基于網絡藥理學探討右美托咪定治療新型冠狀病毒肺炎的作用機制

楊 淼，鄒平洋，鄭 坤，鄢見勇

（貴州省人民醫院麻醉科，貴州 貴陽 550499）

新型冠狀病毒肺炎簡稱新冠肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19），該疾病前幾年在全球蔓延，截至2023 年6 月16 日，全球累計確診病例超6.90 億，死亡病例超過690 萬，已造成世界性健康危害[1]。輕者表現為發熱﹑咳嗽﹑呼吸困難﹑乏力等癥狀，重者可表現為膿毒癥休克﹑急性呼吸綜合征﹑腎功能衰竭等癥狀，嚴重時可直接導致死亡。對于治療COVID-19，目前暫無特效藥[2]。

右美托咪定（Dexmedetomidine，DEX）作為α2腎上腺素受體的激動劑，具有鎮靜﹑抗焦慮和減輕疼痛等作用，廣泛用于重癥監護病房（ICU），顯著減少重癥患者ICU 的住院時間[3]。此外，研究表明右美托咪定還能抑制細胞因子基因的轉錄，抑制炎癥因子的表達，用于保護膿毒癥患者的大腦﹑心臟﹑肝﹑腎和肺臟等重要臟器[4]。現有研究表明右美托咪定對COVID-19患者有治療作用[5-7]，但其分子作用機理有待深入研究，因此，深入研究右美托咪定治療COVID-19 靶點及機制具有重要指導意義。

1 方法

1.1 右美托咪定作用靶點收集

借 助CNKI（https://www.cnki.net/）﹑Pubmed（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）等數據庫搜索右美托咪定治療肺炎相關靶點[8-10]。

1.2 炎癥靶點的獲得

在GeneCards（https://www.genecards.org/）﹑OMIM（http://www.omim.org）﹑DRUGBANK（https://www.drugbank.ca） ﹑CNKI﹑Pubmed 數 據 庫 中， 以“novel coronavirus pneumonia”為關鍵詞，篩選潛在靶點，合并靶點并去重，再與成分靶點取交集，獲得右美托咪定治療COVID-19 共同靶點[8-10]。

1.3 藥物成分-靶點圖的構建

采用Excel 2016 處理右美托咪定治療COVID-19潛在靶點，分析藥物與靶點之間關系。數據導入Cytoscape3.9.1 軟件，建立藥物-靶點網絡圖[8-10]。

1.4 構建右美托咪定治療COVID-19 蛋白網絡互作圖

將右美托咪定治療COVID-19 靶點導入STRING 11.5（https://cn.string-db.org/）中，選擇模式“multiple proteins”，選擇Organism 為“Homo”，置信度設為0.900，獲取蛋白網絡互作圖，并進一步分析獲取關鍵靶點[8-10]。

1.5 核心靶點 GO 和 KEGG 通路分析

采用DAVID 數據庫對靶點進行GO 和KEGG 分析，微生信在線軟件分析作圖將結果可視化[8-10]。

2 結果

2.1 右美托咪定作用靶點收集

利用CNKI﹑Pubmed 等數據庫對右美托咪定作用靶點進行檢索，得到右美托咪定作用靶點192 個，見表1。

表1 右美托咪定作用靶點

2.2 右美托咪定治療COVID-19 相關靶點的篩選

從Genecards 等數據庫中搜集到與COVID-19 相關靶點7080 個，與右美托咪定作用靶點取交集繪制韋恩圖，得到31 個重合靶點（圖1），即右美托咪定治療COVID-19 共同靶點，其中包括JAK2﹑PTGS2﹑MAPK14﹑CCL2﹑基質金屬蛋白酶9（MMP9）等。

圖1 右美托咪定與COVID-19 共同靶點韋恩圖

2.3 右美托咪定治療COVID-19 的藥物-靶點圖

數據輸入Cytoscape 3.9.1 軟件繪制藥物-靶點網絡圖，右美托咪定可以31 個靶點作用，表明右美托咪定可能是通過作用于不同靶點發揮治療COVID-19 的作用，見圖2。

圖2 右美托咪定治療COVID-19 藥物-靶點圖

2.4 蛋白互作網絡構建

將得到的右美托咪定- COVID-19 共同靶點輸入STRING11.5 數據庫中，選擇模式Multiple proteins，獲得蛋白互作圖，將該圖導入Cytoscape3.9.1 軟件中，對網絡進一步分析，獲得關鍵靶點互作圖（圖3），靶點相關信息見表3。研究結果表明右美托咪定治療COVID-19 作用可能是通過多個靶點作用起效的，并且其作用方式是比較復雜的。

圖3 右美托咪定治療COVID-19 蛋白互作圖

表3 右美托咪定治療 COVID-19 關鍵靶點信息

2.5 KEGG 富集以及GO 富集分析

將右美托咪定治療COVID-19 相關的19 個關鍵靶點，輸入DAVID 工具中，運用KEGG 和GO 功能對關鍵靶點進行分析。在KEGG 富集分析中，根據P值（P＜0.001）取 前20 作 右 美 托 咪 定 治 療COVID-19關鍵靶點KEGG 氣泡圖，研究發現右美托咪定治療COVID-19 所涉及信號通路主要有癌癥途徑﹑TNF﹑IL-17 等（圖4）。表明右美托咪定治療COVID-19 主要與癌癥途徑﹑TNF﹑IL-17 信號通路，研究也表明這些通路與肺部疾病存在很大關系。

