張慧娟,張振巍,崔璀
1 駐馬店廣濟(jì)醫(yī)院,駐馬店 463000;2 解放軍第九八八醫(yī)院開封醫(yī)療區(qū),開封 475000;3 河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院,開封 450042
益母草為唇形科植物益母草Leonurus japonicusHoutt.的新鮮或干燥地上部分,味辛、苦,性微寒,歸心包、肝、膀胱經(jīng),具有活血調(diào)經(jīng)、利尿消腫、清熱解毒之效,臨床常用于月經(jīng)不調(diào)、痛經(jīng)經(jīng)閉、瘡瘍腫毒等。益母草的化學(xué)成份包括生物堿類、黃酮類、二萜類、脂肪酸類等,其中生物堿類是主要活性組份,以益母草堿和水蘇堿的研究較為深入。益母草堿常作為益母草質(zhì)量控制的考察指標(biāo),水蘇堿為益母草制劑中常檢測(cè)成份[1]。現(xiàn)代藥理學(xué)研究證實(shí)[2-3],益母草對(duì)子宮平滑肌有雙向調(diào)節(jié)作用,低劑量可興奮子宮平滑肌、高劑量可抑制子宮平滑肌,且對(duì)產(chǎn)后子宮內(nèi)膜損傷有修復(fù)作用,可減少產(chǎn)后出血量、縮短陰道出血時(shí)間[4];可調(diào)節(jié)心血管的舒縮功能,抑制血小板聚集,降低血液黏稠度,改善血液流變學(xué)相關(guān)指標(biāo),通過調(diào)節(jié)B、T淋巴細(xì)胞水平調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)等[5]。產(chǎn)后出血是產(chǎn)婦分娩過程中的常見并發(fā)癥之一,也是直接導(dǎo)致產(chǎn)婦死亡的主要病因。產(chǎn)后出血的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)為:胎兒娩出或剖宮產(chǎn)后1h 內(nèi)陰道出血量超過500ml、24h 出血量超過1500ml 或超過總體血容量的25%,且產(chǎn)婦出現(xiàn)凝血功能障礙、失血性休克及多器官功能衰竭等病情危重之象[6]。基于此,本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法探討益母草治療產(chǎn)后出血的作用機(jī)制,為進(jìn)一步研究益母草提供理論依據(jù)。
采用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP,https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php),以口服利用度(oral bioavailability,OB)≥30%、藥物相似度(drug-likeness,DL)≥0.18 為條件篩選益母草的主要化學(xué)成份;查閱文獻(xiàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)一步補(bǔ)充有明確基因靶點(diǎn)的重要化合物。以Excel 2010 版軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理。
將“1.1”項(xiàng)下篩選到的化合物輸入到CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://ctdbase.org/)中進(jìn)行靶點(diǎn)篩選。查看化合物對(duì)應(yīng)的基因靶點(diǎn),并下載各化合物對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)信息,以Excel 2010 版軟件對(duì)各靶點(diǎn)信息進(jìn)行匯總、去重,采用Uniprot 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.uniprot.org/)對(duì)基因名稱進(jìn)行校正。剔除非人類基因,將數(shù)據(jù)整合后得到益母草化學(xué)成份-基因靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。
以“postpartum hemorrhage”為關(guān)鍵詞在CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索,篩選與產(chǎn)后出血相關(guān)的靶點(diǎn)信息,下載并保存為xlsx 格式。采用Uniprot 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)疾病靶點(diǎn)信息進(jìn)行校正,建立疾病靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。采用CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)中的MyGeneVenn 工具(https://ctdbase.org/tools/myGeneVenn.go)獲得益母草化學(xué)成份作用靶點(diǎn)與產(chǎn)后出血相關(guān)疾病靶點(diǎn)的交集基因,以Excel 2010 版軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理。采用DAVID 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://david.ncifcrf.gov/)補(bǔ)充疾病靶點(diǎn)基因數(shù)據(jù)。
將交集基因?qū)氲組etascape 在線分析平臺(tái)(http://metascape.org/gp/index.html#/main/step1),進(jìn)行交集基因的基因本體(gene ontology,GO)分類功能富集分析和京都基因與基因組百科全書全基因組及代謝途徑富集分析(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG),并將分析結(jié)果進(jìn)行MCODE 分析,進(jìn)一步闡明益母草治療產(chǎn)后出血的潛在作用機(jī)制;其分析結(jié)果導(dǎo)入到微生信可視化數(shù)據(jù)分析在線平臺(tái)(http://www.bioinformatics.com.cn/)并繪制氣泡圖;將上述交集基因采用STRING 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://cn.string-db.org/)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,采用KOBAS 數(shù)據(jù)庫(kù)(http://kobas.cbi.pku.edu.cn/genelist/)對(duì)交集基因進(jìn)行補(bǔ)充分析,整合各信號(hào)通路類型。
TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出的益母草主要化學(xué)成份共8 個(gè),經(jīng)查閱文獻(xiàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)補(bǔ)充,共計(jì)10個(gè)化合物,見表1。

