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基于網(wǎng)絡藥理學探討加味二至丸“異病同治”絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠的作用機制

2024-04-29 00:00:00王炯博廖柳于曉明樊婷賀柏華王慧萍
云南中醫(yī)中藥雜志 2024年3期
關鍵詞:作用機制

摘要:目的運用網(wǎng)絡藥理學研究方法探究加味二至丸“異病同治”絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的作用機制。方法通過TCMSP(traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform)數(shù)據(jù)庫獲取女貞子、墨旱蓮、淫羊藿的主要化學成分及其靶點,根據(jù)ADME篩選中藥活性組分,通過GeneCards、OMIM、DisGeNET、DrugBank數(shù)據(jù)庫分別獲取絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠主要靶點,采用Cytoscape3.9.0軟件構建“加味二至丸-成分-靶點-疾病”網(wǎng)絡,利用STRING11.5平臺進行蛋白質相互作用分析,構建PPI網(wǎng)絡并篩選網(wǎng)絡中得分較高基因探析。最后采用Metascape平臺進行生物過程及通路分析。結果加味二至丸調治絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的核心活性成分為槲皮素、山柰酚、木犀草素、熊果酸等,核心靶點有PTGS2、ESR1、NOS2、 ADRB2、 GABRA1等,加味二至丸調治絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的生物學通路主要作用于AGE-RAGE信號通路、脂質與動脈粥樣硬化、流體剪切應力與動脈粥樣硬化、PI3K-Akt信號通路、HIF-1信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、神經(jīng)活性配體受體相互作用等通路。結論加味二至丸可能通過調節(jié)神經(jīng)-內分泌-免疫系統(tǒng)、炎癥反應、雌激素代謝等多種途徑發(fā)揮治療絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的作用。

關鍵詞:網(wǎng)絡藥理學;異病同治;加味二至丸;絕經(jīng)綜合征;原發(fā)性失眠;作用機制

中圖分類號:R271.11+6文獻標志碼:A文章編號:1007-2349(2024)03-0052-12

絕經(jīng)期綜合征(menopausal Syndrome,MPS)是指婦女由于卵巢始基卵泡功能逐步耗竭,在絕經(jīng)前或后時,激素水平失穩(wěn)引起的一系列軀體、精神、心理癥狀[1]。我國婦女自然絕經(jīng)平均年齡49.9歲,圍絕經(jīng)期綜合征發(fā)生率為44.1%[2],伴隨人口老齡化,60歲以上人口的比例增加,患病率隨之上升[3]。原發(fā)性失眠(Primary Insomnia)是表現(xiàn)為入睡困難、睡眠深度或頻度過短、早醒及睡眠時間不足或質量差的一種疾病[4]。患病率高達 23.2%[5]。青年發(fā)病率高于老年[6],女性發(fā)病率約為男性的1.5倍[7-8]。中醫(yī)理論中“異病同治”即是對于不同的疾病,病機相同者,采用相同的措施進行醫(yī)治[9]。MPS與原發(fā)性失眠比較,有不同的病因,病理機制,及臨床表現(xiàn),但中醫(yī)病因病機可相同,都可以是“肝腎虧損”、 “陰陽兩虛”或“心腎不交”。滋補腎之陰陽是針對該病機的重要法則。本研究運用網(wǎng)絡藥理學方法,建立藥物-靶點-疾病網(wǎng)絡,探究加味二至丸治療更年期綜合征和原發(fā)性失眠“異病同治”的作用機制,以期為臨床研究提供參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1加味二至丸活性成分和相關靶點濾選通過TCMSP檢索女貞子、墨旱蓮、淫羊藿的化學成分,依據(jù)ADME,開啟過濾器設定類藥性數(shù)值(DL)≥ 0.18、生物利用度(OB)≥20%,以此選擇活性成分。再經(jīng)過TCMSP數(shù)據(jù)庫檢索活性成分相對應的靶點,并根據(jù)已發(fā)表的文獻報道及利用PharmMapper預測補充活性化合物的靶點。利用 UniProt,將取得靶點轉換為對應國際標準基因名。

