基于网络药理学的党参干预肠易激综合征作用机制研究

蒙洁　陈冬梅　刘佳佳　李丹丹　王晶

摘要：目的  基于網络药理学探讨党参治疗肠易激综合征的作用靶点和作用机制。方法  通过中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）筛选出党参口服生物利用度≥30%和类药性≥0.18的化合物作为候选药效成分，利用HTDocking平台预测与候选药效成分匹配的靶蛋白，采用Cytoscape3.7.0软件构建化合物-靶点网络。通过GeneCards、NCBI和OMIM数据库查找肠易激综合征相关基因，利用Cytoscape3.7.0绘制疾病基因蛋白相互作用网络，并与党参化合物-靶点网络进行映射，发现党参治疗肠易激综合征的关键化合物和潜在作用靶点。使用Funrich3.1.3软件对潜在作用靶点进行GO功能注释和KEGG通路富集，对党参治疗肠易激综合征的作用机制做出合理推测。结果  共得到党参候选药效成分17个，预测作用靶点111个，肠易激综合征相关基因1368个，党参治疗肠易激综合征的关键化合物15个，潜在作用靶点55个（包括IL6、PTGS2、AKT1、EGFR、IL2、IL10、IL4等），靶点参与的功能主要有免疫应答、炎症反应等，主要富集通路有TRAILA信号通路、TNF信号通路等448条。结论  党参可能通过调节PTGS2等炎症因子，参与TRAIL信号通路、TNF信号通路等途径，调节免疫反应，从而达到治疗肠易激综合征的目的。

关键词：党参;肠易激综合征;免疫反应;炎症因子;网络药理学

中图分类号：R259.744;R2-05    文献标识码：A    文章编号：1005-5304（2020）01-0080-06

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.201903174

Study on Mechanism of Codonopsis Radix in Treatment of Irritable Bowel Syndrome

Based on Network Pharmacology

MENG Jie， CHEN Dongmei， LIU Jiajia， LI Dandan， WANG Jing

Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China

Abstract： Objective To explore the targets and mechanism of Codonopsis Radix in the treatment of irritable bowel syndrome （IBS） based on network pharmacology. Methods Compounds with oral bioavailability of 30% or more and drug-like ratio of 0.18 or higher in Codonopsis Radix were screened as candidate drug-effect components by TCMSP database， and then the biomacromolecules matched with candidate drug-effect components were extracted by HTDocking platform. The compound-target interaction network was constructed by Cytoscape 3.7.0. The genes for IBS was searched by GeneCards， NCBI and OMIM， and the protein interaction （PPI） network was mapped using cytoscape 3.7.0， and mapping with the compound-target network of Codonopsis Radix revealed the key compounds and potential targets of Codonopsis Radix in the treatment of irritable bowel syndrome. Funrich 3.1.3 software was used to perform GO function annotation and KEGG pathway enrichment on potential targets， and made a reasonable speculation on the mechanism of Codonopsis Radix in the treatment of IBS. Results Totally 17 candidate pharmacodynamic components， 111 predicted targets， and 1368 genes related to IBS were identified. 15 key components of irritable bowel syndrome. There were 55 potential targets， including IL6， PTGS2， AKT1， EGFR， IL2， IL10， IL4， etc.; the main functions involved in the targets were immune response， inflammatory response， etc.， and the main enrichment pathways included TRAILA signaling pathway and TNF signaling

pathway. Conclusion Codonopsis Radix participates in the TRAIL signaling pathway， TNF signaling pathway， etc.， and regulates the immune response through the regulation of inflammatory factors such as PTGS2， so as to achieve the purpose of treating IBS.

