交泰丸对糖尿病、抑郁和失眠症“异病同治”的网络药理学机制分析＊

朱虹宇，李红品，高 兴，马鹏凯，陈建华，毕欣宁，汪 祺，张玉杰＊＊

（1.北京中医药大学中药学院 北京 102488；2.中国食品药品检定研究院 北京 100050）

中药成分及作用机制复杂，传统的药理学研究很难从系统层面阐述其药理机制，网络药理学的研究方法已成为揭示中药复方治疗疾病的分子机制的新途径。网络药理学可以系统地观察药物对疾病的干预和影响，与中药及方剂多成分、多途径、多靶点治疗疾病的原理不谋而合，目前已得到中医药研究者的广泛关注。近几年以来，借助网络药理学探讨中药异病同治的研究也逐渐出现。蔡菲菲等[1]采用网络药理学的方法，探讨茵陈蒿汤对湿热症型疾病异病同治的作用机制；赵振宇等[2]构建“疾病-靶点”及“药物-靶点”网络，解释柴胡治疗25种情志疾病的机制。这些研究为我们探究异病同治的机制提供了参考。

交泰丸出自《韩氏医通》，由黄连和肉桂两味药以10∶1组成，主要治疗因心肾不交引起的失眠不寐[3]。近年来越来越多的临床实践发现交泰丸不仅对失眠具有良好的治疗作用[4]，还可用于对抑郁、更年期综合征、糖尿病、皮肤病及口腔溃疡等疾病的治疗[5]，其中对糖尿病和抑郁的治疗作用尤为人们所关注。但交泰丸这种异病同治的内在分子作用机制目前还鲜有研究报道。本研究通过对交泰丸相关成分及靶点进行挖掘，利用网络药理学分析方法，对交泰丸治疗糖尿病、抑郁及失眠的靶点和机制进行初步研究探索，旨在发现交泰丸的物质基础，明确其作用靶点，探索异病同治规律及机制。

1 实验材料

1.1 数据库和分析工具

中药系统药理学技术平台（TCMSP)（http://ibts.hkbu.edu.hk/LSP/tcmsp.php）；TCM Database@Taiwan数据库（http://tcm.cmu.edu.tw/zh-tw/index.php）；STITCH数据库（stitch.embl.de/）；UniProt数据库（http://www.uni-prot.org/）；Therapeutic Target数据库（https://db.idrblab.org/ttd/）；Comparative Toxicogenomics数据库（http://ctdbase.org/）；MAS 3.0分子注释系统（http://mas.capitalbiotech.com/mas3/）；Cytoscape软件3.6.0。

2 实验方法

2.1 成分筛选

通过TCMSP和TCM Database@Taiwan以及文献检索获得黄连、肉桂化学成分信息。选取口服生物利用度（OB）≥30%，类药性（DL）≥0.18的化合物作为候选化合物。

2.2 靶点获取

从TCMSP数据库和STITCH数据库获得候选化合物对应的靶点信息。并使用UniProt数据库，输入靶点名称，限定物种为人，将靶点转换成相应的基因。

2.3 疾病治疗靶点

搜寻Therapeutic Target数据库和Comparative Toxicogenomics数据库中与糖尿病、抑郁和失眠相关的靶点，与药物作用靶点进行匹配。

2.4 网络构建

将上述候选化合物、靶点、疾病作为节点，利用Cytoscape软件构建相互作用网络模型。

2.5 靶点通路注释

通过MAS对靶点进行gene ontology（GO）生物过程（biological process）富集分析和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）通路注释富集分析。

3 实验结果

3.1 交泰丸化学成分筛选

经查阅数据库和检索文献，并结合其ADME性质，共筛选出黄连（HL）和肉桂（RG）中满足条件的20个化合物，见表1。其中，桂皮醛和肉桂酸的OB和DL较低，但在肉桂中含量丰富，依然列入候选化合物。