1.2絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠相關靶點濾選絕經(jīng)綜合癥以“menopausal syndrome”、“climacteric syndrome”、“ perimenopausal syndrome”等為關鍵詞;原發(fā)性失眠以(primary Insomnia”、“sleep disorder”、“Chronic Insomnia”等為關鍵詞于GeneCards數(shù)據(jù)庫、OMIM數(shù)據(jù)庫、DisGeNET數(shù)據(jù)庫中采集調治絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠的潛在靶點,進入DrugBanK數(shù)據(jù)庫尋找調治絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠的臨床一線西藥作用靶點予以補充。若靶點過多則按照Score從大到小排序,取前1/4目標靶點為研究疾病的潛在靶點。合并4個疾病數(shù)據(jù)庫靶點后,去除重復值分別得到絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠靶點數(shù)據(jù)集。將兩疾病靶點數(shù)據(jù)集與藥物成分靶點相匹配。

1.3加味二至丸成分-靶點-疾病網(wǎng)絡構建運用將獲得的交集靶點與加味二至丸的活性成分輸入Cytoscape3.9.0構建成分-靶點-疾病網(wǎng)絡圖,使用Cytoscape3.9.0內置的Analyze Network進行拓撲分析,運算度值(Degree)及介數(shù)中心性(Betweenness Centrality),核心靶點及發(fā)揮藥用的主要活性成分用網(wǎng)絡拓撲學參數(shù)進行推斷。

1.4加味二至丸蛋白互作網(wǎng)絡構建蛋白質-蛋白質相互作用(PPI)網(wǎng)絡構建為明晰加味二至丸藥物相關靶點與絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠靶點間的相互作用。將藥物-MPS與藥物-Primary Insomnia兩交集分別提交至STRING11.5數(shù)據(jù)庫進行PPI網(wǎng)絡模型構建,設置生物種類為“Homo sapiens”,設置最小互相作用閾值為“highest confidence”(gt;0.9),剩余設定均選為默認,PPI網(wǎng)絡從頁面上獲得,并使用CytoScape3.9.0 的插件(cytoHubba)遴選出重要基因,采用最大團中心性算法(Maximal Clique Centrality MCC),擇取得分排前10位的節(jié)點并進行可視化分析。

1.5加味二至丸成分-疾病靶點功能與通路的富集分析將加味二至丸調治絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的靶點分別導入Metascape平臺,設定Plt;0.01,解析其主要的生物學過程與代謝通路并進行富集分析,保存數(shù)據(jù)結果并采用線上作圖軟件(www.bioinformatics.com.cn)對數(shù)據(jù)進行可視化。

2結果

2.1加味二至丸的活性成分與靶點經(jīng)過TCMSP數(shù)據(jù)庫檢索及ADME濾選,共獲得加味二至丸活性成分36種,其包括女貞子11種、墨旱蓮6種、淫羊藿19種,見表1。于TCMSP數(shù)據(jù)庫中應用活性成分檢索對應靶蛋白,并通過UniProt數(shù)據(jù)庫搜索對應靶蛋白基因名,去重并校對后得到957個作用蛋白靶點及其基因名。女貞子成分對應靶點177個、墨旱蓮成分對應靶點 146個、淫羊藿成分對應靶點205個,合并去除重復值后共得到靶點228個。

共同靶點72個(圖1(C)),見圖 1。圖中八邊形節(jié)點代表加味二至丸所含中藥,圓形節(jié)點代表藥物活性成分,菱形節(jié)點代表有效成分作用的靶點,三角形節(jié)點代表疾病,其中粉紅色菱形代表絕經(jīng)綜合征與原發(fā)性失眠的公共靶點,灰色菱形代表的絕經(jīng)綜合征獨有靶點,粉紅菱形代表原發(fā)性失眠的獨有靶點。邊代表成分與靶點之間彼此作用的關系,某一個節(jié)點散發(fā)的邊越多,說明其度值越高,在網(wǎng)絡中占據(jù)重要地位。從圖2化合物-靶點-疾病相互作用網(wǎng)絡圖可以看出,加味二至丸的有效成分大多作用于一個以上靶點,而同一疾病靶點大多也會對應多個成分。加味二至丸治療疾病是通過多個潛在成分,成分作用于多個不同靶點產(chǎn)生生物效應。根據(jù)度值的大小由高到低進行排序,取度值排名前4名的藥物為主要活性成分,為槲皮素、山奈酚、木犀草素、熊果酸,具體參數(shù)見表2;加味二至丸作用的部分靶點是疾病特有的,NCOA2、AR、SCN5A是加味二至丸治療MPS的度值排名前三的獨有靶點,度值分別為22、18、9;PTGS1、GSK3B、ACHE是加味二至丸治療原發(fā)性失眠度值排名前三的獨有靶點度值分別為20、10、8;PTGS2、ESR1、NOS2 ADRB2 GABRA1則是加味二至丸治療兩種疾病的度值排名前五得共同靶點,也是加味二至丸調治絕經(jīng)綜合征與原發(fā)性失眠的主要的靶點,具體參數(shù)見表3。

