人参“异病同治”糖尿病和勃起功能障碍的网络药理学机制探究

赵琦 王宁 闫菲 代恒恒 王浩浩 邝浩 冯隽龙

摘要 目的：運用网络药理学方法预测人参治疗糖尿病和勃起功能障碍的活性成分、作用靶标与关键通路，以探究人参“异病同治”的作用机制。方法：通过检索中医药证候关联数据库（SymMap）、中药系统药理学数据库和分析平台（TCMSP）和中药分子机制的生物信息学分析工具（BATMAN）获取人参所含成分及靶标，结合OMIM、GeneCards疾病数据库分别获取糖尿病和勃起功能障碍2种疾病的共同靶标，将二者取交集得到药物-疾病蛋白质靶标并导入STRING平台进行蛋白质交互网络分析，并通过Cytoscape软件构建网络模块及基因本体（GO）富集分析和京都基因和基因组百科全书（KEGG）通路功能注释。结果：人参治疗糖尿病和勃起功能障碍共病机制与药物应答、缺氧应答、腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体的信号转导途径、血管收缩调节、对尼古丁的反应等生物学功能相关联，主要通过调节cGMP-PKG、核因子κB、HIF-1、TNF等信号通路来实现异病同治的作用。结论：人参治疗糖尿病和勃起功能障碍的共病作用机制主要是通过参与血管生成、促进增殖细胞的迁移和趋化、降低血管内炎症等多途径综合干预，从而发挥单味中药“异病同治”的药效作用。

关键词 网络药理学;人参;糖尿病;勃起功能障碍;异病同治;蛋白质互作;信号通路;血管生成

Research on the Mechanism of Network Pharmacology of Radix Ginseng for “Different Diseases

with the Same Treatment” in Diabetes Mellitus and Erectile Dysfunction

ZHAO Qi1，WANG Ning2，YAN Fei1，DAI Hengheng1，WANG Haohao1，KUANG Hao1，FENG Junlong1，

DENG Sheng1，WANG Shizhen1，XU Hongsheng1，LI Haisong3

（1 Beijing University of Traditional Chinese Medicine，Beijing 100029，China; 2 Zhongwei Hospital of Traditional Chinese

Medicine，Ningxia Hui Autonomous Region，Zhongwei 755000，China; 3 Dongzhimen Hospital，

Beijing University of Traditional Chinese Medicine，Beijing 100700，China）

Abstract Objective：To use network pharmacology methods to predict the active ingredients，targets and key pathways of Radix Ginseng in the treatment of diabetes mellitus and erectile dysfunction，so as to explore the common mechanism of the traditional Chinese medicine“ treating different diseases with the same treatment”.Methods：Through searching SymMap，TCMSP and BATMAN database，we obtained the components and targets of Radix Ginseng.Combined with OMIM，GeneCards disease database，we obtained the common targets of diabetes mellitus and erectile dysfunction respectively.We took the intersection of the 2 to obtain the drug-disease protein target and imported it into the STRING platform for protein interaction network analysis，and used Cytoscape software to construct a network module and GO enrichment analysis and KEGG pathway function annotation.Results：The mechanism and biological functions of Radix Ginseng in the treatment of diabetes mellitus and erectile dysfunction were related to drug response，hypoxia response，adenylate cyclase activation of adrenergic receptor signal transduction pathway，vasoconstriction regulation and response to nicotine.Correlation，mainly through the regulation of cGMP-PKG，NF-κB，HIF-1，TNF and other signal pathways to achieve the same treatment of different diseases.Conclusion：The mechanism of Radix Ginseng in the treatment of diabetes mellitus and erectile dysfunction is mainly through the participation in angiogenesis，promoting the migration and chemotaxis of proliferating cells，reducing intravascular inflammation and other comprehensive interventions to exert the efficacy of single Chinese medicinal of “different diseases with the same treatment” effect.

