麻杏石甘汤治疗新冠肺炎细胞因子风暴的网络药理学分析

张云 杨卉 何轩辉 吴广均 李军

摘要 目的：用網络药理学方法探讨麻杏石甘汤成分、靶点、通路和生物学功能，阐明其治疗新型冠状病毒肺炎（COVID-19）细胞因子风暴的作用机制。方法：通过TCMSP、TCMID数据库以及文献报道，搜索麻杏石甘汤每味中药的成分和靶点，用Cytoscape软件构建和成分-靶点网络。用STRING搜素靶点的相关蛋白，并构建PPI网络。利用MECODE和ClusterOne聚类找出二者共同的关键靶点。利用Metascape和ClueGO对关键靶点进行通路和生物学功能富集分析。结果：麻杏石甘汤中麻黄有效成分6个、苦杏仁8个、石膏3个、生甘草92个。聚类分析得到67个关键靶点，其中IL-6和TNF是重要的核心靶点。麻杏石甘汤主要参与的分子通路和生物学功能与病毒感染和细胞因子免疫调节相关的是：人T细胞白血病病毒1型（TLV-1）感染;单纯疱疹病毒感染;TNF-R1信号通路和相关信号复合物;整合素1途径;白细胞介素信号;TH17细胞分化;炎性反应的调节;PI3K-Akt信号通路;白细胞介素-2介导的信号通路;免疫应答中细胞因子分泌的负调控;内皮屏障建立的调控;T细胞稳态增殖的调控。结论：麻杏石甘汤通过多成分、多靶点对机体的病毒感染和免疫炎性反应起到多方面的调控，包括促进TH细胞分化和T细胞稳态抑制病毒复制，负调控白细胞介素、TNF、整合素等免疫炎性反应递质消除细胞因子风暴。麻杏石甘汤针对COVID-19的病毒复制和细胞因子风暴具有显著的调节作用。

关键词 麻杏石甘汤;新型冠状病毒肺炎;细胞因子风暴;网络药理学

Abstract Objective：To discuss the composition， targets， pathways and biological functions of Maxing Shigan decoction and explore its curative mechanism of on COVID-19 cytokine storm by using network pharmacology. Methods：The components and targets of each Chinese herbal medicine of Maxing Shigan Decoction were searched through TCMSP and TCMID database， and literatures. The component target network was constructed by using the Cytoscape software. The PPI network was constructed by searching the protein related to the target in STRING database. MECODE and ClusterOne clustering software were used to find the common key targets. Metascape and ClueGo software were used to analyze the pathway and biological function enrichment of key targets. Results：In Maxing Shigan decoction， ephedra has 6 effective components， bitter apricot seed 8， gypsum 3 and liquorice root 92. Among the 67 key targets obtained by cluster analysis， IL6 and TNF are important core targets. The main molecular pathways and biological functions of Maxing Shigan decoction related to virus infection and cytokine immunoregulation are：HTLV-1 （human T-cell leukemia virus type 1） infection; herpes simplex virus infection; TNF-R1 signal pathway and related signal complexes; integrin 1 pathway; interleukin signal; Th17 cell differentiation; regulation of inflammatory response; PI3K Akt signaling pathway; interleukin-2-mediated signaling pathway; negative regulation of cytokine secretion in immune response; regulation of endothelial barrier establishment; regulation of T cell homeostatic proliferation. Conclusion：Based on network pharmacology， Maxing Shigan decoction can regulate virus infection and immune inflammatory response in many aspects through multi-component and multi-target， including promoting TH cell differentiation and T cell homeostatic proliferation to inhibit virus proliferation， and negatively regulating immune inflammatory factors such as interleukin， TNF， integrin to eliminate cytokine storm. Maxingshigan decoction has a significant regulatory effects on COVID-19 virus replication and cytokine storm. This study clarified the mechanism of the treatment of new coronary pneumonia with Lianhuang Qingwen， Jinhua Qinggan， Qingfei Paidu decoction and other prescriptions based on Maxing Shigan from one aspect， and provided a scientific basis for clinical rational drug use.

