基于網絡藥理和分子對接探討二陳湯治療慢性支氣管炎的作用機制

摘要：目的 "基于網絡藥理學和分子對接技術探討二陳湯治療慢性支氣管炎（CB）的作用機制。方法 "利用TCMSP數據庫篩選出二陳湯的有效成分和所對應的靶點，GeneCards數據庫獲得CB相關靶點，Venn Diagram分析二陳湯和CB的共同靶點。運用Cytoscape_v3.8.0軟件構建二陳湯復方調控網絡。通過String平臺進行蛋白互作網絡（PPI）篩選關鍵靶點，利用Bioinformatics數據庫對關鍵靶點進行生物過程及通路富集分析，并利用分子對接對關鍵靶點的可靠性進行評價。結果 "二陳湯和CB的共同靶點有84個，有效成分有104種。二陳湯中槲皮素、山奈酚和黃芩素等有效成分，通過介導AKT1、IL1B等關鍵靶點，調節炎癥信號通路從而治療CB。分子對接表明，槲皮素-AKT1結合能為-8.4 kcal/mol，槲皮素-IL1B結合能為-7.4 kcal/mol，均有較好的親和力。結論 "二陳湯可通過有效成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等調節AKT1、IL1B等關鍵靶點及下游炎癥信號通路來減少炎癥治療CB。

關鍵詞：二陳湯；慢性支氣管炎；網絡藥理學；分子對接；作用機制

中圖分類號：R259 " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.13.002

文章編號：1006-1959（2024）13-0007-06

Mechanism of Erchen Decoction in the Treatment of Chronic Bronchitis

Based on Network Pharmacology and Molecular Docking

YANG Yan-ping

（Department of Pharmacy，Guizhou Provincial People’s Hospital，Guiyang 550002，Guizhou，China）

Abstract：Objective "To explore the mechanism of Erchen decoction in the treatment of CB based on network pharmacology and molecular docking technology.Methods "The effective components and corresponding targets of Erchen decoction were screened out by TCMSP database. GeneCards database was used to obtain CB-related targets， and Venn Diagram was used to analyze the common targets of Erchen decoction and CB. Cytoscape_v3.8.0 software was used to construct the regulatory network of Erchen decoction compound. The protein interaction network （PPI） was used to screen the key targets through the String platform. The Bioinformatics database was used to analyze the biological processes and pathway enrichment of the key targets， and the reliability of the key targets was evaluated by molecular docking.Results "There were 84 common targets of Erchen decoction and CB， and 104 effective components. The effective components such as quercetin， kaempferol and baicalein in Erchen decoction regulate the inflammatory signaling pathway by mediating key targets such as AKT1 and IL1B to treat CB. Molecular docking showed that quercetin-AKT1 binding energy was-8.4 kcal/mol， and quercetin-IL1 B binding energy was-7.4 kcal/mol， both of which had good affinity.Conclusion "Erchen decoction can reduce inflammation and treat CB by regulating key targets such as AKT1 and IL1B， and downstream inflammatory signaling pathways through effective components such as quercetin， kaempferol and baicalein.

Key words：Erchen decoction;Chronic bronchitis;Network pharmacology;Molecular docking;Mechanism of action

慢性支氣管炎（chronic bronchitis， CB）是一種常見的呼吸系統疾病，是由于感染或非感染因素引起氣管、支氣管黏膜及其周圍組織產生的慢性非特異性炎癥[1]。患者主要的臨床表現為咳嗽、咳痰或伴有喘息，病程長，一般持續2年或2年以上，每年發病持續3個月以上[2]。據統計[3]，我國CB患病率約為4%，其中，中老年人的發病率較高，占10%～15%，且發病率還在持續增加，這些患者中有1%～2%可發展為肺氣腫和肺心病。病理改變主要是中央氣道上皮損傷，炎癥細胞浸潤和平滑肌細胞肥大導致黏液分泌增加，因此在CB的治療中緩解炎癥已成為關注的焦點[4]。臨床上常使用抗菌藥物、抗過敏藥物和其他西藥進行治療。然而，由于CB病程長，常出現細菌耐藥，導致許多藥物無法長期有效控制[5]。近年來，中醫可達到與西醫相似甚至更好的治療效果。對于CB的治療，只有對癥才能從根源上緩解CB的復發[6]，中醫藥主要通過清肺化痰、健脾健腎，緩解咳嗽、咳痰等癥狀，如二陳湯[7]。二陳湯記載于宋代《太平惠民和劑局方》，為祛痰劑，由半夏、橘紅、茯苓、甘草4味中草藥組成，具有燥濕化痰、理氣和中之功效[8]。現代研究發現[9]，二陳湯具有抗炎、抗氧化、減肥、改善降低胰島素敏感性等。在以往的研究中也發現，二陳湯可有效緩解CB的癥狀[10]，但由于中藥多成分、多靶點的特點，其主要活性成分、作用靶點和潛在的協同作用機制尚不清楚。因此，本研究通過網絡藥理學和分子對接，探討二陳湯治療CB的潛在作用機制，旨在為今后的驗證實驗和臨床應用提供科學依據。

