基于网络药理学预测补阳还五汤治疗帕金森病的作用机制研究

章水晶 舒馨馨 杜仲燕

帕金森病是继阿尔兹海默病之后的第二大类神经系统变性疾病，为一种常见的神经系统退行性疾病［1］。目前我国发病率逐年上升，现已有大约200万PD患者［2］，预计至2030年帕金森病患者将达500万人［3］。迄今为止，尚无有效而又安全的药物，以复方左旋多巴为代表的药物是目前治疗帕金森病最基础的口服药物，但长期服用左旋多巴替代疗效有限［4］，不能有效阻止病情的发展。近年大量研究表明，中医中药能有效改善患者临床症状，不良反应较少，逐渐成为研究的重点和热点［5］。帕金森病的主要病机是气血亏虚、肝肾阴虚、夹风火痰瘀［6］。本研究通过网络药理学方法，对补阳还五汤多成分、多靶点与帕金森病的复杂网状关系进行研究，旨在为揭示补阳还五汤作用机制的科学内涵提供参考。

1 材料与方法

1.1 补阳还五汤所含化学成分的收集与处理 本研究采用中药分子作用机制的生物信息学分析工具（BATMAN-TCM，http：//bionet.ncpsb.org/batmantcm/），以HUANG QI、TAO REN、HONG HUA、CHI SHAO、CHUAN XIONG、DANG GUI、DI LONG为关键词，检索补阳还五汤的全部化学成分。

1.2 预测靶标基因 靶标基因预测通过计算“入血化合物-靶标”与“已知药物-靶标”之间的相似性得分（score）获得，在BATMAN-TCM平台中设置以score≥20的靶标作为化合物的靶标基因。

1.3 蛋白互作网络（PPI）的构建 为说明靶点蛋白在系统水平上的作用，将补阳还五汤治疗帕金森病的相关作用靶点上传至在线STRING软件（http：//string-db.org）。

1.4 网络的构建及分析 根据上述预测结果，使用Cytoscape软件中的关联功能（Merge）将筛选出的活性成分、潜在靶点以及与靶点对应的疾病信息构建一个药物-靶点-疾病网络。在生成的网络中，节点代表化合物、蛋白质或疾病，边代表化合物-靶点以及靶点-疾病相互作用。

2 结果

2.1 补阳还五汤治疗帕金森病的靶点筛选 检索BATMAN-TCM数据库发现，补阳还五汤治疗帕金森病的靶点共18个，如表1所示为补阳还五汤治疗帕金森病对应靶点，与帕金森病经典通路基本吻合（P＜0.05）。

表1 补阳还五汤治疗帕金森病对应靶点（score≥20）

2.2 补阳还五汤的活性成分筛选 通过BATMANTCM数据库中整理出补阳还五汤中共454个化合物，手动筛选补阳还五汤治疗帕金森病的靶点对应的成分共201个。如表2所示，其中若一个靶点对应＞3个靶成分下表只则列出前3个成分，其中主要涉及了百里香酚、十五烷醇、癸酸等（P＜0.05）。

2.3 PPI网络的构建 为了更好地理解补阳还五汤治疗帕金森病的作用机制，基于PPI关系，利用STRING软件构建了补阳还五汤治疗帕金森病相关靶点的PPI网络，结果见图1。PPI网络包含18个蛋白质节点，22条相互作用关系（连线），其中3个蛋白质节点无相互作用关系。

图1 补阳还五汤治疗帕金森病相关靶点的PPI网络

2.4 网络构建及分析 使用Cytoscape软件构建在帕金森病方向补阳还五汤活性成分-作用靶点的网络模型，如图2所示。从图中可以看出，111个活性成分的15个潜在靶点对比到帕金森病上，不同的活性成分可作用于相同的靶点，也可作用于不同的靶点，充分体现了补阳还五汤多成分、多靶点的作用机制。

图2 补阳还五汤治疗帕金森病的靶点-成分网络关系图

表2 补阳还五汤治疗帕金森病靶点对应成分（score≥20）

2.5 候选靶标基因功能分析 根据补阳还五汤治疗帕金森病相关的靶基因，对候选靶标进行基因分析，得到候选靶标具有的功能信息，按P值选取了前10，见表3，结果发现其功能涉及小分子代谢过程、细胞信号传导、氧化还原酶活性、跨膜转运、跨膜转运蛋白活性、转运、恒定作用等。