圖2加味二至丸化合物-靶點-疾病作用網(wǎng)絡2.4加味二至丸成分-疾病靶點PPI網(wǎng)絡的構建將加味二至丸治療絕經(jīng)綜合征107個靶點與加味二至丸治療原發(fā)性失眠的104 個靶點分別導入 STRING 11.5平臺,將得到蛋白互作數(shù)據(jù)后重新采用可視化作圖,見圖3。圖中蛋白與蛋白的作用關系是相互影響的,所以不區(qū)分方向。經(jīng)過相關度gt;0.9 篩選后得到加味二至丸干預絕經(jīng)綜合征的節(jié)點數(shù) 為 107 個,邊有 1731 條,平均節(jié)點度值為32.4;加味二至丸干預原發(fā)性失眠的節(jié)點數(shù)為 104 個,邊有 1224 條,平均節(jié)點度值為 23.5。將 STRING 軟件導出的加味二至丸治療絕經(jīng)綜合癥和原發(fā)性失眠 tsv 格式文件導入 Cytoscape 3.9.0 軟件進行網(wǎng)絡拓撲參數(shù)分析。MCC 在高級和低級蛋白質中都捕獲了更多的必需蛋白質[10],故最大團中心性算法在評估靶點重要性上有較好優(yōu)勢。使用cytoHubba插件,運用MCC評分算法對相互作用關系進行評析,選取蛋白作用網(wǎng)絡圖中重要性排前10的基因進行可視化。其中顏色越深表示該節(jié)點地位越重要,連線越多,代表兩個節(jié)點的相關性越強。篩選得到加味二至丸治療絕經(jīng)綜合征的關鍵靶基因包括VEGFA、IL6、MMP9、STAT3、CASP3、PTGS2、AKT1、IL1B、CXCL8、CCL2,見圖 3(D);加味二至丸治療原發(fā)性失眠的靶基因包括IL1B、TNF、VEGFA、IL6、AKT1、PTGS2、IL10、MMP9、CXCL8、CCL2,見圖3(B);上兩者靶點取交集的得分前8位的靶基因有VEGFA、IL6、MMP9、PTGS2、AKT1、IL1B、CXCL8、CCL2。

3.1加味二至丸組方分析方中女貞子,《神農本草經(jīng)》載其“味苦性平,可補中益氣,充實五臟,調養(yǎng)精神,消除百病”。墨旱蓮,性寒,《本草正義》有言:“補陰且入腎經(jīng),助毛發(fā)生長,入血分方可涼血止血。” 二至丸中加入淫羊藿便成方加味二至丸,方義一是取獨陽不長,獨陰不生,人之陰陽互根互藏互用,補陽不忘陰,滋陰要溫陽之意;二是《本草綱目》載淫羊藿有“益精氣,堅筋骨,實腰膝,強心力”之功效,可加強原方益腎培元之功。中醫(yī)學認為絕經(jīng)綜合征與原發(fā)性失眠病機皆可為肝腎陰陽虛損,治法宜平補肝腎,滋陰養(yǎng)陽,以女貞子、墨旱蓮、淫羊藿三藥合用,可共生調和陰陽之效。研究表明,女貞子-墨旱蓮具有抗細胞凋亡、抗氧化應激、減低炎癥因子釋放、抗骨質疏松、抗老年癡呆、抗衰老、保肝等多種藥理作用[11]。加味二至丸中具有的植物雌激素樣作用,是其抗絕經(jīng)期骨質疏松癥、絕經(jīng)期肥胖癥等作用的生物學基礎[12],且其在調治MPS及原發(fā)性失眠上的療效不遜色甚至佳于西藥對照,尤其在改善癥狀減少藥物副作用方面表現(xiàn)不凡[13-14]。

