基于網絡藥理學方法探討“白術-茯苓”藥對抗胃癌的作用機制

李國秋　張嘉雪　陳子錚　陳林耿　吳曉怡　張韌

【摘要】目的：通過網絡藥理學方法探討“白術-茯苓”藥對抗胃癌（GC）的作用機制。方法：通過ETCM數據庫確定“白術-茯苓”藥對的有效成分，在Swiss Target Prediction平臺預測“白術-茯苓”藥對有效成分對應的潛在靶點，并檢索Genecard、OMIM、Pharmgkb、TTD，Drug Bank等疾病數據庫，以獲得“白術-茯苓”藥對抗GC的作用靶點。通過Sting數據庫和Cytoscape 3.2.1構建蛋白相互作用網絡（PPI），通過Metascape平臺對“白術-茯苓”藥對抗GC作用靶點進行KEGG通路分析。結果：從“白術-茯苓”藥對中獲得38個有效成分，62個與“白術-茯苓”藥對抗GC相關的作用靶點，經KEGG通路富集分析發現“白術-茯苓”藥對抗GC作用機制主要涉及“癌癥途徑（pathway in cancer）”、“類固醇激素合成（Steroid hormone biosynthesis）”，“過氧化物酶體增殖物激活受體信號通路（PPAR signaling pathway）”等信號通路。結論：研究初步發現了“白術-茯苓”藥對通過“多成分-多靶點-多通路”模式發揮著抗GC的臨床作用，為“白術-茯苓”藥對配伍的深入研究提供了新的思路。

【關鍵詞】茯苓-白術;網絡藥理學;胃癌;作用機制

【中圖分類號】R285.5 【文獻標志碼】 A【文章編號】1007-8517（2021）23-0029-06

Study on the Mechanism of Baizhu-Fuling Herbal Pair for Anti-Gastric Cancer Based on Network Pharmacology

LI Guoqiu¹ZHANG Jiaxue¹CHEN Zizheng¹CHEN Lingeng¹WU Xiaoyi¹ZHANG Ren^2*

1. First Clinical Medical College，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510405，China;

2. School of Fundamental Medical Science，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510006，China

Abstract：Objective To study the mechanism of Baizhu-Fuling Herbal Pair for anti-gastric cancer based on network pharmacology.Methods The Baizhu-Fuling Herbal Pair active component was obtained by The Encyclopedia of Traditional Chinese Medicine Database （ETCM），the potential target of the active ingredient was predicted by the Swiss Target Prediction platform，and the disease target database such as Genecard，Pharmgkb，OMIM，TTD，Drug Bank was searched to obtain the target of Baizhu-Fuling Herbal Pair against gastric cancer.The PPI network was built with the help of the String database and Cytoscape 3.2.1 software.The target enrichment analysis of KEGG pathways were analyzed by Metascape database.Results A total of 38 active components and 62 Baizhu-Fuling Herbal Pair for anti-gastric cancer-related targets were screened from Baizhu-Fuling Herbal Pair.After enrichment analysis by KEGG pathway，it was found to regulate pathway in cancer，Steroid hormone biosynthesis，PPAR signaling pathway and other signaling path- ways. Conclusions Baizhu-Fuling Herbal Pair exerts anti-gastric cancer effects through a“multi-component-multi-target-multi-pathway” model，and provides a new idea for the in-depth study of the compatibility of Baizhu-Fuling Herbal Pair.

Key words：Baizhu-Fuling Herbal Pair; Network Pharmacology; Gastric Cancer;Mechanism

胃癌（Gastric cancer， GC）是中國常見的惡性腫瘤之一，根據2018年2月國家癌癥中心發布的最新一期全國癌癥統計數據顯示，GC的發病率和死亡率分列所有腫瘤類型的第2位與第3位^[1]。近年來，GC的發病率呈下降趨勢，新型生物制劑的研發和綜合治療策略的不斷發展，降低了GC的致死率，但GC的預后仍然不甚樂觀。中醫在控制癌癥病灶發展，延長患者生存期和改善生存質量等方面表現出獨特的優勢，尤其是中藥可提高人體免疫，調節腫瘤微環境的各組分，在腫瘤防治方面具有重要作用^[2]。

