桔梗治疗支气管扩张的网络药理学研究

赵安妮，王祺

1 辽宁中医药大学 辽宁沈阳 110032

2 辽宁中医药大学附属第二医院 辽宁沈阳 110000

支气管扩张症是各种原因引起的支气管树的病理性、永久性扩张，导致反复发生化脓性感染的气道慢性炎症[1]。临床表现为反复或持续发作的咳嗽、咳痰，时有咯血，可通过胸部 CT 做出诊断[2]。支气管扩张在中医中无对应病名，结合前人总结及发展，将其归于“肺痈”、“咯血”、“咳嗽”等范畴[3]。肺痈指的是，热毒淤结在肺部上，导致肺叶生疮形成脓疡，严重者还会出现咳血、吐脓血痰等病症[4]。是由邪热郁肺，热壅血瘀引起的，肺叶生疮，发生脓疡，以咳嗽、发热、咯吐腥臭浊痰、胸痛，甚则脓血相兼为主要临床表现的病证，属内痈之一。

肺痈一词最早见于《金匮要略·肺痿肺痈咳嗽上气病脉证治》：“若口中辟辟燥，咳即胸中隐隐痛，脉反滑数，此为肺痈，咳唾脓血。脉数虚者为肺痿，数实者为肺痈。”[5]。后世多沿用“肺痈”病名。肺痈的治法早见于《金匮要略·卷上·肺痿肺痈咳嗽上气病脉证治第七》：“咳而胸满，振寒脉数，咽干不渴，时出浊唾腥臭，久久吐脓如米粥者，为肺痈，桔梗汤主之。”其方包括桔梗，甘草两味药。因此，探究桔梗对支气管扩张的治疗机制尤为关键。

伴随着基因组学，蛋白组学和代谢组学的发展，越来越多的学者想要用现代医学的方式来解释中药的作用机制[6]。本文通过网络药理学构建出药物与疾病之间各靶点的网络关系，探讨桔梗中的有效成分对于支气管扩张的靶向治疗作用机制，也可为后续与桔梗相关支气管扩张的治疗研究提供科学依据。

资料与方法

1 桔梗的有效化学成分选取

通过中药系统药理学数据库和分析平台TCMSP（http：//tcmspw.com/tcmsp.php），以“桔梗”为关键词检索其主要化学成分，筛选其中化学成分复合生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18的化学成分作为其有效化学成分，其OB值、DL值越高则其成分越具备活性意义[7-8]。

2 相关靶点信息的收集

在TCMSP平台中搜索桔梗的所有相关的靶点，用EXCEL软件挑选过滤其中与其有效成分相对应的靶点基因。在 GeneCards（https：//www.genecards.org/）数据库和 OMIM 数据库（https：//omim.org）检索与支气管扩张（Bronchiectasis）相关的疾病所对应的靶点基因。并将所得到的桔梗活性成分的相关靶点与支气管扩张的基因靶点上传至在线韦恩图，取交集得到交集基因。

3 网络模型的构建

将桔梗的有效成分和其作用于支气管扩张的相关靶点导入Cytoscape3.6.1软件进行网络构建桔梗的药物-成分-靶点-疾病的网络图。应用STRING数据库，输入桔梗与支气管扩张的交集基因，设定物种为人类，预测筛选出的蛋白质间的相互作用关系，构建蛋白质相互作用网络（PPI）。

4 网络模型分析

将1.3所得到的有关于支气管扩张治疗的靶点导入到Bioconductor数据库中，对其进行GO（geng ontology）生物学过程富集分析及KEGG代谢通路（KEGG pathway analyis）富集分析，并获得气泡图与柱状图，使结果可视化，以研究桔梗治疗支气管扩张的靶点与关键通路。

结 果

1 桔梗的有效化学成分选取

在TCMSP数据库中搜索桔梗后，检索到102条桔梗的化学成分，选取其中符合生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18的化学成分，最终获得7个有效成分（表1）。

2 相关靶点信息的收集

将TCMSP检索到的与桔梗有关的所有靶点进行筛选，再在GeneCards数据库和OMIM数据中搜索支气管扩张相关靶点基因，共得到1080个，筛选得到其中与桔梗有效成分相关的靶点基因7个，包括PRSS1、CHEK1、VEGFA、IL6、MDM2、PCNA、ICAM1，将上述的靶点和支气管扩张的相关靶点上传至韦恩图，得到支气管扩张与桔梗活性化合物的基因交集图（图1）。

表1 桔梗有效成分

3 网络模型的构建

再将桔梗的有效成分和其作用于支气管扩张的相关靶点导入Cytoscape3.6.1软件进行相应的网络图（图2），直观的呈现出桔梗作用于支气管扩张的药物-成分-靶点-疾病关系。桔梗有效成分为毛地黄黄酮，刺槐素。毛地黄黄酮属于黄酮类，跟据相关研究，黄酮类化合物具有抗菌、抗炎、抗肿瘤、等多种生物活性[9]。刺槐素则是一种天然黄酮类化合物，有广泛的生物学活性，如抗炎、抗癌、抗自由基、抗氧化等作用[10]。