表1 益母草中的主要化學(xué)成份
10 個(gè)化學(xué)成份涉及的作用靶點(diǎn)數(shù)目共4238 個(gè)(去除重復(fù)作用靶點(diǎn));采用CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索產(chǎn)后出血共915 個(gè)基因靶點(diǎn);采用MyGeneVenn 工具進(jìn)行交互處理,得到515 個(gè)共同靶點(diǎn),見圖1。

圖1 益母草主要化學(xué)成份作用靶點(diǎn)-產(chǎn)后出血靶點(diǎn)交集韋恩圖
考慮到共同靶點(diǎn)數(shù)目較多,數(shù)據(jù)分析量龐大,且CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)中基因靶點(diǎn)均為藥物治療關(guān)鍵靶點(diǎn),因此以臨床常用治療藥物對(duì)應(yīng)基因靶點(diǎn)進(jìn)一步篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)。CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的產(chǎn)后出血相關(guān)治療藥物共有9 種,包括阿司匹林(aspirin)、卡貝縮益母草主要化學(xué)成份作用靶點(diǎn) 產(chǎn)后出血基因靶點(diǎn)宮素(carbetocin)、地諾前列酮(dinoprostone)、甲基麥角新堿(methylergonovine)、米索前列醇(misoprostol)、硝普鈉(sodium nitroprusside)、催產(chǎn)素(oxytocin)、硫前列酮(sulprostone)、間構(gòu)三烯(syntometrine)。本研究選取國(guó)內(nèi)已上市藥物(地諾前列酮、甲基麥角新堿、米索前列醇、催產(chǎn)素)對(duì)應(yīng)的基因靶點(diǎn)作為關(guān)鍵靶點(diǎn),共計(jì)186個(gè)。將益母草主要化學(xué)成份作用靶點(diǎn)與產(chǎn)后出血關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行交集分析,并導(dǎo)入到Metascape 在線分析平臺(tái),限定物種為“人”,繪制PPI 網(wǎng)絡(luò)圖,見圖2。

圖2 益母草治療產(chǎn)后出血潛在關(guān)鍵靶點(diǎn)的PPI 網(wǎng)絡(luò)圖
將共同靶點(diǎn)導(dǎo)入到DAVID 數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行交集基因GO 分析,收集靶標(biāo)基因或蛋白質(zhì)的細(xì)胞組份(cellular component,CC)、分子功能(molecular function,MF)及生物過程(biological process,BP)。刪除GO 分析關(guān)聯(lián)最少的基因,共納入505 個(gè)共有基因。其中,BP 分析共納入基因505 個(gè)(100.0%),涉及1189 個(gè)條目注釋,主要包括分子細(xì)胞生長(zhǎng)、維持、信號(hào)傳導(dǎo)生物調(diào)節(jié)、應(yīng)激反應(yīng)途徑等;CC 分析共納入基因504 個(gè)(99.8%),涉及123 個(gè)條目注釋,主要包括細(xì)胞組份、細(xì)胞器、位于細(xì)胞器位置的基因產(chǎn)物或基因產(chǎn)物組等;MF分析共納入基因499 個(gè)(98.8%),涉及217 個(gè)條目注釋,主要包括催化活性、結(jié)合活性強(qiáng)度、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性、分子功能調(diào)節(jié)等。按P值進(jìn)行排序,排名前10 位的GO 功能富集分析結(jié)果見表2,氣泡圖見圖3。
由表2 和圖3 可知,益母草主要化學(xué)成份參與藥效的BP 主要涉及對(duì)藥物的反應(yīng)、對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)分析(增殖與凋亡)、炎癥反應(yīng)響應(yīng)等多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑;CC 主要有細(xì)胞外間隙、循環(huán)通路等。對(duì)藥物的反應(yīng)(response to drug)為GO 富集分析中最顯著性因素,提示藥物刺激所導(dǎo)致的細(xì)胞或有機(jī)體狀態(tài)或活動(dòng)(運(yùn)動(dòng)、分泌、酶的產(chǎn)生、基因表達(dá)等)發(fā)生變化可能對(duì)產(chǎn)后出血影響更為明顯。