白術，味苦、甘、微辛，性溫，其用在中，主嘔逆泄利、去濕強脾、開胃進食、和中益氣。《本草通玄》曰：“白術，補脾胃之藥，得中宮沖和之氣，更無出其右者。土旺則能健運，故不能食者，食停滯者，有痞積者，皆用之也。”現代藥理研究^[3]發現，白術揮發油具有抗腫瘤、促進胃腸運動、調節胃腸功能、促進營養質吸收的功能。茯苓，味甘，性平，主利水實脾，《神農本草經疏》記載：“中焦者，脾土之所治也。中焦不治故見膈中瘀水，腹脹大也，利水實脾，則其證自退矣?！爆F代藥理研究^[4-5]發現，茯苓中的多糖和三萜類成分可保護機體的免疫器官，增強機體免疫功能，誘導腫瘤細胞凋亡，抑制胃癌細胞生長，抑制癌細胞轉移，清除氧自由基。據目前相關文獻報道^[6]，“白術-茯苓”藥對抗GC的臨床療效顯著，但其具體作用機制尚未見系統闡明。

網絡藥理學是基于系統生物學理論，采用復雜的生物網絡模型，從藥物、化學成分、靶點、疾病間相互作用的整體性與系統性出發，預測藥物治療疾病的藥理學機制的一種方法，其與中醫治病的“整體觀”理論及中藥多成分、多靶點、多途徑、多作用的特點具有一致性^{[7- 8]}。故本研究將運用網絡藥理學方法探討“白術-茯苓”藥對抗GC的作用機制。

1 材料與方法

1.1 “茯苓-白術”藥對藥物成分獲取 中醫藥百科全書（The Encyclopedia of Traditional Chinese Medicine，ETCM）是由中國中醫科學院中藥研究所、中藥資源中心、北京大學中藥學院等大型單位打造的中醫藥數據平臺，該平臺收錄了403味中藥，7274個中藥成分等數據信息，為中醫藥現代化研究提供了強有力的數據基礎和分析平臺^[9]。

運用ETCM（ETCM， http：//www.tcmip.cn/ETCM/index.php/Home/Index/）檢索“白術”和“茯苓”兩者的藥物成分，同時記錄各成分對應的“Pubchem ID”和“Canonical SMILES”。

1.2 “茯苓-白術”藥對藥物成分對應靶點獲取 通過Swiss Target Prediction平臺（http： //www.swisstargetprediction.ch /） 輸入1.1獲得化合物成分的的“Canonical SMILES”格式，預測“茯苓-白術”藥對藥物成分對應的作用靶點。

1.3 “茯苓-白術”藥對抗GC的相關靶點收集 在Genecard數據庫（https：//www.genecards.org/）、OMIM數據庫（https：//omim.org/）、Pharmgkb數據庫（https：//www.pharmgkb.org/）、TTD數據庫（http：//db.idrblab.net/ttd/）、Drug bank數據庫（https：//www.drugbank.ca/）輸入“gastric carcinoma”檢索GC相關的靶點，刪除其中重復的基因。將獲得的疾病靶點與1.2獲得的成分作用靶點進行比對，最后獲得“茯苓-白術”藥對抗GC的潛在作用靶點。

1.4 “茯苓-白術”藥對抗GC的潛在作用靶點相互作用網絡（Protein Protein interaction，PPI）構建 在string數據庫（https：//string-db.org/），輸入“茯苓-白術”藥對抗GC的潛在作用靶點，設置物種為“Homo sapiens”，最低相互作用閾值為“medium confidence”，其余參數保持默認，獲取靶蛋白相互作用數據，通過Cytoscape 3.2.1軟件構建PPI網絡，篩選degree值排名前10的靶點。

1.5 KEGG通路富集分析 利用Metascape數據庫（http：//metascape.org/gp/index.html#/main/step1） 對“茯苓-白術”藥對抗GC相關靶點進行KEGG通路富集分析，結合P值，從小到大排序，篩選出前10條通路，導出csv文件，對數據進行可視化處理。