Keywords Network pharmacology; Radix Ginseng; Diabetes mellitus; Erectile dysfunction; Treat different diseases with the same treatment; Protein-protein interaction; Signaling pathway; Angiogenesis

中图分类号：R259;R285.6文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.15.014

糖尿病（Diabetes Mellitus，DM）是当前影响全球人类健康的重要的非传染疾病（Noncommunicable Diseases，NCD）之一[1]。据统计，全球已有超过4.15亿人患有糖尿病或伴有早期糖尿病风险。在中国，糖尿病患病率高达10.7%，糖尿病患者人数为世界首位[2]。勃起功能障碍（Erectile Dysfunction，ED），是指阴茎不能持续达到或维持充分的勃起以获得满意的性生活，是DM的常见并发症之一[3]。流行病学调查显示，DM男性患者ED的发生率是非ED患者1.9～5倍，有超过75%的糖尿病患者患有ED[4]。糖尿病会损伤患者的血管内皮、神经和内分泌功能，最终使海绵体勃起功能受到严重影响。正因如此，DM ED比普通ED更难治疗。磷酸二酯酶5抑制剂（PDE5i）是ED治疗的一线用药，而仅有60%DM ED患者服用PDE5i可以改善勃起，且长期服用可能出现消化不良、头痛等不良反应[5]。其他疗法，如阴茎假体植入等也会存在容易诱发感染等后果。中医药在糖尿病及其并发症方面有独特认识，中药因其作用温和、多靶点、不良反应少等优势，正逐渐受到医学界重视。

人参（Panax ginseng C.A.Mey.，PG）性温，味甘、微苦、微温。归脾、肺经，有大补元气，复脉固脱，补脾益肺的功效。《神农本草经》中将人参列为上品，认为其可以“补五脏，安精神，定魂魄……久服，轻身延年”。药理学研究证明，人参中富含多种蛋白、多聚糖和皂苷类物质，具有抗氧化、抗肿瘤、抗心血管疾病、抗衰老、改善记忆力的功效[6]。临床中人参对糖尿病、冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压和性功能障碍表现出更好的保护作用。实验表明，人参皂苷Rg1能通过减轻氧化应激损伤改善DM ED大鼠勃起功能[7]。然而，人参治疗糖尿病和勃起功能障碍共病的作用机制研究仍不够全面，应进行深入研究。

随着药理学的发展，传统的单一药物治疗单一疾病药学研究已经很难适用于多因素作用下的复杂性疾病的治疗。英国著名药理学家Hopkins首先引入了“网络药理学”的概念，是从药物作用靶点与疾病相互作用的整体性和系统性出发进行研究，这与中药“多成分-多靶点”研究思路不谋而合，能够更加全面地揭示中药复杂的作用机制[8]。近年来，利用网络药理学方法探讨中药“异病同治”的研究也逐渐增多，如吴丹等[9]运用网络药理学方法探究了逍遥散治疗糖尿病和抑郁症“异病同治”的作用机制;Wang等[10]通过网络药理学研究右归丸联合补中益气汤治疗勃起功能障碍和早泄共病的药理机制等。因此，本研究将采用网络药理学方法，从中医药“异病同治”角度全面分析人参潜在活性成分、作用靶点，系统阐明人参治疗糖尿病和勃起功能障碍的潜在作用机制，为临床应用提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 人参化学成分及靶点筛选

在中医药证候关联数据库（SymMap）、中药系统药理学数据库与分析平台（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP）和中药分子机制的生物信息学分析工具（BATMAN）中检索人参的全部化学成分及对应靶点信息。SymMap收录了2015版《中华人民共和国药典》包含的499种草药以及对应的1 717个中医证候，并将中医症状对应到961个西医症状，同时收录了5 235个与这些证候关联的疾病、19 595个草药成分、4 302个药物靶点，以及这6种类型的数据之间的关联关系。SymMap通过这种方式将中国传统医学与现代医学从表型到分子层面加以关联。根据化合物口服生物利用度（Oral Bioavailability，OB）≥30%和类药性（Drug Likeness，DL）≥0.18作为活性化合物的筛选条件，将3个数据库的成分预测靶点合并，建立人参化学成分-靶点数据集。