Keywords Maxingshigan Decoction; COVID-19; Cytokine storm; Network pharmacology

中图分类号：R289.4文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.13.011

新型冠状病毒（COVID-19）已经造成世界大流行，给人类生命健康带来巨大挑战。李兰娟等提出了“细胞因子风暴”又称“炎症风暴”概念。指出细胞因子风暴可能是COVID-19感染者由轻症进展成重症的主要病理机制之一[1]。细胞因子风暴是机体免疫反应过度造成的多器官损伤，如急性呼吸窘迫综合征、脓毒症休克、代谢性酸中毒和出凝血功能障碍及多器官衰竭状态。目前西药治疗细胞因子风暴有激素和IL-6受体阻断剂托珠单抗，均取得了一定的临床疗效[2]。但同时也存在着很多不确定的不良反应。在本次新冠肺炎的救治过程中，中医药发挥了积极作用，尤其是能阻断轻症患者向重症转化。麻杏石甘汤是中医治疗肺炎的经典名方，具有辛凉宣泄，清肺平喘之功。我国第七版新冠肺炎防治指南重点提到的金花清感颗粒、连花清瘟胶囊、清肺排毒汤、化湿败毒方都是在麻杏石甘汤的基础上化裁而成。对重庆市万州区集中收治的225例新型冠状病毒肺炎患者的用药情况分析，发现中药干预参与率达87%（195例），主要选方是麻杏石甘汤（20.29%）[3]。我们推测麻杏石甘汤是通过抑制细胞因子风暴阻断新冠肺炎患者由轻症向重症转化。我们将采用网络药理学和生物信息学技术加以分析和阐释。

1 资料与方法

1.1 资料来源 利用TCMSP数据库[4]检索并筛选麻黄、苦杏仁、生石膏、生甘草的有效成分，筛选条件为：药物口服生物利用度（OB）值≥30%、药物相似度（DL）值≥0.18。生石膏数据库均无成分和靶点记录，通过查找文献[5]获得有效成分和靶点。

1.2 方法

1.2.1 有效成分作用靶点的预测 通过Drugbank、Pubchem查找成分的证实作用靶点，通过SEA、Swiss Target Prediction数据库进行靶点的预测。利用Cytoscape构建药物-成分-靶点相互关系网络图。

1.2.2 利用UniProt数据库对麻杏石甘汤的作用靶点进行标准化处理 利用String数据库将麻杏石甘汤的所有作用靶点的相关蛋白进行检索，选取score>0.95的相关蛋白生成PPI網络图。运用Cytoscape软件的插件MECODE（选取SCORE>5的聚类）和ClusterOne（选取P<0.01的聚类）对麻杏石甘汤的作用靶点的PPI网络图进行聚类分析。将MECODE和ClusterOne选取的基因和蛋白进行取交集，作为核心基因和蛋白进行通路和功能分析。

1.3 统计学方法

运用Cytoscape软件的插件ClueGO和Metascape对聚类分析得到的核心基因和蛋白进行通路和生物学功能分析，要求P<0.01。

2 结果

2.1 麻杏石甘汤各组成中药的有效成分 经过ADME筛选，得到麻黄有效成分6个、苦杏仁有效成分8个、石膏有效成分通过文献查找获得3个、生甘草有效成分92个。见表1。

2.2 麻杏石甘汤各中药有效成分的作用靶点 通过有效成分查找作用靶点发现麻黄作用靶点142个、苦杏仁作用靶点65个、石膏作用靶点2个、生甘草作用靶点388个。删除重复靶点后，麻黄和苦杏仁有28个共同作用靶点，麻黄和生甘草有97个共同作用靶点，苦杏仁和生甘草有37个共同作用靶点，说明麻杏草（三拗汤）三药具有显著的协同作用。见图1A。石膏的研究很少，靶点相对独立。麻杏石甘汤各中药有效成分及作用靶点相互关系网络图。见图1B。

2.3 麻杏石甘汤各中药有效成分作用的67个核心靶点 麻杏石甘汤各中药有效成分作用靶点的PPI网络图见771 NODES，349 004 shortest PATHs。见图2A。MECODE聚类分析得到85个关键靶点，ClusterONE聚类分析得到486个关键靶点，二者交集共有67个核心靶点。见图2B以及67个核心靶点的内部相互作用关系网络图。见图2C。从图中可以看出IL6和TNF是重要的核心靶点。