表2 益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的GO 功能富集分析(前10 位)

圖3 益母草—產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的GO 富集氣泡圖(前20 位)
將共同靶點(diǎn)導(dǎo)入到DAVID 數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行交集基因KEGG 分析。刪除KEGG 分析關(guān)聯(lián)最少的基因,共納入505 個(gè)基因,涉及信號(hào)通路152 個(gè)。按P值進(jìn)行排序,排名前10 位的KEGG 通路富集分析結(jié)果見表3,氣泡圖見圖4。
由表3、圖4 可知,益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)涉及癌癥通路(癌癥、胰腺癌、前列腺癌、癌癥中的蛋白多糖)、炎癥相關(guān)通路(TNF)、信號(hào)傳導(dǎo)通路(HIF-1、PI3K/Akt、FoxO、MAPK)、疾病通路(乙肝、錐蟲病、弓形蟲病、甲型流感病毒、利什曼病、慢性粒細(xì)胞白血病、麻疹、肺結(jié)核)和其他信號(hào)通路(細(xì)胞凋亡、HTLV-1 感染、破骨細(xì)胞分化)。

圖4 益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的KEGG 富集氣泡圖(前20 位)

表3 益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的KEGG 通路富集分析(前10 位)
匯總益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的GO 條目并以P值進(jìn)行排序,按照各KEGG 通路將對(duì)應(yīng)基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,按P值水平進(jìn)行聚類。KEGG 分析和GO 分析獨(dú)立應(yīng)用于每個(gè)MCODE 組件,并保留P值的3 個(gè)最佳評(píng)分作為相應(yīng)組件的功能描述。MCODE 分析可通過利用PPI 網(wǎng)絡(luò)中蛋白之間固有的關(guān)系尋找重要關(guān)聯(lián)程度的基因簇,并從基因簇中標(biāo)注核心基因。MCODE 將PPI 網(wǎng)絡(luò)分為7 個(gè)基因簇,以基因簇的P值和GO 注釋來源進(jìn)行排序,結(jié)果見表4。

表4 益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)MCODE 信號(hào)途徑關(guān)聯(lián)分析
根據(jù)《中國(guó)藥典》2020 年版一部中益母草含量測(cè)定項(xiàng)下相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),選定益母草中指標(biāo)性成份(即鹽酸水蘇堿、鹽酸益母草堿)進(jìn)行分子作用機(jī)制預(yù)測(cè)。將水蘇堿(stachydrine)、益母草堿(leonurine)導(dǎo)入CTD 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢其作用靶點(diǎn),并進(jìn)行GO 功能分析、KEGG 通路分析。結(jié)果顯示,水蘇堿關(guān)聯(lián)基因靶點(diǎn)11 個(gè),涉及KEGG 信號(hào)通路共計(jì)71 個(gè),GO 條目277 個(gè);益母草堿關(guān)聯(lián)基因靶點(diǎn)11 個(gè),涉及KEGG 信號(hào)通路共計(jì)96 個(gè),GO 條目420 個(gè);水蘇堿-益母草堿共有KEGG 信號(hào)通路63 個(gè),共有GO 條目202 個(gè),排名前10 位的共有KEGG 信號(hào)通路見表5。