1.2 DM ED靶点的获取

以“Diabetes mellitus”和“Erectile dysfunction”为关键词，分别在在线人类孟德尔遗传数据库（Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM，https：//omim.org）疾病靶标和GeneCard数据库（https：//genealacart.genecards.org/）中筛选糖尿病和勃起功能障碍相关靶点，并将2个疾病的相关靶点构建韦恩图取交集，得到DM ED靶点数据库。

1.3 人参活性成分-作用靶点网络构建

通过将人参靶点与DM ED靶点取交集，得到人参治疗DM ED共同靶点数据库。构建人参成分靶点-DM ED疾病靶点的映射关系，并将人参成分、作用靶点及映射关系导入Cytoscape 3.6.1软件，最终绘制“活性成分-作用靶点”调控网络图。图中中药、疾病、药物活性成分和作用靶点用“节点”表示，节点与节点之间关系用“边”表示。

1.4 蛋白質-蛋白质相互作用（PPI）网络的构建

蛋白质相互作用分析有助于从系统的角度研究疾病作用机制和分子的作用靶点。将人参与DM ED的共同靶点导入STRING数据库（https：//string-db.org/，ver.11.0）中进行蛋白质-蛋白质相互作用（Protein Protein Interaction，PPI）分析。将PPI分析的结果导入Cytoscape 3.6.1软件进行可视化展示，并根据软件中Cytohubba插件计算网络中核心程度最高的前8位蛋白质，最终可预测出潜在核心靶标。

1.5 基因注释分析

基因注释分析包括基因本体（Gene Ontology，GO）功能分析和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集分析2种。GO功能分析主要用于描述基因靶点的功能，包括细胞组分（Cell Component，CC）、分子功能（Molecular Function，MF）和生物过程（Biological Process，BP）。KEGG富集分析可以得到人参和DM ED共同靶点所富集的信号通路。将共同靶点导入David数据库（https：//david.ncifcrf.gov/）中可进行GO功能和KEGG通路富集分析。GO和KEGG分析均以P<0.05为有统计学意义。

1.6 成分-靶标-通路网络构建

筛选KEGG排名前10位通路，并结合文献检索，得到可能与DM ED治疗相关的通路，并找到富集在通路上对应的靶标，并与人参中活性成分对应，最终构建“成分-靶标-通路”多元网络关系图。

2 结果

2.1 人参活性成分与潜在靶点筛选

在SymMap、TCMSP和BATMAN中筛选人参所包含的化合物，并根据OB≥30%和DL≥0.18对化合物进行筛选后，得到人参潜在有效化合物26种，预测对应的化合物靶点115个。人参中候选的活性成分信息见表1。

2.2 人参活性成分与潜在靶点筛选

在OMIM、GENECARD数据库检索DM和ED相关靶点，得到DM靶点8 539个，ED靶点902个。构建韦恩图取交集后，得到DM伴ED疾病靶点732个。见图1。将人参潜在活性成分靶点和DM ED疾病靶点取交集后，得到人参治疗DM ED潜在靶点42个。见图2。

2.3 活性成分-靶点-疾病调控网络构建

将人参活性成分与DM ED共同靶点信息及映射关系导入到Cytoscape软件，建立“活性成分-靶点-疾病”网络图。见图3。利用软件中Network Analyzer功能对此网络进行拓扑结构分析，其中节点的重要程度用“Degree”表示。在本网络中，Degree前3位化合物为Kaempferol（山萘酚，Degree=22），Stigmasterol（豆甾醇，Degree=14），Fumarine（蓝堇碱，Degree=12）。