3.2加味二至丸成分分析分析得加味二至丸治療絕經(jīng)綜合征與原發(fā)性失眠的活性成分36個,重要成分包括槲皮素(quercetin)、山奈酚(kaempfero)、木犀草素(luteolin)、熊果酸(ursolic acid)等。其中槲皮素、山柰酚、木犀草素為黃酮類化合物,具有抗炎,調節(jié)免疫、抗氧化應激等神經(jīng)、血管保護作用[15-17]。槲皮素作為黃酮類化合物重要的一種,具有降血壓、抗高血脂、抗高血糖、抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護和心臟保護作用等多種特性[18]。研究表明,槲皮素表現(xiàn)出抗炎和免疫增強作用,可能通過阻斷 IL-12 信號傳導和 Th1 分化,減少TNF-α 和一氧化氮的產(chǎn)生,下調一氧化氮合酶(NOS)的表達,干擾促炎(TNF-α 和 IL-17)和/或抗炎(IL-10)細胞因子達成[19]。有動物實驗表明[20]槲皮素可能通過5-羥色胺能系統(tǒng)的介導增強小鼠睡眠或通過γ-氨基丁酸能(GABAergic)途徑提高小鼠睡眠數(shù)量和質量[21]。槲皮素還可增加絕經(jīng)大鼠卵巢中的過氧化氫酶和谷胱甘肽合成酶,防止H2O2-誘導氧化應激相關細胞活力下降和蛋白表達的降低[22]。木犀草素通過紅細胞核因子2-相關因子途徑發(fā)揮抗氧化和細胞保護特性[23]。木犀草素擁有強大的抗炎活性,這源于其對轉錄因子如 STAT3、NF-κB 和 AP-1 的調節(jié)[24]。山柰酚具備抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護、抗骨質疏松、雌激素/抗雌激素、抗焦慮、鎮(zhèn)痛的作用[25]。其抗炎作用主要通過降低細胞因子 IL-6、IL-1β 和 TNF-α 以及抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)的血漿水平實現(xiàn)[26]。有動物實驗表明[27],山柰酚的雌激素作用可以有效調節(jié)睡眠[28]。熊果酸具有抗炎、抗氧化、抗癌等多種生物活性[29]。有實驗表明,熊果酸對雌激素相關的更年期皮膚變化效果良好[30]。熊果酸可激活 GABAA 受體從而延長睡眠時間[31]。

3.3關鍵靶點分析加味二至丸”異病同治”的關鍵基因有PTGS2、ESR1、NOS2、 ADRB2、 GABRA1。ESR1基因編碼產(chǎn)物 ER-α 可與雌激素結合產(chǎn)生刺激促性腺激素分泌、調節(jié)卵泡生成的生理效用。ESR1 通過負向調節(jié)NOS2A可影響血管內NO等血管舒縮因子的合成與釋放[32-33]。有動物實驗表明,雌激素可改善絕經(jīng)小鼠骨 ER 的表達和密度降低[34-35]。二至丸能顯著上調ERα和ERβ表達,升高血清E2含量,發(fā)揮雌激素樣作用[36]。環(huán)氧合酶2(COX-2)的表達受雌激素、促炎細胞因子的調節(jié)[37]可說明ESR1可調控PTGS2。由上可知,加味二至丸發(fā)揮的雌激素樣作用可能是其防治絕經(jīng)綜合征重要因素之一[38-39]。GABRA1編碼γ-氨基丁酸(GABA)受體,GABA在神經(jīng)細胞中是主要的抑制性神經(jīng)遞質,它作用于GABA-A受體,與保持睡眠-覺醒機制的穩(wěn)態(tài)有關[40]。 有實驗表明[41],作用于GABRA1受體的配體可增強小鼠的慢波睡眠和反常睡眠。ADRB2參與的機體免疫、炎癥調節(jié)[42]。

