中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)闡釋*

劉崢嶸，林思濠，繆思怡，鄭 嵐，林偉杰，馬詩瑜△，卞曉嵐△

（1. 上海健康醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，上海 201318； 2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院，上海 200023； 3. 廣東省珠海市人民醫(yī)院·暨南大學(xué)附屬珠海醫(yī)院，廣東 珠海 519099）

“異病同治”屬中醫(yī)基礎(chǔ)治療手段，首見于《黃帝內(nèi)經(jīng)》，《傷寒雜病論》中也記載了大量“異病同治”的辨證論治實(shí)踐和方法。“異病同治”是指因不同的疾病在其發(fā)展過程中出現(xiàn)了相同的病證，故選擇同種治療方法的原則，其核心思想在于“辨病”與“辨證”結(jié)合，即病異、同證、同治［1］。如久瀉脫肛、子宮下垂、胃下垂屬不同疾病，但中醫(yī)學(xué)認(rèn)為三者均為中氣下陷證，故可采用具有升提中氣功效的補(bǔ)中益氣湯進(jìn)行治療［2］。近年來，“異病同治”理論在中醫(yī)臨床治療中有著重要指導(dǎo)作用［3-5］，是中醫(yī)藥發(fā)展過程中不可或缺的一部分。在此，對中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)進(jìn)行闡釋。

1 研究現(xiàn)狀

“異病同治”理論雖應(yīng)用于中藥復(fù)方對證治療歷史悠久，但中藥復(fù)方/制劑具有多成分、多途徑、多靶點(diǎn)協(xié)同作用的特點(diǎn)［6-7］，故直觀、全面地闡釋其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制很有必要。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)包含了系統(tǒng)生物學(xué)、藥理學(xué)、生物信息學(xué)等交叉學(xué)科，基本思路是通過疾病- 基因- 靶點(diǎn)- 藥物互作網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過拓?fù)鋮?shù)分析及蛋白互作網(wǎng)絡(luò)（PPI）等可視化操作，詳細(xì)闡明藥物的作用靶點(diǎn)、作用機(jī)制及生理、病理過程等，探索藥物對疾病網(wǎng)絡(luò)的影響與干預(yù)［8-10］。這種多層次、多角度的研究策略與傳統(tǒng)中醫(yī)藥的系統(tǒng)性與整體觀不謀而合，中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究也越來越多，其研究現(xiàn)狀見表1。

表1 中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究Tab.1 Researches of TCM theory of "homotherapy for heteropathy" based on network pharmacology

2 研究思路

2.1 篩選中藥復(fù)方有效化學(xué)成分

在中藥成分?jǐn)?shù)據(jù)庫中查找中藥復(fù)方的化學(xué)成分，以口服生物利用度［29］（OB）≥30%和類藥性［30］（DL）≥0.18為篩選指標(biāo)。除OB 和DL 外，還有很多其他藥學(xué)和生物特性影響化合物的活性，如有研究將人結(jié)腸癌細(xì)胞系Caco-2細(xì)胞滲透率≥-0.04納入篩選條件［25，28］，主要考慮胃腸道的吸收作用。故在篩選和最終確定有效化學(xué)成分時(shí)需仔細(xì)考慮各因素對化合物的影響，同時(shí)也應(yīng)考慮疾病因素。

2.2 明確疾病和中藥化學(xué)成分的相關(guān)靶點(diǎn)/靶標(biāo)

在化合物靶點(diǎn)/靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫中查找有效化學(xué)成分對應(yīng)的靶點(diǎn)/靶標(biāo)，在疾病靶點(diǎn)/靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫中查找與疾病對應(yīng)的靶點(diǎn)/靶標(biāo)，取藥物靶點(diǎn)/靶標(biāo)與疾病靶點(diǎn)/靶標(biāo)的交集，作為潛在靶點(diǎn)/ 靶標(biāo)。校正靶點(diǎn)/ 靶標(biāo)的基因名稱，整合、去除重復(fù)靶點(diǎn)/靶標(biāo)或無對應(yīng)有效化學(xué)成分的靶點(diǎn)/靶標(biāo)。

