基于网络药理学筛选五味子中治疗哮喘的靶标及活性成分

吕 希，徐广宇，王春梅，李 贺，曹丽娟，陈建光，孙靖辉

(1.北华大学药学院，吉林 吉林 132013；2.北华大学林学院，吉林 吉林 132013)

支气管哮喘(简称哮喘)是一种慢性炎症性气道疾病，发病率高，临床治疗大多使用西药治疗，如皮质类固醇和β2受体激动剂[1-2]，但长期服用会引发很多副作用[3].因此，我们迫切需要更安全和更有效的哮喘治疗策略.

近年来，越来越多的人愿意选择副作用相对较少的中药来治疗哮喘[4]，中医药疗法在治疗哮喘方面具有明显的优势，而且一些中药的有效成分可通过免疫调节来缓解哮喘的气道炎症，且安全性高，有望成为哮喘治疗的替代或辅助药物.五味子史载于我国药学专著《神农本草经》，它是木兰科植物五味子 [Schisandrachinensis(Turcz.)Baill.]的成熟干燥果实，已被证实有治疗咳嗽、喘息等疾病的作用[5].然而，其有效成分的主要活性物质和它的治疗靶蛋白在抑制哮喘方面的机制不是很清楚，以往的单一研究模式也并不能完全揭示.

在新兴的研究模式中，网络药理学是一种研究药理学复杂作用机制的方法[6]，它把传统的药物发现和药物开发的概念从“1种目标-1种药物”模式转变为“多目标-多组分”模式，这种模式与中药提取物的完整性和系统性完全吻合，可以解决上述五味子有效成分及机制的问题.

1 网络药理学方法

化学成分数据库选择：我们选择中国中医药系统药理学数据库[7](TCMSP，http：∥tcmspw.com/tcmsp.php)，它是专门为中药研究而设计，包含了药物吸收、分布、代谢和排泄(ADME)等信息，同时提供了潜在活性分子的靶标及其疾病信息，形成了针对每个中药的药物-靶标-疾病网络.

药代动力学筛选：根据口服生物利用度(OB值)和类药性(DL值)筛选五味子中的活性化合物.OB是吸收到血液循环中并产生药理作用的药物口服剂量的速率和百分比，是口服药物最重要的药代动力学特征之一，它反映了口服药物进入人体循环的有效性[8].在这项研究中，OB≥30%为候选药物的阈值.DL是一种用于药物设计的定性分析方法，用于评估一种化合物在化学上是否适合作为药物使用，以及根据影响其药效学和药代动力学的参数来评估药物分子的药物样态，这些参数最终会影响其ADME特性[9].本研究中设定DL≥0.18为候选药物的潜在药物.

五味子化学成分的潜在作用靶标：根据TCMSP数据库，将五味子中的有效化合物与潜在目标物一一对应，并通过包含预测目标物的UniProt数据库(http：∥www.uniprot.org/)选择目标物为“mouse”，从五味子的候选化合物中得到有效成分所对应的潜在靶蛋白.

疾病基因对应的蛋白因子：在TTD数据库中(http：∥db.idrblab.net/ttd/)搜索哮喘(Asthma)疾病的全部基因.

蛋白质-蛋白质相互作用：为了更直观地分析五味子中有效成分和哮喘相关基因之间的联系，将药物靶标与疾病靶标相交，以获取交点.选择共同靶蛋白，在STRING[10](https：∥string-db.org/)平台上构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络模型，然后，我们将其导入Cytoscape 3.7.0中[11]，以获得PPI网络.

候选靶蛋白的相关通路分析：运用京都基因与基因组百科全书(https：∥www.kegg.jp)查找候选靶蛋白与疾病相关的通路.

2 结 果

2.1 五味子中的化合物及相关基因信息

筛选五味子中的潜在药物活性成分，共得到8个目标化合物.见表1.

表1 五味子潜在药物活性成分及其OB和DL值Tab.1 Potential active components of Schisandra chinensis and OB，DL value

2.2 五味子的靶标预测

从上述8个化合物中筛选出56个潜在的作用靶标.见表2.

表2 五味子中8个有效成分的作用靶标Tab.2 Targets in 8 active components of Schisandra chinensis

2.3 哮喘相关基因的查询

在TTD疾病基因数据库中(http：∥db.idrblab.net/ttd/)搜索哮喘的相关基因，获得了132个与哮喘相关的靶标.

2.4 网络建设与进一步分析

通过网络分析建立一个网络，分析候选化合物、候选靶标与哮喘相关的靶标之间的关系，进一步将五味子与疾病的靶标因子相交，取交集.见图1.

图1中左边的圆代表五味子作用靶点，右边的圆代表哮喘相关基因，二者的交集基因有10个，被认为是五味子可能治疗哮喘疾病的靶点.见表3.

表3 交集基因及IDTab.3 Intersect of genes and ID

2.5 交集基因相互作用(PPI)网络

通过在线数据库和相关软件建立中草药治疗疾病的网络关系和目标预测，将获得的特定治疗靶标导入STRING数据库中，建立靶蛋白相互作用网络.见图2.该网络有10个节点与8个边缘，边缘数越多表示交互作用越强.Il4ra、Chrm2与其他8个蛋白无互动，而Pparg/Ptgs2与其他因子有很强的相互作用，可以认为其更有可能是治疗哮喘的关键因子.

2.6 扩展基因-交集基因网络构建

从上述PPI网络我们已经初步筛选出了关联性较强的靶标，下面我们进一步构建交集基因与相关扩展基因相互作用网络图.见图3.在此图中椭圆越大，代表相互关联性越大；边缘连线越粗，代表相互作用越强.Pparg/Ptgs2基因依然位居重要位置，而Ncoa2、Ncoa3、Nos2与其他基因也有较强的相互作用.

2.7 相关通路筛选

我们查找了关键基因的相关疾病通路，并参考上述几个步骤的筛选，最终得到最关键的3个靶标：Pparg、Ptgs2、Ncoa3，主要参与疾病因子调控的通路为Pathways in cancer通路.另外，还查到五味子成分中同时包含3个因子的共性化合物为醇乙、酯乙、戈米辛R.见图4.

3 结 论

网络药理学通过构建网络模型来分析药物、靶点与疾病间的相互关系，是药物研究的新模式[12].通过建立药物-靶点-疾病网络，分析药物对整个疾病网络的干预和影响，预测药效成分对关键靶点及其通路的作用.中药成分多样，与疾病、靶点间存在着复杂的网络关系，因此，网络药理学非常适宜于中药作用机制的研究[13].

在此次网络药理学研究中，我们最终筛选到候选基因主要存在于Pathways in cancer通路中，从而调节NF-κB等通路，达到治疗哮喘的效果.而醇乙、酯乙、戈米辛R为包含关键靶标最多的五味子化合物，它被证实具有多种生物活性，如抗病毒、抗炎等，此研究可为基础研究和临床治疗提供更多的参考.