基于网络药理学预测大蓟治疗高血压的作用机制＊

马新称，黄燕秋，肖 雪，易法令

（1.广东省代谢病中西医结合研究中心 广州 510006；2.广东药科大学中药学院 广州 510006；3.广东药科大学医药信息工程学院 广州 510006）

高血压是以动脉血压持续升高为特征的“心血管综合征”，近年来，其发病率普遍升高且发病年龄降低，严重患者多死于脑血管病和心肾衰竭[1-3]。目前，治疗高血压的主要措施为化学药治疗，但是化学药在快速降压的同时产生副作用，如β-受体阻断剂类在降低血压的同时可诱发哮喘[4]。研究表明部分中药在发挥降压作用的同时兼具器官保护作用[5,6]。研究中药的降压作用、筛选有效成分以及探讨降压作用机制，已然形成趋势。

大蓟为菊科植物蓟Cirsium japonicum Fisch.ex DC.的干燥地上部分，收载于《中国药典》（2015 年版），其味甘、苦，性凉，归心、肝经，有凉血止血、散瘀解毒消痈之功效[7]。现代药理研究表明，大蓟具有抗肿瘤、抑菌、治疗糖尿病、肥胖、保肝护肝等多种药理作用[8,9]。此外，研究发现大蓟根水剂、碱液、酸性醇浸出液等均有降压作用[10]。临床上，大蓟根与杜仲叶、夏枯草合用可安全有效降压，并且对高血压易感者具有早期预防、强身保健的作用[11]。作用机制方面，大蓟主要通过内皮细胞释放NO发挥降压作用[12]。但是，中药发挥疗效具有多成分、多靶点的特点，目前对于大蓟发挥降压作用的药效成分及作用机制尚缺乏系统认识。

网络药理学以生物分子网络为基础，从相互联系的角度研究问题，与中药的核心思想不谋而合，在预测中药活性成分群及作用靶点、阐明作用机制、解释中药配伍规律、发现新的临床适用症等方面具有广泛应用[13,14]。本文采用网络药理学的方法首次从整体上分析中药大蓟治疗高血压疾病的作用机制，发现大蓟治疗高血压疾病的潜在药效成分、新的作用靶点及信号通路，促进大蓟的临床应用，同时为高血压疾病的机制研究提供方向。

表1 26种大蓟化学成分信息

1 材料与方法

1.1 化学成分与作用靶点收集

利用TCMSP 数据库（http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php）收集大蓟的所有化学成分及相应作用靶点。

1.2 成分-靶点核心网络构建

采用Cytoscape3.6.1 软件构建“成分-靶点”网络，设置网络节点、边等属性。其中，节点分别代表成分和作用靶点，边代表成分与靶点的相互作用关系。根据网络的边、节点分别成分和和靶点的节点平均度，据此提取大蓟“成分-靶点”核心网络[15]。其中，节点度是指与节点相关联的边的数目，代表成分与靶点的关联程度，节点平均度代表成分与靶点关联的平均程度。

1.3 疾病-成分-靶点网络构建

利用Uniprot（http://www.uniprot.org/）数据库将成分作用的核心靶点转换为人类基因名，并与GeneCards（http://www.genecards.org/）、OMIM（http://www.omim.org/）和TTD（http://bidd.nus.edu.sg/group/cjttd/）数据库中已报道的与原发性高血压相关靶点进行比对，采用Venn diagrams（http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn/）提取共有靶点，即为原发性高血压疾病靶点，构建疾病-成分-靶点网络。

1.4 生物学功能与通路分析

为了进一步研究关键靶点涉及的生物学功能及信号通路，利用Cytoscape3.6.1软件中的CluGO插件对关键靶点进行GO 功能富集和KEGG 通路富集分析。其中，GO功能富集和KEGG通路富集分析均设置参数为P ＜0.05。