1資料與方法

1.1二陳湯活性成分和靶點篩選與CB靶點預測 "運用中藥系統藥理學分析平臺（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform， TCMSP）[11]對二陳湯活性成分進行篩選，以口服生物利用度（oral bioavailability， OB）≥30%和藥物類藥性（drug-likeness， DL）≥0.18為條件，篩選出有效活性成分及對應靶點信息。利用UniProt數據庫規范靶點。利用人類基因信息（GeneCards）數據庫以“Chronic bronchitis”為關鍵詞進行檢索，獲得CB相關靶點。通過Venn Diagram取交集分析獲取二陳湯-CB共同作用靶點。

1.2構建二陳湯復方調控網絡 "運用Cytoscape_v3.8.0軟件對二陳湯-CB共同靶點與二陳湯的有效活性成分構建復方調控網絡。

1.3 PPI網絡構建 "通過String數據庫將二陳湯-CB共同靶點構建PPI網絡，物種設置為智人，最低交互要求分數設置為0.9。生成文件導入Cytoscape軟件中CytoNCA分析得到相關數據構建PPI網絡模型。運用R語言根據條件度值，介度，緊密度，特征向量，局部平均連通度篩選關鍵靶點。

1.4 GO功能與KEGG通路富集分析 "運用Bioinformatics數據庫進行GO功能與KEGG通路富集分析，并對結果進行可視化處理。

1.5分子對接 "本研究結合GO功能與KEGG通路富集分析結果，選擇槲皮素與AKT1和IL1B進行分子對接。從Uniprot數據庫獲得靶點PDB格式，從RCSB數據庫下載晶體結構。利用Chem3D 22.0.0軟件將槲皮素的2D結構轉變成3D結構。通過AutoDock Tools1.5.6將靶點與槲皮素結構轉換為PDBQT格式，利用PyMol軟件對AutoDock Vina計算結果進行可視化。

2結果

2.1二陳湯活性成分和靶點篩選與CB靶點預測 "通過TCMSP數據庫分析獲得二陳湯活性成分共129種，對應靶點1741個。通過Gene Cards數據庫檢索獲得與CB相關的靶點共有1481個。Venn Diagram取交集得到二陳湯-CB共同靶點84個，見圖1。

2.2二陳湯復方調控網絡 "通過二陳湯-CB共同靶點和有效成分構建二陳湯復方調控網絡，在網絡中有188個節點，800條邊，平均度值為8.51。二陳湯治療CB與104個有效成分有關，其中槲皮素的度值排名第1，其次是山奈酚和黃芩素，見圖2、表1。

2.3 PPI網絡 "構建二陳湯-CB靶點蛋白互作網絡見圖3A。有83個節點，2254條邊，平均度值為85.21。根據方法1.5項下的篩選條件進行篩選，得到AKT1、IL1B、TP53等10個關鍵靶點，見圖3B。

2.4 GO功能與KEGG通路富集分析 "84個二陳湯-CB共同靶點通過GO功能富集分析，得到GO條目2715個，其中分子功能（molecular functions）條目330個，生物過程（biological processes）條目3363個，細胞組成（cellular components）條目210個。根據logP值大小選取排名前10條繪制氣泡圖，見圖4A～圖4C。主要涉及炎癥反應、細胞增殖、凋亡和突觸連接等。KEGG通路富集結果顯示，KEGG分析得到238條，對logP值排序后取前10條進行可視化，見圖4D。排名前5位的信號通路包括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、IL-17信號通路和TNF信號通路。

