基于網絡藥理學探究川芎抗心肌缺血再灌注損傷的作用機制

徐湛翔 王孝錦 李 爽 李 姝 李 麗

(1 牡丹江醫學院 黑龍江 牡丹江 157000 2 牡丹江醫學院附屬紅旗醫院 黑龍江 牡丹江 157000)

心血管疾病一直是威脅人類健康的重大疾病之一，研究顯示，我國人群慢性病導致的死亡約占總死亡人數的88.7%，其中心血管疾病約占42.6%，且患病率、死亡率逐年上升[1]。心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)是指冠狀動脈部分或者是完全急性梗阻之后，在一定時間內又重新獲得再通時，缺血的心肌雖然得以恢復正常的灌注，但是它的組織損傷反而會呈進行性加重的一個病理過程。目前，對于MIRI的治療主要是藥物治療，包括兩個方面，一是中藥治療，二是現代藥物治療，中藥治療由于其針對性強，療效持久穩定，毒副作用低受到了臨床的青睞，近年來網絡藥理學的發展為心血管病的藥物治療提供了新思路。

網絡藥理學(Network Pharmacology)將藥物作用網絡與生物網絡相整合，分析出藥物成分與其作用靶點之間的關系[2]，進而探索藥物與疾病之間的關聯，預測藥物的作用機制，從而為新藥機制的研發提供了新思路。

本研究利用網絡藥理學對川芎的成分和作用靶點以及MIRI蛋白靶點進行數據分析，構建藥物成分-靶點-疾病網絡圖，并進一步對靶點蛋白基因進行GO富集分析及KEGG通路分析，從而對川芎抗MIRI的作用機制進行研究，進一步為MIRI的治療提供依據。

1 資料與方法

1.1 藥物成分和疾病靶點獲取 利用中藥系統藥理學數據庫與分析平臺(TCMSP，http://tcmspw.com/tcmsp.php)，以口服生物利用度(oral bioavailability，OB)≥30%和類藥性(drug-likeness，DL)≥0.18為篩選條件得到川芎的化學藥物成分，收集藥物化學成分的作用靶點，構建藥物活性成分-作用靶點數據集。通過 Genecards 和OMIM數據庫篩選出缺血再灌注損傷相關靶點，建立疾病-靶點數據集。

1.2 藥物化學成分-靶點-疾病網絡構建 將川芎的化學成分、成分作用靶點、MIRI治療靶點進行統計和整合，利用Cytoscape軟件構建川芎藥對治療MIRI的“藥物化學成分-靶點-疾病”網絡圖。

1.3 GO功能富集分析和KEGG通路富集分析 利用R包對得到的蛋白靶點進行GO功能富集分析，從而得到川芎對治療MIRI病的潛在靶點。對蛋白靶點進行KEGG通路富集分析，進一步研究川芎治療MIRI的作用機制。

2 結果

2.1 川芎的藥物化學成分、作用靶點及MIRI蛋白靶點 通過TCMSP篩選得到與川芎相關的化學成分7個、作用靶點13個。通過 Genecards 和OMIM數據庫篩選出及與MIRI相關靶蛋白1075個，應用R包將得到的藥物活性成分蛋白靶點與疾病蛋白靶點的交集，得到川芎藥對治療MIRI靶點共7個(如圖1)。

圖1 物活性成分蛋白靶點與疾病蛋白靶點交集

2.2 藥物化學成分-靶點-疾病網絡構建 川芎藥對治療MIRI的成分-靶點-疾病網絡見圖2，包括川芎的活性成分7個，藥物與疾病交互作用靶點7個，可得出藥物化學成分與疾病蛋白靶點之間的網絡關系。

注：紫色三角代表活性成分，綠色圓形代表作用靶點圖2 川芎藥治療MIRI的藥物化學成分-靶點-疾病網絡

2.3 GO富集分析結果 對川芎藥治療MIRI涉及的7個靶點蛋白進行GO分析，按P值排序的前20個結果見圖3。可以看出，靶點蛋白涉及的基因功能包括核受體活性、配體激活轉錄因子活性、RNA聚合酶Ⅱ特異性結合轉錄因子等方面。

圖3 川芎藥治療MIRI的GO富集分析

2.4 KEGG通路分析結果 對川芎藥治療MIRI涉及的7個靶點蛋白進行KEGG信號通路分析，可以得到川芎藥對治療MIRI的信號通路主要包括以下幾方面：參與催乳素信號通路，甲狀腺激素信號通路，脂質與動脈粥樣硬化通路等(圖4)。

圖4 川芎藥治療MIRI的KEGG富集分析

3 討論

冠心病在全世界都是引起死亡的主要原因，經皮冠狀動脈介入治療可以用于及時恢復冠狀動脈血流，但再灌注也同時激活了一系列細胞損傷，有時這些損傷比心肌急性缺血引起的損傷更為嚴重[3]。研究表明，中藥主要通過影響心肌細胞脂質代謝、抗血小板凝集等途徑改善心肌功能從而起到保護心肌的作用。川芎能有效減小MIRI的程度[4]，但是其作用機制還未完全闡明，因此，本研究利用網絡藥理學方法分析川芎治療MIRI的藥物作用靶點，為MIRI的治療提供新思路。

本研究利用Cytoscape 軟件構建“藥物成分-靶點-疾病”網絡模型，分析共得到川芎的活性成分包含川芎嗪、苯酞類、生物堿等類化合物。川芎嗪具有擴張血管，增加冠脈流量，抗血小板聚集和改善血液循環的作用。朱可夫等[5]研究表明，川芎嗪能夠通過抗氧化、維持線粒體能量代謝減少心肌梗死面積，有效減輕MIRI，可能和UCP3相關的信號通路相關；苯酞類化合物具有擴張血管、平喘、抗血小板聚集、鎮痛、抗血栓形成和抗增殖作用，實驗表明，川芎莖葉醇提物中的苯酞類成分能夠顯著降低大鼠胸主動脈環的張力[6]；生物堿能擴張冠狀血管，增加冠脈血流量，改善心肌缺氧狀況[7]，綜上可知川芎的這些活性成分多具有擴張血管、抗炎以及心肌保護等作用，這可能是川芎發揮抗MIRI的關鍵成分。

通過GO富集分析結果可知，川芎對抗MIRI涉及多個生物學過程，主要集中于類固醇代謝、脂質轉運、炎癥反應過程等；通過KEGG富集分析，可以得到川芎抗MIRI的信號通路主要涉及催乳素信號通路、甲狀腺激素信號通路、脂質與動脈粥樣硬化通路等，這些信號通路可能會通過介導細胞的能量代謝、炎性反應、內皮細胞再生能力等促進細胞的生存與修復，抑制細胞的損傷和凋亡，從而起到保護心肌的作用[8]。

4 小結與展望

川芎治療MIRI涉及多個有效成分、作用靶點以及信號轉導通路，在臨床中川芎也常與其他中藥配伍來治療心腦血管疾病，本研究為中醫藥治療MIRI提供了新的參考和方向，但是其具體作用機制還需進一步探究。