Keywords： Codonopsis Radix; irritable bowel syndrome; immune reaction; inflammatory factor; network pharmacology

党参味甘，性平，有补中益气、止渴、健脾益肺、养血生津功效。研究表明，党参及其成方制剂可调理胃肠运动功能[1]，但其整体作用机制尚不清楚。肠易激综合征是一种临床常见的胃肠功能性疾病，其发生与精神紧张、内脏高敏感性、胃肠激素和神经递质分泌异常、肠道感染有关[2-5]，而肠道高敏感性可能与肠道免疫状态改变有关[6]。现代医学主要采用胃肠动力药、解痉药、抗焦虑药等治疗该病，效果不显著且易反复，中医辨证论治效果良好[7-9]。目前相关研究大多集中在生理病理学方面，分子水平的作用机制研究较少。网络药理学是一种基于系统生物学的理论，强调对信号通路的多途径调节[10]，与中药多成分-多靶点的特点不谋而合。高通量对接在线分析平台是基于已经建立的蛋白质数据库，将用户提交的小分子化合物分别与数据库中的蛋白质进行虚拟对接，从而预测出小分子化合物作用靶点的一种反向对接服务器[11]。本研究应用网络药理学方法，联合高通量对接在线分析平台，探讨党参治疗肠易激综合征的作用靶点和作用机制，旨在从分子水平探讨党参在治疗肠易激综合征中的整体作用，以期为临床应用提供支持。

1  资料与方法

1.1  候选药效成分及靶蛋白筛选

使用中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP，http：//lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php）筛选党参口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18的化学成分作为候选药效成分。将候选药效成分提交至PubChem（https：//pubchem.ncbi.nlm. nih.gov/）获得其3D结构，保存为sdf格式，采用ChemOffice2017软件对其3D结构进行MM2能量优化，并保存成mol2格式，提交至HTDocking平台（https：//www.cbligand.org/HTDocking/login.php），筛选分子对接度最高的前10位靶蛋白作为党参候选药效成分的作用靶点，使用Cytoscape3.7.0软件对候选药效成分与预测靶点绘制化合物-靶点网络图。

1.2  疾病相关基因获取

在NCBI（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、OMIM（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/omim）、GeneCards（https：//www.genecards.org/）数据库中，以“irritable bowel syndrome”为检索词，限定条件为人，查找肠易激综合征相关基因（包括已经被证实和预测的基因），整理查找到的所有基因，形成肠易激综合征相关基因数据集。使用Cytoscape3.7.0软件中的string APP插件，对数据集中的所有基因绘制蛋白质相互作用（PPI）网络。

1.3  党参治疗肠易激综合征关键靶点和化合物获取

采用Cytoscape3.7.0软件对党参化合物-靶点网络和肠易激综合征基因PPI网络进行映射，获得党参治疗肠易激综合征的关键靶点和关键化合物。

1.4  关键靶点功能注释和通路富集

采用Funrich3.1.3软件对获得的关键靶点进行GO功能注释和KEGG通路富集。

2  结果

2.1  党参候选药效成分及其靶蛋白

通过TCMSP筛选得到党参候选药效成分17个，通过HTDocking平台筛选出111个与之对接度最高的靶蛋白作为党参发挥作用的靶點，候选药效成分与预测靶点的化合物-靶点网络图见图1，节点大小代表与其直接相连的边的条数多少。候选药效成分见表1。

2.2  肠易激综合征关键基因

在NCBI数据库中查到83个相关基因，在OMIM数据库中查到13个相关基因，在GeneCards中查到1360个相关基因（包括预测的基因），去除重复后共得到1368个与人类肠易激综合征相关的基因。对所有基因绘制的PPI网络图中有1368个点、44 185条边，选取部分基因进行展示，见图2，图中节点大小代表与其直接相连的边的条数多少。

2.3  党参治疗肠易激综合征关键靶点和关键化合物

对图1和图2进行映射融合，得到党参治疗肠易激综合征的关键化合物15种、关键靶点55个，关键化合物-关键靶点网络见图3。网络中共有70个点、90条边，节点越大，与其直接相连的边越多，degree值越大。关键化合物和关键靶点信息注释情况见表2、表3。

2.4  关键靶点功能注释和通路富集

对55个关键靶点进行GO功能注释和KEGG通路富集。关键靶点的细胞组分、分子功能和生物过程富集情况见图4～图6。关键靶点的KEGG富集通路共448条，显著性最强的前10条通路见表4。