2 結果

2.1 “茯苓-白術”藥對藥物成分收集 通過ETCM數據庫，一共獲得38個化學成分，其中白術14個、茯苓24個，見表1。

2.2 “茯苓-白術”藥對抗GC相關靶點 通過Swiss Target Prediction平臺，刪除重復靶點后得到69個“茯苓-白術”藥對藥物成分的作用靶點，接著將這 69個靶點與Genecard、OMIM、Pharmgkb、TTD，和Drug Bank 5個疾病數據庫收集到的GC相關基因靶點進行比對，最終得到62個“茯苓-白術”藥對抗GC的相關靶蛋白，見表2。

2.3 “茯苓-白術”藥對抗GC的潛在作用靶點PPI分析 基于Sring數據庫的62個靶蛋白的蛋白質相互作用關系數據，采用Cytoscape 3.2.1軟件繪制靶蛋白PPI網絡圖，如圖1所示。此網絡共包括57個節點，143條邊（若兩個靶蛋白之間存在相互作用關系，則用邊連接兩個靶蛋白），靶蛋白degree值越大則節點越大。

同時利用Cytoscape 3.2.1軟件的篩選工具，篩選出該網絡中degree值排名前10 的靶蛋白，分別為TNF、CYP19A1、AR、PPARG、AKR1C3、NR3C1、CYP17A1、HSD17B3、PTGS1、SRD5A1。

2.4 KEGG通路富集分析 采用Metascape平臺對“茯苓-白術”藥對抗GC的62 個作用靶點進行KEGG通路富集分析，篩選前10條目（P值從小到大進行排序），并且通過Excel對結果進行可視化處理。結果如圖2所示。主要通路有Steroid hormone biosynthesis、PPAR signaling pathway、Neuroactive ligand-receptor interaction、Arachidonic acid metabolism、Nitrogen metabolism、Chemical carcinogenesis、Pathways in cancer insulin resistance、Regulation of lipolysis in adipocytes、Leishmaniasis。

3 討論

3.1 “白術-茯苓”藥對抗GC相關的重要藥物成分 本研究最終預測得到“白術-茯苓”藥對抗GC的38個活性化合物、62個潛在作用靶點及10條通路，其化合物多樣性、作用靶點多樣性及通路多樣性，從藥理層面及分子層面論證了中藥“同病異治，異病同治”原則。

現代藥理研究^[10]證實，白術化學成分主要為揮發油、白術多糖、氨基酸等成分，這些化學成分有抗炎、抗腫瘤、提高機體免疫力、抗衰老、調節胃腸等藥理作用，茯苓中具有生物活性的化合物主要為三萜類和多糖類化合物，具有抗腫瘤、免疫調節、抗炎、抗氧化、抗衰老、增強記憶力、調節泌尿系統、降血糖等^[11]。本研究中，白術-茯苓藥對篩選出的化合物含多種抗癌成分，如白術內脂I、白術內脂III、茯苓酸等，白術內酯Ⅰ能夠抑制MGC-803細胞的生長及繁殖，下調GC細胞表面標志物Hey1、CD44的表達，同時也包括抑制Notch信號通路，及降低Notch1、Hes1、Hey1和Jagged1蛋白的活性，從而有效地抑制GCMGC-803細胞的增殖^[12]。茯苓酸能抑制GC細胞的生長和克隆形成能力，顯著誘導細胞G2/M期停滯及細胞凋亡，同時調節一些凋亡相關蛋白如caspase-3，PARP， Bcl-2和Bax的蛋白表達，還能擾亂體外GC線粒體能力和抑制體內GC移植瘤生長。