2.5分子對接 "一般結合能小于0 kcal/mol表明配體與受體可自發結合，結合能小于或等于-5.0 kcal/mol表明配體和受體具有較好的結合活性。槲皮素-AKT1結合能為-8.4 kcal/mol，槲皮素-IL1B結合能為-7.4 kcal/mol，均有較好的親和力，形成的復合物具有較高的構象穩定性和較低的相互作用能，見圖5。

3討論

近年來，二陳湯已被廣泛用于呼吸系統疾病，包括CB[7]、肺炎和慢性阻塞性肺病[8]等。然而，二陳湯對CB的物質基礎和作用機制尚未闡明。本研究通過網絡藥理學發現二陳湯活性成分有槲皮素、山奈酚和黃芩素等104個參與治療CB，其中黃酮類化合物占主導地位，可推測其為二陳湯治療CB的主要有效成分。研究表明[12]，黃酮類化合物可通過消除自由基和抗氧化作用抑制炎癥，調節免疫。槲皮素是中藥中最常見黃酮化合物，具有抗炎、降低細胞毒性、抗癌、抗糖尿病、抗菌等藥理作用[13]。另有研究發現[14]，槲皮素對促炎細胞因子有很強的抑制作用，它可通過抑制AKT1蛋白磷酸化，減少IL1B、IL6和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等促炎細胞因子的釋放，進而發揮抗炎作用。山奈酚和黃芩素是天然黃酮，具有抗炎、抗氧化、免疫調節等藥理作用[15，16]，可以通過抑制血清及組織中促炎細胞因子IL1B、TNF-α的表達，減輕炎癥反應[17，18]。這表明多種有效成分可能作用于同一目標。此外，研究發現MMP9、CASP3、STAT3、CXCL8、PTGS2等可能是槲皮素的潛在治療靶點，槲皮素和潛在治療靶點在體外保護受損的內皮細胞，降低內皮炎癥反應來改善CB癥狀[19-21]，表明二陳湯可以通過同一活性成分作用于多個目標。本文研究結果與上述研究一致，二陳湯的多成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等可通過AKT1、IL1B和MMP9等多靶點調節炎癥緩解CB的發展。因此，這些發現證明了二陳湯具有多成分、多靶點的協同效應，并為研究多成分、多靶點的協同作用提供了依據。

GO富集分析結果多與炎癥反應、細胞增殖、凋亡和突觸連接等多個生物過程有關。KEGG通路富集顯示，多通路與二陳湯治療CB密切相關，AGE-RAGE信號通路、流體剪切應力與動脈粥樣硬化、IL-17信號通路和TNF信號通路等高度參與了CB失衡的“炎癥-免疫”系統。AGE-RAGE信號通路是一種重要的炎癥信號通路，當AGE-RAGE信號通路被激活，會啟動炎癥因子的釋放，導致炎癥反應的發展[22]。流體剪切應力可調節血管內皮細胞中的炎癥因子，進而導致動脈粥樣硬化的發生[23]。IL-17信號通路和TNF信號通路均為炎癥信號通路，參與機體的炎癥免疫反應。此外，咳嗽、咳痰和喘息是CB的主要臨床癥狀[3]，而促炎性細胞因子IL1B已被證明為咳嗽、咳痰和喘息的關鍵治療靶點[24，25]。因此，為了進一步的實驗驗證，本研究選擇了AKT1和IL1B作為二陳湯治療CB的候選靶點。分子對接驗證結果證明，槲皮素與AKT1和IL1B具有較好的結合活性，二陳湯可能通過抑制炎癥反應有效治療CB。為二陳湯通過多靶點、多通路發揮抗炎作用進而治療CB提供了有力證據，該思路為探討CB的后續研究提供一定參考價值。

綜上所述，二陳湯可通過有效成分槲皮素、山奈酚和黃芩素等調節AKT1、IL1B等關鍵靶點及下游炎癥信號通路來減少炎癥治療CB。

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收稿日期：2023-10-14；修回日期：2023-10-25

編輯/肖婷婷