2.4 麻杏石甘汤参与的主要通路和生物学功能分析结果 MetaScape分析结果表明，麻杏石甘汤主要参与和介导的分子通路是：胰岛素样生长因子转运和摄取的调节;人T细胞白血病病毒1型感染;TNF-R1相关信号复合物;整合素1途径;细胞周期;白细胞介素信号;单纯疱疹病毒感染;TH17细胞分化;细胞周期检查点;炎性反应的调节;PI3K-Akt信号通路;TNR-R1信号通路;配体刺激CBP-RARA-RARX-DNA通路;白细胞介素-2介导的信号通路;水解酶活性的负调控。见图3。ClueGo分析发现麻杏石甘汤主要参与的生物学功能是：免疫应答中细胞因子分泌的负调控;端粒酶催化核心复合物组装的正调控;内皮屏障建立的调控;内胚层细胞分化的负调控;足体组装的正调控;T细胞稳态增殖的调控。见图4。

3 讨论

细胞因子风暴在新型冠状病毒疾病发展过程中常导致急性呼吸窘迫、多器官功能衰竭等加重病情。细胞因子风暴是指多种炎性反应递质如白细胞介素家族、肿瘤坏死因子、选择素、黏附素等的过高表达。尤其是IL-6、TNF-α的迅速大量产生打破了免疫平衡[5]。目前西医除了采用糖皮质激素和托珠单抗以外，恢复期血浆[6]、间充质干细胞[7]、血液净化、体外膜肺氧合等技术在一定程度上减轻了细胞因子风暴，但难以普及。新冠肺炎属中医的“疫病”，基本病机为疫毒外侵，早期表现为寒、湿、毒侵肺，中晚期可能涉及湿、热、毒、瘀、虚。病情发展至细胞因子风暴阶段常出现热毒闭肺、毒瘀互结[8]和湿热化毒、郁遏气机[9]。麻杏石甘汤是辛凉宣肺、清肺平喘的经典名方，恰中病机。我们利用网络药理学分析发现麻杏石甘汤对新冠病毒及其细胞因子风暴具有多靶点的免疫调节作用。

我们发现麻杏石甘汤重点调节的67个关键靶点中IL-6和TNF是重要的核心靶点。麻杏石甘汤主要参与的分子通路和生物学功能主要与病毒感染和细胞因子免疫调节相关。如人T细胞白血病病毒1型感染;单纯疱疹病毒感染;TNF-R1信号通路和相关信号复合物;整合素1途径;白细胞介素信号;TH17细胞分化;炎性反应的调节;PI3K-Akt信号通路;白细胞介素-2介导的信号通路;免疫应答中细胞因子分泌的负调控;内皮屏障建立的调控;T细胞稳态增殖的调控。从网络药理学角度看，麻杏石甘汤通过促进Th细胞分化和T细胞稳态抑制病毒复制，通过对白细胞介素、TNF、整合素等免疫炎性反应递质的负调控消除细胞因子风暴。病毒感染和细胞因子风暴常常并存[10]。麻杏石甘汤对多种病毒感染和细胞因子风暴具有抑制作用。我国全面推广的治疗新冠肺炎的三药三方中有4种（清肺排毒方、化湿败毒方、金花清感颗粒、连花清瘟胶囊）都是在麻杏石甘汤的基础上化裁而成。最新研究表明连花清瘟可以在体外抑制新型冠状病毒活性并显著改善新冠肺炎患者临床症状[11]。因此，我们认为麻杏石甘汤针对COVID-19的病毒复制和细胞因子风暴具有显著调节作用。同时我们也主张针对不同地域、体质、年龄的患者要根据辨证论治的原则可以在麻杏石甘汤的基础上进行加减化裁治疗，以取得个体化最优诊疗方案。

本研究还存在不足之处。麻杏石甘汤中麻黄和石膏配伍能辛凉宣肺，麻黄、石膏和杏仁配伍能清肺平喘。麻杏石甘汤中石膏的作用不容忽视，但由于目前针对石膏的有效成分和作用靶点的研究都非常少。随着对石膏研究的深入，麻杏石甘汤治疗病毒性肺炎的更多机制将得到阐释。

参考文献

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（2020-04-20收稿 责任编辑：杨觉雄）