要機制，鈣離子通道開放可引起血管平滑肌細胞收縮〔22〕。甲狀腺功能異常可引起心血管事件的發生，由甲狀腺疾病引起的高血壓發病率也逐漸上升。促甲狀腺激素是體內重要的內分泌激素，參與機體多種生命活動，當促甲狀腺激素升高時，會引起患者血壓升高，進一步造成血管損傷〔23〕。晏永慧等〔24〕通過臨床數據發現，原發性高血壓患者的總三碘甲腺原氨酸和游離三碘甲腺原氨酸水平降低，且隨著高血壓病情的加重降低得更為明顯。因此，鈣信號通路和甲狀腺激素信號通路的調節對治療高血壓具有重要作用。腎上腺素受體分為腎上腺素能α受體和β受體，在決明子發揮降壓及降脂作用時均為主要靶蛋白，主要是通過介導兒茶酚胺發揮作用，皮膚、胃腸、腎的血管平滑肌以α受體為主，骨骼肌、肝臟的血管平滑肌以及心臟以β受體為主，腎臟及腸系膜血管系統與多巴胺腎上腺素能受體有關。綜上所述，決明子治療高血壓主要與ESR1、JUN、MAPK14、ADRB2、IL-1β等靶蛋白有關；生物過程與轉錄正調控、信號轉導等有關；細胞組成主要在細胞核、核漿、胞液等部位；分子功能通過影響酶結合位點、合蛋白及蛋白質異源二聚體等發揮作用；主要通過調節鈣信號通路和甲狀腺激素信號通路等治療高血壓。

決明子以不同的用藥方式在我國被廣泛應用，比如單味藥泡水、煎熬，復方藥的膠囊、片劑，藥包形式的外敷等。目前收載于《中華人民共和國藥典》《中華人民共和國衛生部藥品標準》中，與決明子有關的處方中成藥達80余種〔25〕。本研究基于網絡藥理學方法發現決明子可通過多成分、多靶點、多受體、多種酶及多通路治療高血壓。預測得出的主要化學成分、靶點以及信號通路、生物學功能與已經報道的文獻基本吻合,說明運用網絡藥理學預測靶點及信號通路等具有可行性，同時還發現決明子在多種腫瘤、肝炎及糖尿病等疾病中也有治療作用，為研究決明子的藥理作用提供新的思路。