养血解毒药对组合治疗银屑病的分子机制预测

姜春燕，王莒生，杨静，李元文，周冬梅，张苍，孙丽蕴，张广中（.首都医科大学附属北京中医医院，北京0000；.中国中医科学院医学实验中心，00700；.北京中医药大学附属东方医院，北京00078）



·论著·

养血解毒药对组合治疗银屑病的分子机制预测

姜春燕1，王莒生1，杨静2，李元文3，周冬梅1，张苍1，孙丽蕴1，张广中1
（1.首都医科大学附属北京中医医院，北京100010；2.中国中医科学院医学实验中心，100700；3.北京中医药大学附属东方医院，北京100078）

摘要：目的探讨养血解毒药对组合干预银屑病的作用靶点及分子网络机制。方法参考《中药大辞典（第2版）》找到当归、鸡血藤、槐花、土茯苓的化学成分，应用PubChem数据库检索这些成分对应的靶蛋白；以"Psoriasis"为关键词，在PubMed gene数据库中检索银屑病的相关基因；然后将上述数据集导入分子网络分析平台，分别构建中药靶蛋白和银屑病相关基因的分子网络及生物学通路；再通过网络映射、比较，可视化呈现养血药对、解毒药对及它们的组合干预银屑病的作用靶点和分子网络机制。结果养血解毒药对组合针对核因子-κB、细胞外信号调节激酶1/ 2、泛素和26s蛋白酶体分子靶点，以及通过调控芳香烃受体信号通路、雄激素信号通路、内皮型一氧化氮合酶信号通路和磷脂酰肌醇-3激酶/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶信号通路对银屑病发挥协同效应。结论分子网络分析技术是探索中药治疗疾病靶点及机制的有效方法。

关键词：银屑病；养血解毒药对组合；分子机制

银屑病是一种常见的、易复发的慢性炎症性皮肤病。中医从整体出发，辨证论治银屑病具有悠久的历史，积累了丰富的经验。中医认为，血燥与毒热贯穿银屑病始终，具有养血、解毒功效的中药对证治疗能够发挥较好的疗效［1］。北京中医医院皮肤科在深入总结前人经验及长期临床验证、反复筛试的基础上提出，“当归-鸡血藤”养血药对和“槐花-土茯苓”解毒药对组合使用对治疗银屑病安全性好、疗效可靠，但其机制尚不明确。根据系统生物学的观点，疾病的发生、发展与一系列相互作用的基因或蛋白相关，呈现出复杂的网络关系特征；药物是通过作用于疾病网络中的多个靶点，对各靶点的作用产生协同效应，也具有复杂网络特征。通过分析药物网络与疾病网络之间的相互作用，能够发现药物的效应机制。中药复方具有多组分、多途径、多靶点协同作用特点，采用分子网络层面探索其效应机制，才能更全面、更准确的把握其效应整体性［2］。本研究采用分子网络分析方法探索养血解毒药对组合干预银屑病的靶点、诠释其作用机制，从而为该复方的推广应用及开发奠定基础。

1　材料与方法

1.1中药靶蛋白和银屑病相关基因的检索首先从《中药大辞典（第2版）》中查找养血和解毒药对中每味中药的化学成分，然后从美国国家卫生研究所（NIH）建立的小分子生物活性数据库（http：// pubchem.ncbi.him.nih.gov）中检索化学成分对应的人类活性靶蛋白；以“Psoriasis”为关键词，在Gene （http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/gene）数据库中查找银屑病的相关基因（检索日期：2014年4月）。

1.2方法采用成熟的生物分子网络分析技术［3］，将中药靶蛋白和银屑病相关基因分别导入网络分析平台（Ingenuity pathway analysis，IPA），对其来源、性质、分类进行设置；分别运行“Core analysis”，从生物功能分析、分子网络分析和经典通路分析3方面进行数据分析；然后采用“比较映射分析”功能，找到养血解毒药对及其组合与银屑病共同参与的分子网络及生物学通路。

2　结果

2.1中药靶蛋白和疾病基因截止2014年4月，查找到当归靶蛋白44个、鸡血藤靶蛋白41个、槐花靶蛋白34个、土茯苓靶蛋白35个，银屑病相关基因165个。从靶蛋白或基因全称、对应ID、定位及性质4方面对每个基因进行描述。对上述各个中药的靶蛋白及银屑病基因分别进行生物功能分析、生物学通路分析及分子网络分析。