表3 补阳还五汤治疗帕金森病候选靶标参与的基因功能信息

3 讨论

补阳还五汤来源于清代名医王清任的著作《医林改错》，王氏认为：“元气既虚，必不能达于血管，血管无气，必停留而瘀”，该方由补气药与活血化瘀药相配伍，由黄芪、桃仁、红花、赤芍、川芎、当归、地龙等7味药材组成。方中重用黄芪为君药，大补脾胃中气以资化源，固摄经络真气以节散流，使气旺则血行，祛瘀而不伤正。当归为臣药，长于活血，兼能养血，有化瘀而不伤血之妙。川芎、赤芍、桃仁、红花为佐药，助当归活血化瘀以治标。更佐地龙与生黄芪配合，增强补气通络之力，使药力能周行全身。诸药合用具有补气、活血和通络3个方面的功效。补阳还五汤古代主要用于治疗中风、半身不遂、口眼歪斜、语言謇涩、口角流涎、大便干燥、小便频数和遗尿不禁等［7］，现代临床广泛用于治疗脑梗死、帕金森病等神经系统疾病，疗效显著。彭根兴等［8］研究得出结论：补阳还五汤对帕金森病临床疗效显著。但由于中药复方化学成分的复杂性和功能主治的多样性，补阳还五汤治疗帕金森病的作用机制尚不明确。

网络药理学作为中药研究的学科前沿，融合了系统生物学、多向药理学、计算生物学、网络分析等多学科的技术和内容［9］，主要包括活性成分的筛选、作用靶点的获取、网络构建与分析3个部分。网络药理学通过构建活性成分-靶点、靶点-靶点、成分-靶点-疾病、成分-靶点-通路等网络，充分利用基因、靶点等大数据，系统综合地来阐明药物的作用机制，非常适合于多成分、多靶点的中药复方作用机制的研究［10-11］。与基础药理学最大的不同在于，网络药理学是紧密结合系统生物学与生物网络的构建与分析等来阐释药效、药物毒性及代谢特点，是从整体观的角度认识药物与机体的相互作用并指导新药发现。

中医药有着几千年的历史，蕴藏着巨大的新药创制资源，是未来个体化医疗发展、多靶点药物发现的源泉。网络药理学基于“疾病-基因-靶点-药物”相互作用网络，系统综合地观察药物对疾病网络的干预与影响，从而揭示药物协同作用于人体的奥秘。网络药理学的研究策略符合中医药学对疾病整体性的认识，既体现前沿科技的特点，又适于结合中医药核心理论，有利于筛选中药的有效成分及阐释中药的作用机制，有利于发现中药的组效关系及其方剂配伍规律，有利于为中医药的创新发展提供新的科学依据，有助于中药的新药创制［12］。

本研究采用BATMAN-TCM平台筛选出补阳还五汤治疗帕金森病的活性成分111个，百里香酚、十五烷醇、癸酸、榄香烯、香苇醇乙酸酯、月桂烯、甲酚等成分直接、间接地作用于多种神经递质，包括乙酰胆碱酯酶、载脂蛋白e、丁酰胆碱酯酶、缓激肽B2受体、羧酸酯酶1、胆碱能受体1等，涉及小分子代谢过程、细胞信号传导、氧化还原酶活性、跨膜转运、跨膜转运蛋白活性等GO生物过程子簇。乙酰胆碱酯酶、载脂蛋白e等靶点可能是导致帕金森病的主要原因［13］，由此推测补阳还五汤主要通过作用上述受体及对应信号通路来治疗帕金森病。

综上所述，本研究采用网络药理学研究策略对补阳还五汤进行化学成分数据库构建、靶点预测、药物-靶点网络构建和蛋白相互作用网络分析并，分析了GO生物过程，初步阐明了补阳还五汤治疗帕金森病的作用机制，对全面、深入研究补阳还五汤治疗帕金森病的作用机制具有重要的指导意义。中医药的研究随着网络药理学在数据积累、计算与实验方法的深入交叉、各种组学技术以及高内涵/高通量技术的发展，便于其从整体的角度，用在线构建网络的方法研究中药分子基础及多靶点、多途径的协同作用，并用网络的形式直观地呈现出来，这种研究方法为传统中药的发展及中药新药的开发提供了有力支撑。