2.4 PPI网络

将共同靶点导入STRING数据库，得到PPI网络图，由Cytoscape进行可视化展示，图中共有114节点和794条边。见图4。运用Cytohubba插件得到候选前8位核心基因，包括VACM1、IL10、TNF、NOS3、ICAM1、SELE、CASP3、HMOX1。见图5。

2.5 GO分析

为了全面地理解人参治疗DM ED的潜在药理机制，运用DAVID数据库对上述靶点进行GO和KEGG富集分析。GO分析结果提示人参治疗DM ED基因BP显著富集在药物应答（GO：0042493）、缺氧应答（GO：0001666）、腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体的信号转导途径（GO：0071880）、血管收缩调节（GO：0045907）、对尼古丁的反应（GO：0035094）等过程。见图6。CC主要分布在细胞质膜（GO：0005886）、细胞膜筏（GO：0045121）、质膜的组成部分（GO：0005887）、细胞外空间（GO：0005615）、神经元细胞体（GO：0043025）等位置。见图7。MF主要富集在类固醇结合（GO：0005496）、α1-肾上腺素受体活性（GO：0004937）、血红素结合（GO：0020037）、蛋白酶结合（GO：0002020）、类固醇激素受体活性（GO：0003707）等功能。见图8。

2.6 KEGG分析

KEGG富集分析得到信号通路113条，结合文献检索并删除与“cancer”相关通路，根据P值大小，选择显著性较高的前20条通路进行气泡图绘制。与DM ED相关的重要的信号通路包括：cGMP-PKG信号通路（hsa04022）、核因子κB信号通路（hsa04064）、HIF-1信号通路（hsa04066）、TNF信号通路（hsa04668）等。见图9。

2.7 成分靶点通路图

据KEGG通路富集的结果，结合文献得到与DM ED密切相关的信号通路，并将通路中富集的蛋白与人参的活性成分与潜在靶点相映射，得到人参活性成分-靶点-通路网络图，并用Cytoscape软件可视化展示。人参治疗DM ED涉及山柰酚、豆甾醇、蓝堇碱等12种成分，其对应的靶标主要包括NOS3、ICAM1、VCAM1、TNF等26个，以上靶标可富集在cGMP-PKG、NF-κB、HIF-1、TNF等通路中。见图10。

3 讨论

中医“异病同治”是指不同疾病在发展过程中表现出类似的证候，可以采用同样的治法。“异病同治”作为指导中医临床的重要法则，体现出中医辨证论治的优势，也是中医整体思维的具体体现。中医对于糖尿病的认识历史悠久，早在《黄帝内经》中就有记载：“凡治消瘅……肥贵人，则膏梁之疾也”“此人必数食甘美而多肥也。肥者令人内热，甘者令人中满，故其氣上溢，转为消渴。”糖尿病患者长期饮食不节，喜食肥甘辛辣，湿浊内生，阻碍中焦气机，脾失健运。若脾气虚弱，脾胃升降失常，水谷精微疏布异常，血脉充养不足，阴茎络脉失荣，则勃起困难，发为阳痿。若脾气虚弱，湿浊内生，湿邪下注，阻于阴茎络脉，阴茎血络不通，则勃起不坚。因此，糖尿病和勃起功能障碍在发病的过程中均有相似病机，其本质在于中焦脾胃虚弱，气机疏利失常。在临床中治疗糖尿病合并勃起功能障碍应从健运脾气着手，常常单用或在复方中加入人参大补元气，补脾益气。目前人参在治疗糖尿病、改善性功能方面也得到越来越多的研究。

