基于網絡藥理學探討黃連-肉桂藥對改善精神分裂癥患者肥胖癥狀的作用機制*

朱 晶 黃 平 李 華

精神分裂癥是一種慢性致殘性精神疾病，終生患病率約1%。精神分裂癥患者伴發肥胖或代謝綜合征的發生率分別為33.3%[1]和32.5%[2]。肥胖會顯著增加患者罹患Ⅱ型糖尿病、心腦血管并發癥和早逝的風險。國內外學者試圖使用雷尼替丁、倍他司汀、托比酯、瑞波西汀、奧利司他、阿立哌唑、二甲雙胍等藥物對抗精神分裂癥患者肥胖，迄今仍未發現專家公認的特別有效的藥物干預靶點。研究顯示，黃連-肉桂藥對改善精神分裂癥患者肥胖癥狀的效果顯著[3]，但涉及多成分、多靶點的作用機制尚不清楚。網絡藥理學是基于“疾病-基因-靶點-藥物”相互作用網絡的基礎上，通過網絡分析，系統研究藥物對疾病網絡的干預與影響，可揭示多分子藥物作用于人體的可能機制[4]，與中藥多成分、多靶點、多途徑的“整體性”特點不謀而合。本研究基于網絡藥理學探討黃連-肉桂藥對改善精神分裂癥患者肥胖癥狀的活性成分和潛在作用靶點，以期為后續藥效物質基礎和分子作用機制的探索提供理論指導。

1 對象與方法

1.1 對象 黃連-肉桂藥對的活性成分篩選使用中藥系統藥理學分析平臺(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform, TCMSP)(http://tcmspw.com/tcmsp.php)數據庫以及文獻檢索獲得藥物成分信息，包括兩味藥的多種成分、分子名稱(Molecule Name，MN)、口服生物利用度(Oral Bioavailability，OB)、血腦屏障(Blood Brain Barrier，BBB)、藥物相似性(Drug-likeness，DL)、藥物半衰期(Half-life，HL)等。篩選黃連-肉桂藥對活性分子時，設定參數為：OB≥30%；BBB≤-0.3；DL≥0.18；HL≤4 hours。依照篩選標準篩選出來的化學成分作為候選活性成分。

1.2 方法

1.2.1 黃連-肉桂藥對活性成分的靶蛋白分析 基于TCMSP 和DrugBank數據庫(https://www.drugbank.ca/)預測篩選出的黃連-肉桂藥對活性成分所對應的靶蛋白，并利用Uniprot數據庫(http://www. Uniprot.org/)的Uniprot ID將對應靶蛋白的全稱轉化為基因簡稱gene symbol。利用STRING數據庫(https://shengxin.ren/article/164)和Cytoscape軟件構建藥物-蛋白的關聯網絡。

1.2.2 精神分裂癥相關蛋白的蛋白質互作網絡(Protein-Protein Interaction Networks，PPI)分析 在CTD數據庫(http://ctdbase.org/)中以“精神分裂癥”為關鍵詞搜索相關蛋白，分析基因-疾病關系的信息，以幫助制定關于精神分裂癥相關蛋白的信息。篩選inference score在50分以上的相關基因，利用STRING(http://string.embl.de/)將篩選出的相關基因進行PPI分析。

1.2.3 肥胖癥相關蛋白的PPI分析 在CTD數據庫中以“肥胖”為關鍵詞搜索相關蛋白，分析基因-疾病關系的信息，以幫助制定關于肥胖癥相關蛋白的信息。篩選inference score在50分以上的相關基因，利用STRING將篩選出的相關基因進行PPI分析。

1.2.4 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對的相關蛋白的Venn圖構建 收集精神分裂癥與肥胖癥相關的共同靶蛋白，并和黃連-肉桂藥對的活性成分所對應的靶蛋白相比較，獲得黃連-肉桂藥對活性成分與精神分裂癥、肥胖癥的重合潛在靶蛋白。使用Cytoscape 3.6.0軟件構建黃連-肉桂藥對的“候選成分-作用靶標”網絡，使Omicshare平臺將藥物靶蛋白和疾病靶點相映射，繪制Venn圖。

2 結果

2.1 黃連-肉桂藥對的活性成分篩選結果 通過TCMSP數據庫以及文獻挖掘，篩選到黃連的活性成分小檗堿(Berberine)、穆坪馬兜鈴酰胺(Moupinamide)共2個和肉桂的活性成分柿葉提取物(PEL)、丁香酚(Eugenol)、異丁香酚(Isohomogenol )、茴香腦(Anethole)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)共5個。小檗堿的HL大于4 h，其因在黃連中含量較高而入選。詳見表1。

表1 黃連-肉桂藥對中候選活性成分及部分藥動學參數

2.2 黃連-肉桂藥對的活性成分的靶蛋白分析結果 共分析出22個靶蛋白，通過Cytoscape軟件構建藥物-蛋白的關聯網絡。如圖1所示。

2.3 精神分裂癥相關蛋白的PPI分析結果 共搜索到與精神分裂癥疾病相關的蛋白159個，在圖中用nodes表示。其中蛋白之間關聯關系共有868個，在圖中用edge表示。如圖2所示。