表5 水蘇堿-益母草堿共有KEGG 信號(hào)通路(前10 位)
正常情況下,胎兒娩出后子宮肌群會(huì)發(fā)生有效收縮進(jìn)而壓迫血管、抑制血管出血,宮縮乏力則可導(dǎo)致產(chǎn)后出血,因此促進(jìn)子宮收縮是臨床治療產(chǎn)后出血的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。縮宮素是臨床常用的宮縮藥物,但其宮縮作用強(qiáng)度與患者受體水平有關(guān),且宮縮時(shí)間有限、呈現(xiàn)“天花板效應(yīng)”,即受體點(diǎn)位結(jié)合飽和后再增加藥物劑量,不但不能提高其作用強(qiáng)度,還可能導(dǎo)致不良反應(yīng)[7]。本研究中,益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)涉及TNF 信號(hào)通路。有研究表明,產(chǎn)后出血會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)大量炎癥因子被激活并釋放,腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的大量釋放會(huì)加劇炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),炎癥因子的持續(xù)浸潤(rùn)會(huì)進(jìn)一步加劇局部組織破壞和器官功能障礙[8];TNF 對(duì)正常細(xì)胞無明顯毒性,其與TNF受體結(jié)合后,可激活該因子,調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、凋亡等生理效應(yīng)[9]。
益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)的GO 富集分析結(jié)果顯示,益母草主要化學(xué)成份參與的藥效主要涉及對(duì)藥物的反應(yīng)、細(xì)胞外間隙、細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)控、細(xì)胞增殖的正調(diào)控、蛋白結(jié)合能力、平滑肌細(xì)胞增殖的正調(diào)控、缺氧反應(yīng)、酶結(jié)合及胞漿刺激等作用。其中,對(duì)藥物的反應(yīng)(response to drug,GO:0009410)影響最為顯著,涉及共同靶點(diǎn)78個(gè)(15.4%)。該生物過程的上游過程分析結(jié)果顯示,任何導(dǎo)致細(xì)胞或有機(jī)體狀態(tài)或活動(dòng)(運(yùn)動(dòng)、分泌、酶的產(chǎn)生、基因表達(dá)等)發(fā)生變化的過程都是由于外源性物質(zhì)的刺激,這種外源性物質(zhì)可以由另一種生物體合成,也可以是一種人工合成化學(xué)品。該結(jié)果提示益母草的主要化學(xué)成份可對(duì)產(chǎn)后出血相關(guān)基因產(chǎn)生刺激作用,并誘導(dǎo)基因合成相應(yīng)蛋白,活性蛋白與相應(yīng)靶點(diǎn)受體結(jié)合進(jìn)而刺激子宮肌層,誘導(dǎo)肌層血管閉合等,促使子宮產(chǎn)生收縮效應(yīng)[10]。細(xì)胞外間隙(extracellular space,GO:0005615)是指多細(xì)胞有機(jī)體中位于細(xì)胞外的部分,通常位于質(zhì)膜外,并被液體占據(jù),包括在細(xì)胞外、生物體內(nèi)的一切(不包括細(xì)胞外基質(zhì)),即從細(xì)胞分泌到間質(zhì)液或血液中的多細(xì)胞有機(jī)體的基因產(chǎn)物[11]。
KEGG 通路富集結(jié)果顯示,益母草-產(chǎn)后出血共同靶點(diǎn)主要涉及癌癥途徑、乙型肝炎途徑、TNF途徑、胰腺癌途徑、HIF-1 信號(hào)傳導(dǎo)通路、癌癥蛋白多糖等。益母草中的萜類化合物可明顯改善血液流變學(xué)指標(biāo),該臨床研究與KEGG 富集分析得出的益母草主要化學(xué)成份作用靶點(diǎn)可富集在乙型肝炎、血小板活化(如MAPK 信號(hào)通路等)、平滑肌調(diào)節(jié)(如PI3K/Akt 信號(hào)通路等)等信號(hào)通路的結(jié)果相吻合;TNF 途徑等炎癥信號(hào)通路的富集結(jié)果提示益母草主要化學(xué)成份可能有抗炎作用;多種癌癥信號(hào)通路的富集提示益母草化學(xué)成份可能對(duì)癌癥有一定抵抗作用[12]。臨床研究發(fā)現(xiàn)[13],益母草提取物及益母草醇提物對(duì)體外人宮頸癌有抵抗活性;即益母草可能通過PI3K/Akt、MAPK 等信號(hào)途徑發(fā)揮活血、止血雙向調(diào)節(jié)作用。乙型肝炎信號(hào)通路為影響產(chǎn)后出血的首要因素,有研究發(fā)現(xiàn)[14],乙型肝炎患者的正常肝細(xì)胞僅有10%,正常肝細(xì)胞功能下降可導(dǎo)致機(jī)體凝血功能障礙,再加上分娩過程中機(jī)體能量大量消耗,體內(nèi)肝糖原分解加速、產(chǎn)婦宮縮疼痛致使產(chǎn)后進(jìn)食量減少,機(jī)體能量供應(yīng)不足可導(dǎo)致產(chǎn)后出血[15]。