3  讨论

本研究通过对党参化合物-靶点网络的分析发现，木犀草素、大豆黄素等15个化学成分是党参发挥治疗肠易激综合征作用的主要化合物。在本研究发现的55个靶点中，木犀草素的作用靶点有31个，7-甲氧基-2-甲基异黄酮的作用靶点有13个，豆甾醇的作用靶点有13个，大豆黄素的作用靶点有9个，3-羟基亚甲基丹参醌的作用靶点有6个，色原酮香豆素A的作用靶点有5个，其余成分的靶点至少有1个。在党参治疗肠易激综合征的靶点中，PTGS2的degree值为5，表明PTGS2可能对党参治疗肠易激综合征具有较为关键的作用。PTGS2是一种诱导型的即刻反应蛋白，正常情况下不表达，当机体受到某些因素如炎症因子等刺激时表达即刻上升[12]。另外，白细胞介素（IL）-6、AKT1、IL-2、IL-10和IL-4均参与党参治疗肠易激综合征的过程。IL-6是一种与炎性反应关系最为密切的炎性因子[13]。AKT1基因编码的是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可通过磷脂酰肌醇3激酶依赖的机制被胞外信号激活[14]。IL-10是一种多细胞源、多功能的细胞因子，参与炎症反应和免疫反应，是目前公认的炎症免疫抑制因子[15];IL-2是趋化因子家族的一种细胞因子，对机体的免疫应答和抗病毒感染等有重要作用;IL-4对于B细胞、T细胞、肥大细胞、巨噬细胞和造血细胞都有免疫调节作用[16]。

有研究表明，肠易激综合征相关的通路主要富集在3个模块，即炎症反应、肠道功能和精神心理原因[17]。本研究发现的关键靶点大多与炎症反应相关，炎症反应相关通路包括TRAIL信号通路、TNF信号通路等。TRAIL信号通路中包含34个党参作用的关键靶点，TRAIL分子可以参与到免疫系统细胞的凋亡中，通过信号转导调控T细胞的凋亡、自然杀伤细胞的靶向杀伤等[18]。TNF信号通路中包含17个党参作用的关键靶点，肿瘤坏死因子（TNF）-α可通过与TNF受体结合而刺激核因子-κB，从而产生一系列级联反应，该过程中的多个靶点可实现内皮细胞的招募、炎性细胞因子的合成、炎症介质的合成，提示炎症因子参与肠易激综合征的形成和发展，且已有研究表明抗TNF可用于治疗炎症性肠病[19]，所以TNF信号通路可能是党参治疗肠易激综合征的关键通路。本研究发现，党参治疗肠易激综合征的作用靶点主要参与免疫应答和炎症反应过程，这也证实了肠易激综合征发生发展中存在低度炎症反应[20]。内脏高敏感性是肠易激综合征的一个重要病因[21]，而低度炎症状态是内脏高敏感性的原因之一[22]，因此，通过缓解肠易激综合征中的低度炎症状态治疗肠易激综合征是可行的。党参可能通过调控TNF信号通路和TRAIL信号通路中相关炎症因子的表达水平，发挥解除肠易激综合征中的低度炎症症状的作用，从而缓解肠易激综合征中的内脏高敏感性，进而达到治疗效果，这一结论尚需进一步的实验验证。

本研究采用网络药理学方法和反向分子对接技术对党参在治疗肠易激综合征中的可能机制作进行研究，发现党参治疗肠易激综合征的化学成分主要是木犀草素等15种，其发挥治疗作用的靶点主要是PTGS2等55个。党参可能通过对TRAIL信号通路和TNF信号通路等炎症反应通路的调节，发挥治疗肠易激综合征的作用。本研究可为党参及其制剂治疗肠易激综合征提供一定的依据，也可为临床治疗肠易激综合征及新型药物的开发提供思路。

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（收稿日期：2019-03-14）

（修回日期：2019-04-18;编辑：陈静）

基金项目：国家自然科学基金（81760835）;甘肃省高等学校科学研究一般项目（2018A-052）

通讯作者：王晶，E-mail：jwang_lanzhou_2017@163.com