1.5 成分-靶点-信号通路网络构建

为了从整体上分析成分、靶点与信号通路之间的相互作用关系，采用Cytoscape3.6.1 软件中的Merge 功能将“靶点-通路”网络与上述“成分-靶点”核心网络进行合并，构建大蓟“成分-靶点-信号通路”网络。

2 结果

2.1 化学成分与作用靶点收集

收集TCMSP 数据库中大蓟的所有化学成分及相应作用靶点，得到26 种化学成分（表1）和119 个作用靶点，共计289对成分-靶点相互作用关系。

2.2 成分-靶点核心网络构建结果

所构建的“成分-靶点”网络中共包含145 个节点和285 条边，其中285 条边代表成分和靶点的相互作用；26个节点代表化学成分，节点平均度为10.96，大于节点平均度的成分有11 个；119 个节点代表成分作用靶点，节点平均度为2.39，大于节点平均度的靶点有33个，据此提取大蓟成分-靶点核心网络（图1）。

2.3 疾病-成分-靶点网络构建结果

在GeneCards、OMIM和TTD数据库中共计检索得到5193个原发性高血压相关基因，从中提取得到29个原发性高血压疾病靶点，并构建疾病-成分-靶点网络（图2）。

2.4 生物学功能与通路分析

在GO 功能富集分析中，共确定27 条GO 条目，其中21 条生物过程主要涉及腺苷酸环化酶抑制G 蛋白偶联乙酰胆碱受体、磷脂酶C 激活G 蛋白偶联乙酰胆碱受体、通过化学信号调节心脏收缩力等；6条分子功能包括儿茶酚胺结合、儿茶酚胺G 蛋白偶联神经递质受体活性、G蛋白偶联胺受体活性、G蛋白偶联乙酰胆碱受体活性、肾上腺素能受体活性以及α-肾上腺素能受体活性（图3）。

图1 成分-靶点核心网络

图2 疾病-成分-靶点网络

通过KEGG 通路富集分析，共得到13条相关通路（图4）。结果显示大蓟治疗高血压机制主要涉及脂肪细胞中的脂肪分解、钙信号通路、酪氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、唾液分泌等信号通路。

2.5 成分-靶点-信号通路网络构建

为进一步研究成分、靶点与信号通路之间的相互作用关系，采用Cytoscape3.6.1软件构建“靶点-信号通路”网络，并采用Merge 功能将其与上述“成分-靶点”核心网络进行合并，构建大蓟“成分-靶点-信号通路”网络(图5)。结果显示中药大蓟中的发挥抗高血压作用的化学成分主要包括油酸、豆甾醇、紫丁香酚苷、邻苯二甲酸二丁酯，协同作用于PTGS1、PTGS2、CHRM3、CHRM1、SLC6A2、CHRM2、ADRβ2、SLC6A3等靶点，参与心脏收缩力调节、钙信号通路、氨基酸代谢等13 条信号通路(表2)。

图4 KEGG通路富集分析条形图

3 讨论

本文构建的“成分-靶点”核心网络中，涉及大蓟11种药效成分和33个靶点。其中，发挥大蓟抗高血压作用的潜在药效物质主要为油酸、豆甾醇、紫丁香酚苷、邻苯二甲酸二丁酯等，以上4种关键药效成分共同作用于PTGS1 和PTGS2 靶点，而油酸、豆甾醇和邻苯二甲酸二丁酯三种成分作用于RXRα 靶点，紫丁香酚苷、邻苯二甲酸二丁酯和豆甾醇共同作用于CHRM2、ADRα1A、SLC6A2、CHRM1、SLC6A3、ADRβ2 和CHRM3，体现了中药多成分协同作用的特点。