2.2养血解毒药对的功能根据中药靶蛋白与疾病的相关性，推测药对及其组合可能治疗的疾病。养血和解毒药对最主要针对的疾病分别是营养性疾病（Nutritional disease）和癌症（Cancer），皮肤病（Dermatological diseases and conditions）是它们共同对应的疾病；它们组合针对的疾病，按照显著性由大到小依次排列，排在前5的是：肝脏系统疾病（Hepatic system disease），免疫性疾病（Immunological disease），炎性疾病（Inflammatory disease），皮肤病（Dermatological diseases and conditions）和传染病（Infectious disease），见图1。提示养血解毒药对治疗疾病的范围广泛而不同，但都可治疗皮肤相关疾病。中药靶蛋白与皮肤病的相关性，均与银屑病有显著相关性，见表1。

图1　养血解毒药对的功能

表1　中药靶蛋白与皮肤病的相关性

2.3银屑病特征银屑病相关基因对应的生物功能主要涉及细胞间信号传导和相互作用（Cell-tocellsignalingandinteraction），免疫调节（Immunological regulation），炎症应答（Inflammatory response）等，见图2。

图2　银屑病相关基因的功能

2.4养血解毒药对治疗银屑病的靶点和通路把养血解毒药对和银屑病各自相关的生物学通路和分子网络进行比较整合分析。发现：养血药对治疗银屑病的关键网络靶标分子是细胞外信号调节激酶1/2（Extracellular signal regulated kinase，ERK1/2）、雄激素受体 （Androgen receptor，AR）、核因子-κB （Nuclear factor-κB，NF-κB）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（Peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARG），最相关的生物学通路是内皮素-1信号通路（Endothelin-1 signaling），见图3A；解毒药对治疗银屑病的关键网络靶标分子是肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor，TNF）、NF-κB、肿瘤蛋白p53 （Tumor protein p53，TP53）和泛素C（Ubiquitin C，UBC），最相关的生物学通路是G-蛋白偶联受体信号通路（G-protein coupled receptor signaling），见图3B。药对组合治疗银屑病的关键网络靶标分子包括ERK1/2、NF-κB、26s蛋白酶体（26s proteasome）、UBC和泛素（Ubiquitin，UB），相关的生物学通路包括芳香烃受体信号通路（Aryl hydrocarbon receptor signaling，AhR signaling）、雄激素信号通路（Androgen signaling）、内皮型一氧化氮合酶信号通路（Endothelial nitric oxide synthase signaling，eNOS signaling）和磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphoinositide-3kinase，PI3K）/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（Serine/threonine kinase，Akt）信号通路（PI3K/AKTsignaling），见图4。

3　讨论

养血解毒是中医治疗银屑病的治本之法。养血药对“当归-鸡血藤”和解毒药对“槐花-土茯苓”是治疗银屑病的代表药对。采用分子网络分析方法探索这两个药对及其组合治疗银屑病的靶点、诠释其作用机制，不仅对该法的推广应用有重要意义，而且为中医治法研究发挥启迪作用。笔者发现，养血药对和解毒药对治疗银屑病的靶点有差异，NF-κB是它们共同的靶点；2个药对组合针对NF-κB、ERK1/2、UB、UBC和26s蛋白酶体分子靶点治疗银屑病，通过调控AhR信号通路、雄激素信号通路、PI3K/AKT信号通路和eNOS信号通路对银屑病发挥协同效应。

图3　养血和解毒药对治疗银屑病的分子靶标及相关通路（网络中央区域的分子和通路）

NF-κB是一类具有多向转录调节作用的核蛋白因子，其影响炎症反应、免疫应答及细胞增生、转化、凋亡等重要的病理生理过程。由于NF-κB活化广泛牵涉到炎性疾病，国内外许多研究重点针对NF-κB研发抗炎性药物［4］。银屑病与NF-κB过度或持续激活密切相关［5］。养血解毒药对组合针对NF-κB分子靶点治疗银屑病，可能与其抑制炎症反应有关。ERK1/2是广泛存在于真核细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其活化是内源性细胞凋亡的必要前提［6］。药对组合可能通过ERK1/2对细胞凋亡的影响对银屑病发挥协同治疗效应。泛素-蛋白酶体降解途径是人体组织细胞中多种蛋白降解途径之一，主要降解胞内泛素标记的蛋白质，是细胞内重要的蛋白质质控系统，参与细胞凋亡、细胞内信号转导、氧化应激反应等多种生理过程，对维持细胞的稳态具有重要的意义［7］。蛋白酶体抑制剂对蛋白酶体具有高效选择性，其作为靶向治疗药物已经广泛应用于临床［8-9］。蛋白酶体抑制剂能够诱导细胞凋亡，一方面通过影响NF-κB信号通路诱导凋亡；另一方面，通过影响细胞外信号调节蛋白诱导凋亡。一些从中药中提取的化合物具有蛋白酶体抑制作用［10］。本研究发现，药对组合针对UB、UBC和26s蛋白酶体治疗银屑病，可能与抑制蛋白酶体、诱导凋亡有关。