2.3 挖掘靶點(diǎn)/靶標(biāo)的蛋白質(zhì)相互作用和生物功能

構(gòu)建不同疾病與中藥復(fù)方的成分-靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)與PPI，并運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)可視化軟件分析疾病節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)，從分子層面解析中藥復(fù)方治療相關(guān)不同疾病的作用機(jī)制。同時(shí)，對中藥復(fù)方中化學(xué)成分調(diào)控不同疾病的共同通路進(jìn)行富集分析，篩選出一系列顯著富集的生物學(xué)過程與生物通路。

2.4 探索有效成分與靶點(diǎn)/靶標(biāo)的結(jié)合度

將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中等級值較高的藥物活性成分與疾病靶點(diǎn)/靶標(biāo)進(jìn)行分子對接，找到底物分子和受體分子的最佳結(jié)合位置及結(jié)合強(qiáng)度，最終獲得配體和受體的結(jié)合優(yōu)勢構(gòu)象，以更立體和明確地闡明中藥復(fù)方“異病同治”的分子機(jī)制。

2.5 研究思路流程

詳見圖1。

圖1 中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究思路Fig.1 Research ideas of TCM theory of "homotherapy for heteropathy" based on network pharmacology

3 研究方法與工具

3.1 靶點(diǎn)/靶標(biāo)查詢

中藥復(fù)方與相關(guān)疾病的數(shù)據(jù)庫是構(gòu)建“異病同治”網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)［31］，常用數(shù)據(jù)庫主要分為藥物化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫及中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫、生物分子網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、疾病/靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、通路信息數(shù)據(jù)庫，詳見表2。這些數(shù)據(jù)庫為研究人員提供了豐富的藥物分子結(jié)構(gòu)、功能、信號通路及中藥復(fù)方與生物分子間相互作用等多類別的信息數(shù)據(jù)［32］。此外，采取組學(xué)技術(shù)或中藥化學(xué)成分分析等方法得到的數(shù)據(jù)也是生物網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的來源。

表2 中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的公共數(shù)據(jù)庫Tab.2 Public databases of TCM network pharmacology

3.2 生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析

構(gòu)建：生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和分析主要是為了說明藥物與疾病之間的關(guān)聯(lián)性，故闡述“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)關(guān)鍵在于生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和分析。構(gòu)建PPI獲取蛋白相互作用關(guān)系時(shí)，可從String 數(shù)據(jù)庫中獲取多個(gè)蛋白間的PPI。將前期收集的互作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，通過可視化軟件（Cytoscape，Pajek，GUESS，WIDAS 等）可直觀地呈現(xiàn)相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可被定義為活性成分、靶點(diǎn)分子、藥物、疾病等，是生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心。當(dāng)節(jié)點(diǎn)間存在相互作用時(shí)，則使用邊進(jìn)行連接，如基因調(diào)控相互作用、基因共表達(dá)等。

網(wǎng)絡(luò)分析：通常包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)信息計(jì)算、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)生成和比較、網(wǎng)絡(luò)分層和聚類［52-54］，目前的大部分研究是基于Cytoscape 的Network Analysis 功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。其中，度值（degree）、中心度值（betweenness centrality）、邊介數(shù)（edge betweenness）、緊密度（closeness）、特征向量（eigenvector）、局部平均連通度（LAC）、網(wǎng)絡(luò)（network）、評分（score）為重要的分析參數(shù)［55-57］。Degree 表示在網(wǎng)絡(luò)中與該節(jié)點(diǎn)直接作用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。Score 反映該節(jié)點(diǎn)及周邊節(jié)點(diǎn)的密集程度，表示在網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)擔(dān)任其他2個(gè)節(jié)點(diǎn)間最短路徑的通過次數(shù)。某一節(jié)點(diǎn)的degree 越大，則流經(jīng)這一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)就越多，故成為網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（hubs）。Hubs 和degree 是生物網(wǎng)絡(luò)分析的核心，擁有高degree值是核心靶標(biāo)篩選的重點(diǎn)。如葛俊德等［24］在火把花根片的研究中根據(jù)上述分析參數(shù)對PPI 進(jìn)行2次篩選，第1次以degree ≥2倍中位數(shù)為篩選條件進(jìn)行篩選，第2次以degree，betweenness，closeness，eigenvector，LAC，network 均大于或等于其中位數(shù)，且score ＞2 和K - Core= 2 為條件進(jìn)行核心靶點(diǎn)篩選，再利用Cytoscape軟件中MCODE 插件進(jìn)行后續(xù)模塊的分析。褚福浩等［28］在探討蠶沙“異病同治”作用機(jī)制的研究中使用節(jié)點(diǎn)連接度、介度和closeness 作為篩選指標(biāo)，再合并（merge）根據(jù)每個(gè)指標(biāo)選出的靶點(diǎn)，從而選出了核心靶點(diǎn)。