将上述7个基因导入到STRING数据库进行分析，得到蛋白质之间相互作用的关系，直观的呈现出桔梗活性成分的靶蛋白与支气管扩张之间的相互作用关系。每个球代表蛋白质，连线代表关系，线条越多则关联度越密切。

4 靶点功能通路分析

为了进一步探究桔梗对于支气管扩张的作用通路，我们将数据导入到Bioconductor数据库中，对其进行GO（geng ontology）生物学过程富集分析和KEGG代谢通路（KEGG pathway analyis）富集分析，得到22条GO条目，桔梗治疗支气管扩张可能主要是通过细胞因子活性、生长因子受体结合、生长因子活性、5S rRNA结合、细胞因子受体结合等（图4、5）通路。通过同样方法可获得24条KEGG条目，包括类风湿关节炎、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、细胞衰老、甲型流感、细胞周期等（图6、7）通路。

图1 桔梗有效成分与支气管扩张靶点交集

图2 桔梗有效成分-靶点网络图

图3 桔梗与支气管扩张蛋白质相互作用核心图

图4 GO功能富集柱状图

图5 GO功能富集点状图

讨 论

支气管扩张是支气管异常扩张兼有肺实质持续性炎症反应性疾病，常因多种易感因素反复发作而导致急性加重，故在稳定期如何改善临床症状，减少急性发作次数，减少痰量以及提高生活质量是临床医生应该考虑的关键所在[11]。目前，西医对于支气管扩张急性加重治疗疗效尚可，然远期疗效欠佳，有一定局限性。而且，西医的抗生素容易造成病原种类变迁甚至导致耐药菌繁殖，不利于疾病的控制与预后，部分患者出现感染反复发生[12]。由于支气管扩张经常反复发作，迁延不愈，预后不佳，故中医对其的治疗，被越来越多的人接受与认可。

近年研究表明，感染、炎症、酶相互作用形成支气管肺组织的破坏和异常扩张，肺组织的破坏又引起感染与炎症的进一步加重，如此形成恶性循环是支气管扩张的主要病理因素[13]。中医支气管扩张的治疗可参考肺痈，肺痈常反复发作，病程长，治疗难度大，临床上，中医药发挥了特有的优势[14]，尤能改善体质，减少复发[15]。有研究表示，中医辨证治疗可更好的提升支气管扩张合并感染的临床疗效[16]。肺痈的治法，从古至今各医家各有自己的心得体会，首见于《金匮要略》之桔梗汤，因此，基于网络药理学研究桔梗对于支气管扩张的治疗机制有利于为临床应用提供方向。

图6 KEGG通路富集分析柱状图

图7 KEGG通路富集分析点状图

桔梗是桔梗科植物桔梗Platycodon、grandiflorum（Jacq.）A.DC.的干燥根，在《神农本草经》被列为下品，其味辛，微温，主胸胁痛如刀刺，腹满，肠鸣，幽幽惊恐悸气。2015年版《中华人民共和国药典》中记载：“性味苦，辛，平，归肺经，主宣肺，利咽，祛痰，排脓”。对于桔梗药性的认识，历来普遍认为其性苦、辛、平，主入肺经。可宣肺、排脓、利咽、祛痰。主咳嗽痰多，肺痈吐脓，胸满胁痛，咽喉肿痛，痢疾腹痛，癃闭，便秘等证[17]。现代药理研究表明桔梗具有抗炎、镇咳祛痰、调节循环系统的作用[18]。桔梗色白得肺金之质，味辛得肺金之用，味苦可泻肺金之实，故可开肺宣气，《本草求真》称其为“开提肺气之圣药”[19]。经研究，桔梗皂苷为桔梗的主要成分，对于镇咳祛痰、抗氧化、抗肿瘤及免疫增强有明显作用，对呼吸系统疾病疗效尤为显著[20]。

然而，桔梗许多有效成分还有待进一步研究，同时还应进一步深入研究桔梗的药理作用，不仅仅是确定其某些药理作用，还要明确其药理作用的作用机制[21]。网络药理学是一种从系统水平观察药物作用机制、发现新的适应症、识别新药靶以及发现先导化合物的新药物研发策略，再加以网络分析，为科学解读中药及其复方治疗疾病的内涵提供了一定的契机[22]。

本研究通过网络药理学，对桔梗有效成分的分析，研究结果表明，桔梗中的主要成分毛地黄黄酮、刺槐素对于支气管扩张具有治疗效果，为桔梗用于治疗支气管扩张提供了现代理论依据。根据构建的药物-成分-靶点-疾病网络，PPI网络图显示出桔梗的靶蛋白和支气管扩张之间可相互作用，有着交互的网络关系，其治疗的相关靶点包括PRSS1、CHEK1、VEGFA、IL6、MDM2、PCNA、ICAM1；通过 GO 富集分析可以得出，桔梗对于支气管扩张的作用可能与细胞因子活性、生长因子受体结合、生长因子活性、5S rRNA结合、细胞因子受体结合通路有关，通过KEGG富集分析可得出其通路可能与类风湿关节炎、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、细胞衰老、甲型流感、细胞周期有关。为桔梗用于支气管扩张的治疗提供了现代科学理论依据，并为进一步探讨奠定了基础。