表1 交泰丸经筛选得到的候选化合物

3.2 疾病靶点的预测

从TCMSP数据库和STITCH数据库整理出交泰丸的潜在靶点，从Therapeutic Target数据库和Comparative Toxicogenomics数据库中得到与抑郁、失眠和糖尿病相关的靶点，将二者进行匹配，分别得到交泰丸治疗抑郁、失眠和糖尿病的靶点共92个（表2）。并通过Cytoscape软件绘制化合物-靶点-疾病相互作用网络图（图1）和靶点-疾病网络图（图2）。图中绿色节点代表化合物，蓝色节点代表化合物作用的靶点，红色节点代表疾病。从图1化合物-靶点-疾病相互作用网络图可以看出，交泰丸的有效成分大多对应多于一个以上的靶点，而同一靶点也多会对应多个成分，交泰丸治疗疾病是通过多个成分作用于多个靶点产生效应。其中靶点环氧合酶2（PTGS2）、前列腺素G/H合酶1（PTGS1）、内皮型一氧化氮合酶（NOS3）、诱导型一氧化氮合酶（NOS2）、热休克蛋白 90β（HSP90AB1）、雄激素受体（AR）、雌激素受体（ESR1）、半胱天冬酶-3（CASP3）、γ-氨基丁酸受体α1（GABRA1）、转录因子p65（RELA）对应的成分最多。从图2靶点-疾病网络图可以看出，交泰丸作用的一些靶点是疾病特有的，而环氧合酶2（PTGS2）、对氧磷酶1（PON1）、糖原合成酶激酶-3β（GSK3B）、α2C去甲肾上腺素受体（ADRA2C）、白细胞介素6（IL6）、α1A去甲肾上腺素受体（ADRA1A）、铜锌超氧化物歧化酶（SOD1）、过氧化物酶（MPO）、白细胞介素2（IL2）是交泰丸治疗糖尿病和抑郁的共同靶点，γ-氨基丁酸受体α1（GABRA1）、5-HT转运体（SLC6A4）是交泰丸治疗失眠和抑郁的共同靶点，5-HT2A受体（HTR2A）和5-HT2C受体（HTR2C）则是交泰丸治疗三种疾病的共同靶点。

表2 交泰丸靶点信息

图1 交泰丸化合物-靶点-疾病作用网络图

图2 靶点-疾病网络图

3.3 靶点生物学分析

对交泰丸治疗糖尿病、抑郁和失眠的靶点分别进行GO中的生物过程富集分析和KEGG通路注释富集分析。交泰丸治疗糖尿病、抑郁和失眠的靶点分别富集在728、186和34个生物过程（P＜0.05）。根据P值大小，图中分别列举了排在前10的条目（图3）。由图3可以看出，交泰丸治疗糖尿病的靶点主要富集在抗细胞凋亡、应对缺氧、炎症反应、信号转导、一氧化氮生物合成的正调节等生物过程；治疗抑郁的靶点主要富集在信号转导、氧化还原、单胺转运、抗细胞凋亡、5-羟色胺受体，磷脂酶C激活途径等生物过程；治疗失眠的靶点主要富集在5-羟色胺受体，磷脂酶C激活途径、血管收缩的正调节、药物反应、突触传导、γ-氨基丁酸分泌的正调节等生物过程。交泰丸治疗糖尿病、抑郁和失眠的靶点分别富集在75、33和4条通路（P＜0.05）。根据P值大小，图中列举了排在前10的KEGG条目（图4）。由图4可以看出，交泰丸治疗糖尿病的作用靶点涉及Toll样受体信号通路、细胞因子受体相互作用、细胞凋亡等通路；治疗抑郁的作用靶点涉及神经活性配体-受体相互作用、钙信号通路、苯丙氨酸代谢等通路；治疗失眠的作用靶点涉及神经活性配体-受体相互作用、间隙连接、钙信号通路等通路。由此可见，交泰丸治疗这三种疾病对应的靶点参与的生物过程和通路既存在相似性，也存在差异性。

图3 GO生物过程富集分析（A.糖尿病B.抑郁C.失眠）

图4 KEGG富集分析（A.糖尿病B.抑郁C.失眠）

4 讨论

糖尿病作为当今社会常见的疾病，其患者往往易产生心理疾病，如失眠、抑郁[6,7]，严重影响着人们的生活质量，而抑郁及睡眠问题同样增加了糖尿病患病风险[8-10]。由此可见，这几种疾病互相影响，互为疾病与疾病风险因素。中医认为糖尿病、抑郁和失眠皆与心火、肾水失去协调既济有关[11,12]。交泰丸方中黄连清泻亢盛之心火，肉桂补火助阳，引火归原，两药配伍，使得心肾相交，水火相济[5]。可见，交泰丸对糖尿病、抑郁和失眠的异病同治具有坚实的中医理论基础。而且，前期的临床研究及动物实验也证实了交泰丸对治疗这三种疾病具有明显的改善作用[5,13]。本研究采用网络药理学的方法对交泰丸异病同治的作用机制进行探讨。

我们的网络药理学分析结果显示，HTR2A和HTR2C作为5-羟色胺（5-HT）受体，是糖尿病、失眠和抑郁三种疾病共同的治疗靶点。5-HT是一种广泛存在于中枢神经系统和外周神经系统的神经递质，5-HT通过作用于其受体产生生理效应，涉及抑郁、睡眠与觉醒的调节[14,15]。5-HT系统在一些心血管疾病的发病机制中也起着重要的作用。糖尿病状态下，5-HT的浓度及其受体都发生了改变，导致内皮损伤，进而产生或加剧糖尿病心血管并发症[16]。本研究的结果说明，糖尿病、抑郁、失眠的发生发展存在与5-HT病理改变相关的共同机制，交泰丸可能主要是通过对共同靶点HTR2A和HTR2C的调控发挥治疗糖尿病、抑郁、失眠的作用。