本研究運用网络药理学的方法分析了人参治疗糖尿病勃起功能障碍的有效成分，如山萘酚、豆甾醇、蓝堇碱等。其中，山萘酚为黄酮醇类化合物，药理学研究证明其具有抗癌、抗氧化、抗病毒增强机体免疫等多种作用[11]。研究证明，山萘酚可通过核因子κB通路抑制糖尿病大鼠肝脏炎症反应，从而增强糖尿病大鼠胰岛素信号转导[12]。豆甾醇属于植物甾醇类，植物甾醇是重要的营养剂能够促进动物发育，同时还具有降低胆固醇、减少心血管病的风险。实验证明植物甾醇能够通过减少氧化应激诱导的糖尿病大鼠的氧化、炎症和胰腺β细胞损伤而发挥治疗保护作用[13]。山萘酚、豆甾醇也被观察到能够使大鼠阴茎PDE5水平提高，改善阴茎勃起功能。此外，上述药物成分均具有相对较高的口服生物利用度，因此，它们可能被认定为治疗DM ED的代表性化合物。

人参治疗DM ED的潜在作用机制主要通过作用于IL10、TNF、NOS3、ICAM1、VACM1等靶点，及影响cGMP-PKG、核因子κB信号通路、HIF-1、TNF等信号通路。一氧化氮合酶3（Endothelial Nitric Oxide Synthase，NOS3）主要通过诱导分泌一氧化氮（NO）促进血管舒张，参与血管生成。目前研究认为，NO是海绵体触发阴茎勃起的重要神经递质，其作用机制主要通过活化鸟苷酸环化酶（sGC）将鸟苷三磷酸（GTP）催化为环磷酸鸟苷（cGMP），cGMP进入胞内使细胞内的钙离子减少，导致阴茎海绵体内平滑肌舒张，血管内血流增加，继而促进阴茎充血勃起[14-15]。通过对大鼠的阴茎海绵体NOS3测定，糖尿病大鼠组NOS3水平明显下降;同时糖尿病患者的阴茎海绵体中NOS活性也有所下降，证明糖尿病能够使cGMP生成减少，弱化NO-cGMP-PKG通路对勃起的影响，从而影响阴茎功能[16]。VCAM-1是免疫球蛋白家族中一种重要的跨膜糖蛋白细胞黏附分子，受体是极迟活化抗原-4（VLA-4，又称整合素α4β1）和整合素α4β7，均属于整合素家族。ICAM-1是另一个免疫球蛋白超家族成员，介导细胞与细胞之间的黏附，促进增殖细胞的迁移和趋化[17]。ICAM-1和VCAM-1是血管内皮功能相关因子，正常情况下，二者表达量均较低，而在血管内皮环境发生改变时升高。在高糖水平下，血管中糖基化终产物（Advanced Glycation Endproducts，AGEs）水平明显升高，激活ICAM-1和VCAM-1等血管黏附因子，对血管内皮造成损伤，从而影响勃起功能[18]。长期的高血糖状态也会诱导血管微环境炎症状态，激活核因子κB、TNF等炎症信号通路，从而内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表达下调，导致NO生成量减少，进而导致DM ED的发生，提示人参可通过抑制黏附因子表达，降低血管内炎症，从而改善血管内皮微环境以治疗DM ED[19-20]。

综上所述，本研究通过网络药理学方法从“多成分-多靶点”的角度揭示人参对于糖尿病和勃起功能障碍“异病同治”的作用机制，深入阐明了人参治疗糖尿病勃起功能障碍靶基因特性。不过，本研究通过网络药理学进行成分和靶点的预测仍为理论预测的结果，后续将开展体内外实验和临床研究来确证该理论，以提高临床用药的准确性和科学性。

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（2021-03-04收稿 責任编辑：张乐杰）

基金项目：国家自然科学基金面上项目（81704086）;中华中医药学会青年人才托举工程项目（CACM-2018-QNRC2-C05）

作者简介：赵琦（1995.03—），男，博士研究生在读，研究方向：中西医结合治疗男科疾病研究，E-mail：13520029590@163.com

通信作者：李海松（1960.01—），男，博士，主任医师，博士研究生导师，研究方向：中西医结合治疗男科疾病研究，E-mail：1028bj@sina.com