人体皮肤组织和细胞中存在AhR［11］。AhR以配体依赖的方式调控辅助型T细胞（T helper 17，Th17）和调节型T细胞（Regulatory T cell，Treg）的分化，在防御胞外细菌感染和介导以慢性炎症为机制的自身免疫病中发挥重要作用［12-13］。药对组合通过调控AhR信号通路对银屑病发挥疗效，可能与AhR配体有关，值得进一步分子生物学验证。雄激素是调节人皮脂腺活性的主要激素，促进人皮脂腺细胞的增殖和分化［14］。药对组合通过调控雄激素信号通路，影响皮脂腺细胞的增殖和分化以及间接影响雌孕激素、泌乳素水平从而影响角质细胞增生，可能是其干预银屑病的机制之一。PI3K/AKT信号通路是细胞内重要信号转导通路之一，影响下游多种效应分子的活化状态，在细胞内发挥着抑制凋亡、促进增殖的关键作用［15-16］。Akt及其下游的eNOS的磷酸化是内皮细胞合成NO的重要途径［17］。NO是一种弥漫性的细胞内信号分子，具有广泛的生物学作用，包括血管舒张、抗微生物、免疫调节等功能［18-19］。NO可抑制线粒体释放凋亡因子而调控细胞凋亡过程［20］。角质形成细胞凋亡与银屑病皮损的严重程度密切相关。在皮肤损伤愈合过程中，组织细胞中产生eNOS的动态表达，可间接反映组织中NO的生成量及其发挥的生物学作用［21］。药对组合能够调控PI3K/AKT信号通路和eNOS信号通路，可能是其治疗银屑病的重要机制。

总之，应用分子网络分析技术构建中药靶蛋白网络和疾病基因网络，通过网络映射及网络朴拓分析方法探索中药治疗疾病的作用靶点、诠释作用机制，能够全面、准确的把握中药复方效应整体性，而且能为中药药理作用机制预测研究提供新思路。

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资助项目：1.国家自然科学基金面上项目：养血解毒法对斑块型银屑病血燥证微血管形成调控机制研（No.81273766）；2.北京市科学技术委员会“首都临床特色应用研究”专项（No.Z111107058811061）

Prediction of the Molecular Mechanism of Yangxue and Jiedu Herbal Pairs Complex Prescription Treatment for Psoriasis

JIANG Chunyan1，WANG Jusheng1，YANG Jing2，LI Yuanwen3，ZHOU Dongmei1，ZHANG Cang1，SUN Liyun1，ZHANG Guangzhong1
1.Beijing Hospital of Traditional Chinese Medicine，Capital Medical University，Beijing 100010，China；2.Medical Experimental Center，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing 100700，China；3.Dongfang Affiliated Hospital of Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100078，China

Abstract:ObjectiveTo explore acting targets and molecular mechanism of Yangxue and Jiedu herbal pairs complex prescription treating psoriasis.MethodsThe effective components of Angelica sinensis，caulis Spatholobi，flos sophorae and rhizoma smilacis glabrae were retrievalled from the Grand Dictionary of Chinese Medicine（Second Edition），the human target proteins of those effective components were retrievalled from PubChem database，and genes related psoriasis were retrievalled from Pubmed gene database.Then the target proteins and genes were respectively uploaded to Ingenuity Pathways Analysis data analysis platform，constructing the molecular networks and biological pathways of each herb and psoriasis.Finally through the network comparison，acting targets and molecular network mechanism of Yangxue and Jiedu herbal pairs complex prescription were presented visually.ResultsSome molecules，such as nuclear factor-κB，extracellular signal regulated kinase，ubiquitin and 26s proteasome，might be acting targets of Yangxue and Jiedu herbal pairs complex prescription treating psoriasis.Aryl hydrocarbon receptor signaling，androgen signaling，phosphoinositide-3kinase serine/threonine kinase signaling and endothelial nitric oxide synthase signaling might be the therapeutic effect pathway of Yangxue and Jiedu herbal pairs complex prescription treating psoriasis.ConclusionNetwork pharmacology theory and method is helpful to predict the molecular mechanism of Chinese herbalmedicine treating the disease.

Key words:Psoriasis；Yangxue and Jiedu herbal pairs complex prescription；Molecular mechanism

中图分类号：R758.63

文献标识码：A

文章编号：1672-0709（2016）01-0001-05

通信作者：张广中，E-mail：zhgzh62000@126.com

收稿日期：（2015-07-27）