而且，本研究结果显示，靶点环氧合酶2（PTGS2）对应最多的化合物，表明交泰丸有较多的化合物能够对PTGS2产生调节作用。PTGS2是诱导型酶，催化前列腺素的生成，前列腺素是主要的炎性介质之一[17]。已有研究证实PTGS2与糖尿病和抑郁均有密切的关系[18,19]。提示PTGS2是交泰丸对糖尿病、抑郁产生治疗作用的重要靶点。

前期研究报道交泰丸能够调控失眠、抑郁大鼠神经递质的含量，如5-HT、去甲肾上腺素（NE）、γ-氨基丁酸（GABA），发挥镇静催眠的作用[20-22]，我们预测的靶点也发现交泰丸可作用于单胺氧化酶A（MAOA）、单胺氧化酶B（MAOB），这两种酶可分解单胺类神经递质[23]，从而改变单胺类神经递质的含量。另外，预测发现神经递质相应的受体及转运体，如GABA受体α1亚单位（GABRA1），也是交泰丸发挥治疗失眠、抑郁的靶点。

过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）具有多种生物学功能，如促进脂肪细胞分化和生成、增强机体对胰岛素的敏感性、参与体内糖平衡的调节等，在糖尿病脂代谢研究中占据重要地位[24]。已有研究证实，交泰丸可改善2型糖尿病db/db小鼠糖尿病症状，上调PPARγ的基因表达，修复肾损伤[25]，这与预测的结果相一致。

由GO中的生物过程富集分析和KEGG通路注释富集分析结果可知，交泰丸是通过多种生物过程和通路发挥治疗作用。交泰丸治疗糖尿病的靶点主要富集在抗细胞凋亡生物过程和Toll样受体信号通路。细胞凋亡是细胞自主有序的主动死亡，是机体的正常生理过程。在糖尿病及糖尿病心肌病、糖尿病视网膜病变等并发症中，细胞凋亡这一生物过程均发生异常[26-29]。已有实验证实交泰丸可减少糖尿病大鼠胰岛细胞、视网膜血管内皮细胞的凋亡，从而改善糖尿病以及糖尿病视网膜病变[30,31]，这与我们的预测结果相一致。Toll样受体激活后通过髓样分化因子88依赖和髓样分化因子88非依赖途径，引起核因子（NF）-κB活化，炎性因子分泌增加，Toll样受体信号通路也介导了糖尿病及糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变等并发症的发生、发展[32,33]。交泰丸治疗抑郁的靶点主要富集在信号转导生物过程和神经活性配体-受体相互作用通路。信号转导通过级联放大作用完成信息的传递，产生生物学效应。神经细胞内有多个信号转导通路组成的网络，各通路协调发挥作用，细胞才能做出及时而准确的反应，抑郁症患者神经细胞的信号转导也存在异常[34]。神经活性配体-受体相互作用通路是质膜上所有与细胞内外信号通路相关的受体和配体的集合，与神经功能最为密切[35]。交泰丸治疗失眠的靶点主要富集在5-羟色胺受体，磷脂酶C激活途径生物过程和神经活性配体-受体相互作用通路。5-HT2受体可通过Gq蛋白激活磷脂酶C，促进磷脂酰肌醇代谢。有研究表明，5-HT2A/2C受体-磷脂酶C的激活易化大鼠杏仁核的突触可塑性[36]。由此推测，交泰丸可能通过这些生物过程和通路分别发挥对糖尿病、抑郁及失眠的治疗作用。

5 结语

本研究采用网络药理学的研究方法，从分子网络水平研究了交泰丸对糖尿病、失眠、抑郁的调控作用。研究表明，交泰丸中的20个化合物可作用于92个靶点发挥对3种疾病的治疗作用，交泰丸对糖尿病、抑郁、失眠的治疗既存在共同的靶点，又能通过各个疾病特有的靶点发挥作用。经生物信息富集分析发现，交泰丸治疗糖尿病、抑郁和失眠的靶点分别富集在728、186和34个生物过程以及75、33和4条通路。该研究体现了交泰丸具有多成分、多靶点、多途径的特点，可为进一步研究交泰丸的作用机制提供参考，为临床上的合理应用和新药开发提供依据。该方法存在一定的局限性，只能为我们提供初步的探索，后期仍需实验进行进一步验证。

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