益母草可通過接觸激活系統(tǒng)(contact activation system,CAS)和激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)(kallikrein-kinin system,KKS)治療產(chǎn)后出血[16]。CAS 是由凝血因子Ⅻ(factor Ⅻ,F(xiàn)Ⅻ)啟動(dòng)的血漿蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng),包括激活促炎性KKS 和內(nèi)源性凝血途徑。CAS 由帶電或中性表面FⅫ自動(dòng)激活啟動(dòng),并將血漿前激肽釋放酶(pekallikrein,PK)轉(zhuǎn)化為血漿激肽釋放酶,導(dǎo)致激肽釋放酶對(duì)FⅫ產(chǎn)生激活放大作用,并促使二者處于相互激活狀態(tài)。CAS 還可通過2 個(gè)分支發(fā)揮效應(yīng):①炎癥分支,經(jīng)FⅫ激活啟動(dòng)后的CAS 可進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié),再次激活內(nèi)皮細(xì)胞表面的接觸因子FⅫ和PK,導(dǎo)致緩激肽(bradykinin,BK)的釋放,進(jìn)而發(fā)揮抗炎作用。②凝血分支,可激活血小板表面的FⅫ和FⅪ[17],進(jìn)而發(fā)揮凝血作用。CAS 是凝血和炎癥之間相互作用的中心,也是影響心血管系統(tǒng)各疾病的根本原因。生理情況下血液流動(dòng)和血液凝固之間通常保持良好的平衡,血液凝固功能障礙則會(huì)導(dǎo)致出血或血栓形成[18]。內(nèi)源性凝血途徑(FⅧ、FⅨ和FⅪ)的缺陷與顯著出血傾向相關(guān),如隱性遺傳凝血障礙性疾病血友病A(FⅧ缺乏)和血友病B(FⅨ缺乏)與自發(fā)性、過度出血有關(guān),尤其是與關(guān)節(jié)炎和肌肉血腫有關(guān);FⅪ缺陷通常會(huì)導(dǎo)致不太嚴(yán)重的出血傾向[19]。雖然PK 和FⅫa被認(rèn)為是內(nèi)源性凝血途徑的上游觸發(fā)因素,但這些因素對(duì)血栓形成和出血的臨床意義尚不完全清楚。
益母草指標(biāo)性成份分子作用機(jī)制預(yù)測(cè)結(jié)果提示,水蘇堿和益母草堿主要通過調(diào)控關(guān)鍵細(xì)胞因子表達(dá)水平進(jìn)而發(fā)揮抗炎、免疫調(diào)控作用。一方面,可誘導(dǎo)多種細(xì)胞類型表達(dá)(如巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞亞群、B 淋巴細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞等),并發(fā)揮抗原呈遞作用,促進(jìn)多種免疫細(xì)胞的成熟及分化。另一方面,可通過NF-κB 信號(hào)通路影響細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)和分解代謝相關(guān)因子合成,誘導(dǎo)抑制炎癥的相關(guān)因子的表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮抗炎作用。白細(xì)胞介素與細(xì)胞表面結(jié)合并合成低分子量的蛋白質(zhì),此類小分子蛋白質(zhì)可影響組織修復(fù)、生長(zhǎng)、造血功能的穩(wěn)態(tài)、免疫系統(tǒng)的防御等作用[20],益母草對(duì)產(chǎn)后出血的調(diào)控機(jī)制可能與此信號(hào)傳導(dǎo)途徑有關(guān)。
本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法對(duì)益母草治療產(chǎn)后出血的作用機(jī)制進(jìn)行了多成份、多靶點(diǎn)的交互分析,初步闡釋了益母草治療產(chǎn)后出血的基本藥理學(xué)作用和相關(guān)機(jī)制,益母草的主要活性成份(如益母草堿等)可從免疫調(diào)節(jié)、抗炎、造血功能穩(wěn)態(tài)等多方面治療產(chǎn)后出血。但本研究?jī)H為益母草治療產(chǎn)后出血作用機(jī)制的理論分析與預(yù)測(cè),后期將從分子對(duì)接和實(shí)驗(yàn)藥理學(xué)2 個(gè)方面開展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),為益母草的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。