3.2 “白術-茯苓”藥對抗GC相關的重要作用靶點 在“白術-茯苓”藥對抗GC的PPI網絡中，TNF、CYP19A1、AR、PPARG、AKR1C3、NR3C1、CYP17A1、HSD17B3、PTGS1、SRD5A1在網絡中處于degree值前10名，是“白術-茯苓”藥對抗GC的重要潛在靶點。腫瘤壞死因子（TNF）分為兩種，分別為TNF-α和TNF-β，國外研究報道，GC患者血清中TNF-α水平明顯高于正常人群，手術切除GC組織后患者體內血清中TNF-α水平明顯下降，但轉移或復發者血清TNF-α水平再度顯著升高，該現象提示TNF-α與GC的發生發展密切相關且起到促進作用^[13]。毛躍鋒等^[14]的研究表明參芪扶正湯能明顯降低Ⅲ～Ⅳ期GC患者血清中TNF-α、IL-6以及SIL-2R水平，與此同時亦能明顯提高患者的免疫功能，提高其生活質量。有研究表明，雄激素受體（AR）在GC組織中高表達，且AR與年齡、性別、腫瘤大小、組織類型等均無明顯相關性。調節細胞周期諸多因素的關鍵角色是cyclinD1，而性激素可通過與其受體結合，介導某些直接或間接機制促進cyclinD1過度表達，從而促進腫瘤細胞增殖，此外性激素經過胃腸道分解和肝內代謝可轉變成低濃度的致癌物，與受體結合時可增強其與細胞核內DNA的親和力，解除對DNA合成的抑制，恢復DNA聚合酶活性，促進細胞增殖，導致細胞惡性增殖的發生。

3.3 “白術-茯苓”藥對抗GC相關的重要生物通路 根據KEGG分析結果可知，“白術-茯苓”藥對抗GC的信號通路與“癌癥途徑（pathway in cancer）”最為相關，此外還涉及通路有“類固醇激素合成（Steroid hormone biosynthesis）”“過氧化物酶體增殖物激活受體信號通路（PPAR signaling pathway）”“神經活性配體-受體相互作用（Neuroactive ligand-receptor interaction）”“花生四烯酸代謝（Arachidonic acid metabolism）”“氮代謝（Nitrogen metabolism）”“化學致癌作用（Chemical carcinogenesis）”“胰島素抵抗（Insulin resistance）”“脂肪細胞中脂肪分解的調節（Regulation of lipolysis in adipocytes）”。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）是一類由配體激活的核轉錄因子，在激活狀態下參與調節許多與消化道腫瘤形成有關的基因，具有抑制增殖、促進凋亡、抑制細胞周期的進程等抗腫瘤作用，被認為是開發預防治療GC的重要靶點^[15]。張順榮等^[16]研究發現，胃復方含藥血漿可通過上調PPARγ基因表達的途徑來抑制 SGC-7901 細胞的增殖，促進其凋亡。有研究^[17]發現，胰島素抵抗與GC的患病相關，而GC患者普遍存在糖耐量異常和胰島素抵抗，這有可能是由于GC本身癌組織通過自分泌和旁分泌途徑產生一些生長因子，從而產生和加重一胰島素抵抗。另有研究^[18]認為，高胰島素血癥可加強胰島素樣生長因子（IGF-1）的合成，而IGF-1能夠促進細胞有絲分裂，抑制細胞凋亡，促進上皮細胞轉化，此外還可促進血管內皮生長，因此增加了細胞惡性增殖的概率，減少腫瘤細胞的凋亡。

4 結論與展望

60%的GC患者手術或化療后會在2～3年內復發轉移，原因在于脫落和逃逸的腫瘤細胞會再次增殖并轉移，而化療藥物藥物對大多數腺癌缺乏敏感性，常因多藥耐藥導致治療失敗，或患者因無法耐受化療藥物的毒副反應而中斷治療^[19-20]。研究^[21]證實，中藥治療GC具有多成分、多靶點、毒副作用小、防止術后復發轉移等優點。本研究運用網絡藥理學方法，篩選出“白術-茯苓”藥對潛在活性化合物，獲取其治療GC的潛在作用靶點， 從“成分-靶點-通路”研究藥物與疾病之間的相互作用規律，推測“白術-茯苓”藥對的藥效機理，初步闡釋了其治療GC的作用機制。但由于數據庫信息的不全面、化合物的濃度及化合物間的相互作用不明確等因素，使得預測結果有一定的局限性和片面性，需要更多的臨床試驗與動物實驗進一步去驗證。

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（收稿日期：2021-04-13 編輯：劉 斌）