香连片抗细菌性痢疾相关疾病的网络药理学研究

黄先菊，董悦，王晶，李竣，杨光忠，石召华

(1中南民族大学 药学院，武汉 430074；2 武汉爱民制药股份有限公司，武汉 436070)

细菌性痢疾(bacterial dysentery)是由志贺菌属细菌引起的肠道传染病，会引发一系列后续疾病和症状，诸如肠炎性相关疾病和泄泻等症状[1].香连片，由萸黄连和木香组成，其组方药对在《太平惠民和剂局方》、《本草纲目》等典籍均有收载,是临床上治疗肠炎、细菌性痢疾等的常用药[2].香连片属于中药复方制剂，有中药成分复杂的特点，本研究将网络信息化预测的数据运算方法与中药成分复杂的特点相结合，采用网络药理学从系统、整体的角度将药物与疾病联系起来[3，4]，预测香连片在抗细菌性痢疾相关疾病方面的作用靶点，进一步预测其潜在作用机制.

1 方法

1.1 香连片活性成分的筛选

通过药理学分析平台(TCMSP)对“吴茱萸”、“黄连”及“木香”3种中药进行成分检索，以口服生物利用度(OB)>30%及药物相似度(DL)>0.18为条件，结合文献研究筛选出香连片的主要活性成分.

1.2 香连片活性成分的靶点预测

将香连片的活性成分输入到PubChem数据库(https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)，得到化合物的“Canonical SMILES”，然后将“Canonical SMILES”输入SwissTarget Prediction平台(http：//www.swisstarget prediction.ch/)，物种选择“人类(Homo sapiens)”，预测香连片活性成分的潜在作用靶点.

1.3 香连片抗细菌性痢疾相关疾病作用靶点预测

使用GeneCards(https://genecards.weizmann.ac.il/v3/)、OMIM(http://omim.org/)、及PHARMGKB(https://www.pharmgkb.org/)3个疾病靶点数据库，以“enteritis”、“dysentery”及“diarrhea”为关键词进行检索，删除重复基因.将获得的疾病靶点与活性成分靶点进行对比，得出共同靶基因.

1.4 香连片抗细菌性痢疾相关疾病的靶蛋白相互作用(protein protein interaction， PPI)网络构建

登录STRING 数据库(https：//string-db.org/)，输入 1.3 项下收集的共同靶基因，设置物种为“人类(Homo sapiens)”，最低相互作用阈值为中等置信度(medium confidence)，其余参数保持默认，获取靶蛋白相互作用数据，构建 PPI 网络.通过Cytoscape 3.2.1 软件构建香连片的成分-靶点-疾病网络.

1.5 GO功能富集与KEGG通路富集分析

将所得的成分与疾病共同靶基因通过DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)进行基因本体论(GO)分类富集分析和全基因组及代谢途径富集分析(KEGG)，通过GO分类富集提取靶标基因或蛋白质的分子功能(MF)、细胞组分(CC)，及其所参与的生物学反应(BP)，通过这三个功能大类，对一个基因的功能进行多方面的限定和描述.通过KEGG通路富集靶点所涉及的信号通路，以P<0.01为条件进行靶基因筛选，分析香连片抗细菌性痢疾类疾病主要信号通路及生物过程.

2 结果

2.1 药物活性成分和靶点预测

筛选香连片活性成分，按照 OB>30%，DL>0.18 的筛选条件，一共获得42个活性成分，549个预测靶点.药物活性成分和预测靶点数量见表1，成分-靶点网络图见图1.

表1 香连片“中药-成分-靶点”基本信息Tab.1 Xianglian Tablet "Traditional Chinese Medicine- Ingredients-Targets" basic information

图1 香连片成分-靶点网络图Fig.1 Xianglian Tablet ingredient-target network map

2.2 香连片抗细菌性痢疾相关疾病活性靶点预测

使用OMIM等3个疾病数据库，检索到204个相关基因靶点.将549个活性成分靶点与204个疾病靶点进行对比，得到19个共有靶点(表2).构建香连片的成分-靶点-疾病网络(图2).

表2 香连片抗细菌性痢疾相关疾病的作用靶点Tab.2 Targets of Xianglian Tablet for anti-bacterial dysentery-related diseases

图2 香连片成分-靶点-疾病网络图Fig.2 Xianglian Tablet ingredients-target-disease network map

2.3 共同靶蛋白PPI网络构建

通过STRING 数据库分析 19个映射得到的细菌性痢疾相关疾病的交集靶点，构建预测香连片抗细菌性痢疾相关疾病靶点 PPI网络，结果见图3.

图3 香连片抗细菌性痢疾靶蛋白PPI网络图Fig.3 PPI network diagram of Xianglian Tablet anti- bacterial dysentery-related diseases

2.4 GO功能富集分析

以P<0.01 为筛选条件，可筛选出参与药效的主要分子功能(MF)有蛋白结合、ATP结合、蛋白酪氨酸激酶活性及Ras鸟嘌呤核苷酸交换因子活性等功能；参与药效的主要细胞组分(CC)有质膜、受体复合物、膜筏等；参与药效的主要生物学过程(BP)有炎症反应、MAP激酶活性的正调控、蛋白质磷酸化正调控及平滑肌细胞的正调控等(图4).

2.5 KEGG富集分析

KEGG富集分析结果显示，主要信号通路有8条，作用靶点及其所在信号通路见表 3.香连片中活性成分通过作用于人体中的相关靶点，对体内信号通路如钙信号通路、癌症通路、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶信号通路等产生影响，最终影响疾病的发生发展.

图4 GO功能富集分析Fig.4 GO function enrichment analysis

表3 KEGG通路富集Tab.3 KEGG pathway enrichment

3 讨论

香连片组方药来自于中药传统治痢名方“香连丸”，研究表明，香连片具有抗溃疡[5]、抗腹泻[6]、抗溃疡性结肠炎和胃肠功能调节[7]等作用，常用于治疗大肠湿热所致的痢疾、肠炎、细菌性痢疾，症见大便脓血、里急后重、发热腹痛等.对于治疗细菌性痢疾相关疾病，香连片的临床使用是常与西药联合用药[8-10]，弄清香连片在此类疾病上的作用机制，有利于研究探讨其毒副作用.研究通过主要活性成分-疾病-靶点的预测，得到了大量相关靶点基因，如ERBB2、TNF、EPHA2等炎症相关靶点基因.通过GO功能富集与KEGG富集分析，认为香连片抗细菌性痢疾等相关疾病与钙信号通路、癌症通路、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶信号通路有关.此外本研究预测通路中还有很多癌症相关通路，如膀胱癌信号通路、胰腺癌信号、癌症中的蛋白聚糖信号通路等，为本方抗癌提供了新的研究方向.