2.4 肥胖癥相關蛋白的PPI分析結果 共搜索到與肥胖癥相關的蛋白195個。如圖3所示。

2.5 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對相關蛋白的Venn圖構建 通過整理黃連-肉桂藥對活性成分的共同靶蛋白和精神分裂癥及肥胖癥的靶蛋白發現，有3個蛋白出現交集：HTR1A、ABCB5和INPP5A。如圖4所示。

圖4 精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對相關蛋白的Venn圖

3 討論

《本草正義》記載“黃連大苦大寒，苦燥濕，寒勝熱；心、脾、肝、腎之熱，膽、胃、大小腸之火，無不治之”。《素問·奇病論》描述“肥者令人內熱(火)”。黃連苦寒入心經、清降心火以下交腎水，肉桂辛熱入腎經、溫升腎水以上濟心火；一寒一熱，一陰一陽，清心降火，引火歸源。黃連-肉桂藥對用于治療肥胖有著堅實的中醫理論基礎。本研究基于TCMSP數據庫及文獻挖掘，篩選到黃連2個潛在活性成分、肉桂5個潛在活性成分，通過Cytoscape軟件構建藥物-蛋白的關聯網絡，獲得黃連-肉桂藥對活性成分涉及的22個靶蛋白。精神分裂癥、肥胖癥相關蛋白的PPI分析，共搜索到與精神分裂癥、肥胖癥相關的蛋白分別為159個和195個。通過精神分裂癥、肥胖癥與黃連-肉桂藥對活性成分相關蛋白的Venn圖構建，發現黃連-肉桂藥對的活性成分、精神分裂癥、肥胖癥均涉及到ABCB5、INPP5A和HTR1A，提示黃連-肉桂藥對可能通過作用于這些蛋白進而發揮改善精神分裂癥患者肥胖的作用。然而，網絡預測僅僅提示了黃連-肉桂藥對的可能藥理學機制，后續仍需要通過開展動物實驗進一步論證該預測結果。

精神分裂癥患者肥胖的病因包括疾病因素、抗精神病藥物影響、不良生活方式和飲食習慣等[5]。精神分裂癥患者HTR1A基因單核苷酸多態性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs)可能導致患者對阿立哌唑等抗精神病藥的激動作用產生不同反應， T-C-G單倍型與陰性癥狀改善程度較差相關，而相對少見的T-G-T單倍型與陰性癥狀改善程度較好相關[6]。以陰性癥狀為主的精神分裂癥患者因活動量少等不良生活方式容易出現肥胖，推測HTR1A基因缺陷可能是精神分裂癥伴發肥胖的共同病因。奧氮平等第二代抗精神病藥可通過拮抗5-HT2A/2C受體誘導中縫背核5-HT神經元釋放5-HT，5-HT代謝增加[7]，引起活性氧自由基(Reactive Oxygen Species，ROS)生成大于消除。積累的ROS可氧化5-HTT的半胱氨酸殘基[8]，損傷中樞5-HT神經元及其突觸[9]，導致5-HT神經元合成和釋放5-HT減少。因此，奧氮平可能通過降低中樞5-HT神經元活性下調5-HTR1A表達，增加攝食、減少能量消耗[7]，進而導致精神分裂癥患者伴發肥胖。

小檗堿能提高腦源性神經營養因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)表達[10]，修復中樞5-HT神經元及其突觸損傷[11]。在中樞神經細胞中過表達INPP5A，其軸突承載細胞的百分比增加[12]，結合網絡藥理學預測，黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過上調INPP5A表達促進中樞5-HT神經元及其突觸修復再生，增加5-HT神經元合成和釋放5-HT，激活5-HT信號通路，上調5-HTR1A表達。

黃連-肉桂藥對可協同改善精神分裂癥伴發肥胖癥狀[3]，其協同作用機制尚不清楚。BBB是指由腦毛細血管內皮細胞、周細胞、星形膠質細胞終足等連接構成的屏障系統。BBB幾乎使所有大分子藥物和98%的小分子藥物都不能進入腦組織[13，14]，影響中樞神經系統疾病治療。ABCB5是一種新的ABC多藥耐藥轉運體，可攜藥物排出細胞外[15]，抑制藥物透過BBB。黃連配伍肉桂可延長小檗堿與肌體細胞酶系、靶點相互作用時間以及藥效維持時間[16]，結合網絡藥理學預測，黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過調節ABCB5表達抑制小檗堿消除、促進小檗堿透過BBB，濃集于腦組織作用靶點以增加藥效。

綜上所述，黃連-肉桂藥對的活性成分可通過多靶點直接和間接作用改善精神分裂癥伴發肥胖癥狀，且靶點與精神分裂癥患者肥胖的發病機制有一定的重合性，提示黃連-肉桂藥對的活性成分可能通過作用于ABCB5、INPP5A和HTR1A等靶點發揮臨床療效。本研究不足之處是未能就藥物對治療靶點的作用路徑進行分析，有待進一步深入研究及實驗驗證。