3.3 分類模型的構(gòu)建

分類模型的構(gòu)建能使網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在復(fù)雜生物相互作用網(wǎng)絡(luò)中獲取整體的機(jī)制性信息，并為發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)方有效化學(xué)成分的靶標(biāo)提供了前提。LI 等［58］采用支持向量機(jī)（SVM）、K - 近鄰算法（K - NN）、樸素貝葉斯（NB）、C4.5 決策樹算法（C4.5 DT）和隨機(jī)森林（RF）5 種分類模型構(gòu)建算法對蜜蜂毒性化合物進(jìn)行了生物信息學(xué)計(jì)算。SVM 是一種基于核函數(shù)的二分類模型，通過引入核函數(shù)來處理高維空間問題［59］。K-NN 是根據(jù)某一目標(biāo)距離最近的K個(gè)點(diǎn)的類別來判斷其歸屬類別，屬于一種基于有監(jiān)督學(xué)習(xí)的分類算法，擁有非參、惰性特點(diǎn)，且目標(biāo)只在局部近似分類，所有計(jì)算都在分類后進(jìn)行［60］。基于貝葉斯規(guī)則的NB 是一種簡單的分類算法，對于某一待分類項(xiàng)，求解在此項(xiàng)出現(xiàn)的情況下各個(gè)類別出現(xiàn)的概率，待分類項(xiàng)歸屬于概率最大的類別［61］。C4.5 DT 是Ross - Quinlan 開發(fā)的分類決策樹算法，能處理屬性為連續(xù)值的數(shù)據(jù)［62］。在決策樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，C4.5 DT 不直接選擇增益率最高的屬性分類，而候選增益率高于平均水平的屬性，保證在含有大部分好的特征屬性的前提下選擇增益率最高的屬性，從而產(chǎn)生的分類易被研究者理解。RF 通過對數(shù)據(jù)集的采樣生成多個(gè)不同的數(shù)據(jù)集，并在每個(gè)數(shù)據(jù)集上構(gòu)造出一顆決策樹［63］。當(dāng)某一新的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)入RF 算法，其被某一類別選擇最多，便預(yù)測這個(gè)樣本歸屬為那一類。

盡管上述5 種分類構(gòu)建模型被廣泛應(yīng)用于毒理學(xué)研究［64-66］，但這些算法是高效、穩(wěn)定的，故在“異病同治”的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)領(lǐng)域也具有應(yīng)用前景與可行性。

3.4 信號通路與生物功能富集分析

基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中藥復(fù)方對“異病同治”的作用機(jī)制，主要采用信號通路與生物功能富集分析。常用的生物功能富集分析主要是基因本體論（GO）富集分析和京都基因與基因組百科全書［49］（KEGG）通路富集分析，再根據(jù)超幾何算法得出的調(diào)整P＜0.05 的設(shè)定，對KEGG 與GO 功能分析進(jìn)行排序，從而揭示中藥成分作用靶點(diǎn)調(diào)節(jié)的生物過程及與疾病相關(guān)靶點(diǎn)的相互作用，闡述中藥復(fù)方“異病同治”的作用機(jī)制。GO 是對所有基因功能進(jìn)行描述的本體數(shù)據(jù)庫，用以描述基因和基因產(chǎn)物的生物學(xué)屬性。KEGG 是一個(gè)整合基因組、化學(xué)和系統(tǒng)功能信息的數(shù)據(jù)庫，具有直觀的圖形功能，用以展示眾多的代謝途徑及各途徑間的關(guān)系，其中最核心的為KEGG Pathway 和KEGG Orthology 數(shù)據(jù)庫。

核心靶標(biāo)參與的重要KEGG 信號通路與GO 生物過程可通過在線網(wǎng)站DAVID［67］（https：// david - d.ncifcrf.gov/）或KOBAS 3.0［68］（http：//kobas.cbi.pku.edu. cn/ kobas3）富集分析獲得，富集分析前需將蛋白質(zhì)名稱轉(zhuǎn)換為官方基因名稱（office gene symbol）。有研究也使用R 語言對富集分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理，使其更加清晰、美觀［12，25］。