本研究通過對加味二至丸治療絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠PPI網(wǎng)絡進行最大團中心性(MMC)分析得出了其中排名的前10個共有基因,其中包含IL1B、TNF、VEGFA、IL6、AKT1、PTGS2、IL10、CCL2等炎癥相關因子。圍絕經(jīng)期會促炎并破壞雌激素調節(jié)的神經(jīng)系統(tǒng),雌激素受體-β 已被證明可調節(jié)稱為炎性體的先天免疫反應的關鍵成分[43]。絕經(jīng)后婦女雌激素缺乏的免疫系統(tǒng)變化表現(xiàn)于促炎血清標志物增加等[44]。破骨細胞活化導致骨重吸收過程中白細胞介素6(IL-6)為關鍵因素[45]。非快速眼動睡眠可由促炎細胞因子 IL-1、IL-6 與 TNF 增加,由抗炎細胞因子如 IL-4 和 IL-10 減少[46]。實驗表明[47],TNF可增進動物大腦中5-HT的合成而影響睡眠。血管內皮生長因子(VEGF)可增強血管內皮通透性,有助于炎癥的發(fā)展和持續(xù)存在[48]。說明加味二至丸具有一定的抗炎作用且可能通過抑制炎癥反應和免疫反應發(fā)揮作用。

3.4通路結果分析加味二至丸有較多基因靶點富集在AGE-RAGE信號通路、脂質與動脈粥樣硬化、PI3K-Akt信號通路、HIF-1信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、神經(jīng)活性配體受體相互作用等與神經(jīng)-內分泌-免疫相關的信號通路和疾病通路。

AGE-RAGE通路與更年期動脈粥樣硬化有關,糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)表達水平和循環(huán)可溶性受體(sRAGE)水平與雌二醇相關[49]。血管炎癥的潛在因素是與性激素-免疫系統(tǒng)相互作用相關細胞和分子信號通路[50]表示加味二至丸可能以雌激素樣作用通過AGE-RAGE通路影響炎癥因子表達而治療絕經(jīng)綜合征。流體剪切應力與動脈粥樣硬化通路可傳導剪切引力啟動信號使內皮細胞表現(xiàn)出增殖和促炎基因表達的激活,致使一氧化氮(NO)減少生成,白細胞黏附和滲透性增加,產(chǎn)生絕經(jīng)期動脈病變[51]。HIF-1信號通路參與了絕經(jīng)后骨質疏松的病理演變,抑制HIF-1可顯著改善絕經(jīng)后骨質疏松癥[52]。調整HIF-1的表達可以改變冠狀動脈疾病的易感性[53]。PI3K/AKT信號通路在調節(jié)細胞增殖、凋亡、代謝和血管生成等生物學過程中作用重要,是BDNF/TrkB的下游信號通路,與中樞神經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)相關,其可能通過調節(jié)BDNF/TrkB從而改善睡眠[54-55]。腫瘤壞死因子 α 可以調節(jié)睡眠和腦部發(fā)育[56]。白細胞介素1 和 6、腫瘤壞死因子α和β是神經(jīng)-內分泌-免疫網(wǎng)絡中的重要樞紐因子,研究表明,白細胞介素1可通過調節(jié)炎癥反應、免疫反應等發(fā)揮治療絕經(jīng)綜合征[57-58],過高的TNF-α 、白細胞介素1 和 6可抑制睡眠,誘導中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生某些神經(jīng)毒性分子,導致認知功能障礙及記憶力減退[59]。神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路上富集有GABRA1,其是平衡睡眠機制的重要靶點之一。綜上所述,加味二至丸可能通過調節(jié)炎癥信號相關通路、雌激素相關信號通路、神經(jīng)-內分泌-免疫相關等信號通路呈現(xiàn)相應作用。

綜上所述,加味二至丸通過作用于PTGS2、ESR1、NOS2、ADRB2、GABRA1等多個靶點,調節(jié)AGE-RAGE信號通路、脂質與動脈粥樣硬化、流體剪切應力與動脈粥樣硬化、PI3K-Akt信號通路、HIF-1信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、神經(jīng)活性配體受體相互作用等通路,從而實現(xiàn)調節(jié)神經(jīng)-內分泌-免疫、炎癥反應,雌激素代謝等作用網(wǎng)絡以“異病同治”絕經(jīng)綜合征與原發(fā)性失眠。該研究為深入探討加味二至丸”異病同治”絕經(jīng)綜合征和原發(fā)性失眠的作用機制提供了參考。參考文獻:

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