图5 成分-靶点-信号通路网络

在“成分-靶点-通路”网络中，共计有29个高血压疾病靶点，主要为PTGS1、PTGS2、CHRM3、CHRM1、SLC6A2、CHRM2、ADRβ2、SLC6A3 等。研 究 表 明，PTGS1 和PTGS2 均为前列腺素内源性过氧化物合酶，其中PTGS2 基因与女性高血压病的发生密切相关[16]。CHRM3、CHRM1及CHRM2分别是毒蕈碱乙酰胆碱受体的不同亚型，研究发现CHRM3 与原发性高血压患者染色体q43位置具有关联[17]。作为去甲肾上腺素转运体，SLC6A2在“递质-受体”信号传导通路中具有重要的调控作用，流行病学研究表明SLC6A2 基因多态性与高血压疾病具有相关性[18]。此外，黄昉萌等[19]研究发现高血压病肝阳上亢证患者携带SLC6A2 启动子2 的GC/CC 型频率高于非肝阳上亢证患者，推测SLC6A2多态性影响交感神经系统的稳定性，进而表现出肝阳上亢证证候群。Kim 等[20]揭示了SLC6A3 与高血压之间的遗传关联，并且SLC6A3的特异性VNTR等位基因可能是高血压的危险因素。ADRβ2 则是交感神经系统的重要组成部分，介导心脏交感神经-肾上腺系统的信号转导，对血压的短期和长期调节均有影响[21]。以上基因功能均与高血压相关，分析大蓟可能通过这些关键靶点发挥降压作用。

对预测的关键靶点进行GO 功能富集分析和KEGG 通路富集分析，进一步探究大蓟降低高血压的作用机制。富集的生物学过程包括通过化学信号调节心脏收缩力、G蛋白偶联乙酰胆碱受体激活磷脂酶C、G 蛋白偶联乙酰胆碱受体抑制腺苷酸环化酶等，通路富集分析显示其参与脂肪细胞中的脂肪分解、钙信号通路、酪氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、唾液分泌等信号通路。文献报道，大部分药物治疗高血压的作用机制主要涉及降低心肌收缩力以减少血容量、选择性阻滞平滑肌细胞钙离子内流、舒张血管、改善血管内皮功能、调节血脂等方面[3]。通过网络药理学预测大蓟作用于ADRβ1、ADRβ2、ADRα1A、ADRα1B 等肾上腺素能受体和钠通道蛋白亚基SCN5α，提示其降低心肌细胞收缩力和减少血容量而发挥降压作用；而PRKACα、ADRβ1、ADRβ2、NOS2、NOS3、HTR2A、CHRM2、CHRM1、CHRM3、ADRα1A 和ADRα1B 靶点均涉及钙信号通路，其可能通过选择性阻滞钙离子内流呈现降压作用。其中，NOS2 和NOS3 与精氨酸和脯氨酸代谢相关，推测二者亦参与调节精氨酸和脯氨酸代谢发挥降血压作用；PTGS1和PTGS2为前列腺素内源性过氧化物合酶，研究表明二者可与分布在血小板和内皮细胞上的前列环素受体G蛋白耦联受体结合激

活G蛋白，引起细胞内cAMP 水平升高，进而抑制血小板聚集，血管平滑肌松弛[22]。此外，血脂的升高可致血液粘稠增加，PTGS2 和PTGS1 可能与PRKACα、ADRβ 1、ADRβ2、PTGS2、PTGS1等靶点共同参与调节脂肪细胞中的脂肪分解、降低血液粘稠度从而降低血压。

表2 关键疾病靶点及信号通路

总之，本文采用网络药理学的方法构建“成分-靶点-信号通路”网络，从整体上分析大蓟成分、靶点、信号通路之间的相互作用关系，推测中药大蓟通过油酸、豆甾醇、紫丁香酚苷、邻苯二甲酸二丁酯等潜在药效成分 协 同 作 用 于PTGS1、PTGS2、CHRM3、CHRM1、SLC6A2、CHRM2、ADRβ2、SLC6A3 等多个靶点，参与心脏收缩力调节、钙信号通路、氨基酸代谢等多条信号通路发挥治疗高血压疾病的作用，为中药大蓟的药效物质基础与机制研究提供方向。基于以上网络药理学方法的预测结果，拟进一步对大蓟的潜在药效成分和作用机制开展实验验证。