3.5 分子對接技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探究“異病同治”相關(guān)的研究，一般采用反向分子對接技術(shù)預(yù)測中藥復(fù)方中有效化學(xué)成分的靶點(diǎn)/靶標(biāo)，同時(shí)采用正向分子對接技術(shù)探索化合物與潛在靶點(diǎn)相互作用機(jī)制與結(jié)合作用的強(qiáng)弱關(guān)系，尋找最優(yōu)構(gòu)型，預(yù)測其結(jié)合模式與親和力，通過打分函數(shù)挑選出與受體親和力最佳的配體。如李靜等［69］運(yùn)用在線平臺PharmMapper［70］（http：/ / www. lilab - ecust.cn/pharmmapper/），采用反向分子對接技術(shù)預(yù)測款冬花止咳化痰主要活性成分的作用靶點(diǎn)，并探討了其多成分、多靶點(diǎn)、多通路的作用機(jī)制。

4 展望

現(xiàn)今關(guān)于中醫(yī)“異病同治”理論的解釋主要有兩種觀點(diǎn)。一部分學(xué)者認(rèn)為，“異病同治”的核心在于病證結(jié)合，即不同疾病出現(xiàn)相同的證候時(shí)可采用同種治療方法治療［71-72］。通過辨病能掌握疾病發(fā)生、發(fā)展的基本規(guī)律，確定其病灶；通過“望聞問切”的傳統(tǒng)中醫(yī)問診方法可獲得疾病在某個(gè)階段發(fā)展的主要特征，從而給予精確的治療方案［73］。“治同”“治異”的關(guān)鍵不在于“病”的同異，而在“證”的同異［74］。另有學(xué)者提出，“異病同治”可從身體體質(zhì)著手，體質(zhì)與證候間有一定的內(nèi)在聯(lián)系，故可采用相同療法［75］。兩種觀點(diǎn)都將證候（或體質(zhì)）視為“異病同治”理論中不可或缺的部分，而“異病同治”的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究基于此方面的研究尚有不足。通過數(shù)據(jù)庫查找中醫(yī)證候（或體質(zhì)）相關(guān)基因、蛋白等，再與疾病聯(lián)系，構(gòu)建體質(zhì)- 成分- 疾病- 靶點(diǎn)綜合關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行中藥復(fù)方“異病同治”的理論分析，可成為未來研究的方向與目標(biāo)。

盡管網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在“異病同治”的研究已備受關(guān)注，但仍有許多問題值得重視。首先，中藥成分?jǐn)?shù)據(jù)庫現(xiàn)有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、不可控性及研究方向的偏向性有

待解決。由于中藥成分?jǐn)?shù)據(jù)庫的種類多種多樣，導(dǎo)致其更新頻次、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)來源層次不清。中藥成分?jǐn)?shù)據(jù)庫提供的化學(xué)成分信息多為體外分離提取，未涉及體內(nèi)藥代動力學(xué)等領(lǐng)域，而中藥真正發(fā)揮藥效作用的物質(zhì)是其血中移行成分［76］。其次，復(fù)方中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究是基于分類模型算法及拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的研究方法，網(wǎng)絡(luò)中的作用關(guān)系仍需后續(xù)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中通常忽略中藥成分的含量，缺乏藥代動力學(xué)基礎(chǔ)，含量和藥物濃度在實(shí)際運(yùn)用中對藥效有影響。目前，中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究一般以O(shè)B 和DL 作為篩選條件確定有效化學(xué)成分，即使避免了將含量高、口服吸收差的化學(xué)成分作為有效成分，也還是忽視了含量和藥物濃度對藥效的影響［9］。綜上所述，雖然中醫(yī)“異病同治”理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究仍處于初步階段，但隨著數(shù)據(jù)庫信息的不斷完善、分類模型的優(yōu)化與改良、實(shí)驗(yàn)結(jié)合多組學(xué)數(shù)據(jù)等措施的實(shí)施，未來的研究將加深人們對中醫(yī)治療復(fù)雜疾病的了解與認(rèn)識，并結(jié)合中醫(yī)證候開拓“異病同治”的研究思路，推動中醫(yī)藥的傳承與創(chuàng)新，加快中醫(yī)藥現(xiàn)代化和國際化的進(jìn)程。