圖4 右美托咪定治療COVID-19 關鍵靶點KEGG 氣泡圖

在GO 富集分析中，根據P值取前10 作圖（圖5）。所涉及的生物過程主要包括信號傳導﹑對RNA 聚合酶Ⅱ啟動子的轉錄正向調節﹑基因表達的正向調節等，所涉及的細胞成分主要包括細胞質﹑細胞液﹑漿膜等；主要涉及的分子功能包括相同的蛋白質結合﹑蛋白激酶活性﹑蛋白結合等。表明右美托咪定治療COVID-19 涉及多個細胞成分﹑多個靶點﹑多個分子功能，是一個復雜的過程。

圖5 右美托咪定治療COVID-19 關鍵靶點GO 富集分析結果圖

3 討論

本文首次預測癌癥﹑TNF﹑IL-17 等通路有關網絡藥理學預測發現，右美托咪定治療COVID-19 所涉及的生物過程主要包括信號轉導﹑基因表達的正向調節﹑對RNA 聚合酶II 啟動子的轉錄正向調節；所涉及的細胞成分主要包括細胞液﹑細胞質﹑漿膜等；涉及的分子功能主要包括相同的蛋白質結合﹑蛋白激酶活性等。涉及的生物信號通路主要為癌癥﹑TNF﹑IL-17 等，這些通路涉及炎癥因子的產生與釋放﹑調節免疫功能﹑提高抗病毒能力等，在COVID-19 的發生發展中起重要作用[11]。

研究表明PTGS2 是花生四烯酸代謝通路中的重要合成酶，是RNA 病毒的復制過程中不可缺少的一環[12]，也與炎癥反應密切相關，受到NF-κB 的調控，是NF-κB的下游靶標[13-15]。機體免疫應答﹑DNA 損傷和病毒感染過程中，MAPK1 和MAPK14 所在MAPK 信號通路被激活，增強TNF-α﹑TGF-β1 等介質來促進細胞凋亡，增加組織損傷，同時使炎癥加重[16]。研究表明 CCL2-CCR2 軸是由趨化因子2（CCL2）與其配體CCR2 構成，參與COPD 的慢性炎性反應和支氣管重塑[17]。CCL2 還可以作為血管滲透因子，誘導肺癌轉移[18]，此外，研究表明在免疫治療中，阻斷CCL2 可增強抗PD1 在肺癌中的作用[19]。因此，CCL2 與炎性反應和肺部疾病關系密切[20]。FOS 與炎癥﹑免疫反應等生物過程有關[21]。在血管內皮生長因子（VEGF）家族中，VEGFA 是其中一種，與神經和血管生成有關[22]。VEGF 的作用有增加血管通透性，促進血管內皮細胞增殖與遷移，促進機體血管的形成等。研究表明COVID-19 患者體內細胞因子濃度較高，存在過度表達現象，進而增大血管通透性，導致機體出現病理變化和損傷，如高熱﹑肺炎﹑腎功能衰竭和膿毒癥休克等[23]，VEGF 在這個過程中，發揮著不可替代的作用。此外，研究表明VEGF 基因在SARS-COV-2感染的患者中高表達，可增加血管生成素Ⅱ（Ang Ⅱ）的水平，促進炎癥發展[24]。JAK2/STAT 通路中的JAK2與STAT3 對炎癥反應﹑肺纖維化﹑減少細胞凋亡起重要作用[25]。

右美托咪定（DEX）作為一種高選擇性α2-腎上腺素受體激動劑，廣泛應用于臨床，大量研究表明其具有肺保護作用，因此DEX 對肺部細菌感染性疾病治療具有一定療效，其作用機制與TNF-α 通路蛋白表達有關[26-27]。研究表明，右美托咪定對COVID-19 患者有治療作用[28]。右美托咪定通過降低IL-17 和RORγt 的表達減輕盲腸結扎致膿毒癥小鼠肺損傷程度[29]。上述這些研究結果與本研究結果一致。

依據網絡藥理學預測結果，我們認為右美托咪定治療COVID-19 的機制，是作用于癌癥途徑﹑TNF-α﹑IL-17 等通路，降低關鍵靶點的基因轉錄，抑制炎癥因子的產生與釋放﹑調節免疫功能﹑提高抗病毒能力，從而減輕病理損傷。

由于對COVID-19 認識的局限性，本研究與臨床療效可能存在一定的偏差，但可以結合藥效與臨床研究，對右美托咪定治療及相關作靶點和關鍵通路開展深入研究，為研發治療COVID-19 藥物提供新的思路及依據。此外，本研究也未進行分子生物學實驗驗證，后續可以深入研究，以期獲得更多試驗證據。

4 結論

右美托咪定在治療COVID-19 中主要通過與多靶點結合，作用于關鍵通路，發揮抑制炎癥因子表達﹑增強免疫功能﹑提高抗病毒能力等作用。本研究為右美托咪定臨床應用及進一步開發提供了依據。