应用网络药理学预测决明子治疗高血压的作用机制

高小敏，赵 勤

（西藏民族大学基础医学院，陕西咸阳 712082）

随着社会经济的不断发展,人们工作压力越来越大，越来越多的人饮食和作息不规律，导致高血压发病率不断升高，我国高血压患者人数仍呈上升趋势〔1〕。中医认为高血压主要由素体、精神、饮食、七情、劳欲等因素造成〔2〕，表现为肝火上炎型：头晕胀痛、耳鸣如潮、舌苔太黄等；阴虚阳亢型：头晕、头胀、失眠健忘、腰膝酸软、口燥咽干、视物模糊、肢体麻木、可见手足心热等，脉息弱或弦脉。中医对高血压的治疗可通过中药复方、中药穴位贴敷、中药通经络等方式〔3〕进行。决明子（Cassia toraLinn.）是我国常用的中药材，又称马蹄决明、钝叶决明、假绿豆、草决明等，性微寒，味甘、苦、咸，入肝、大肠和肾经〔4-5〕，具有降压调脂等功效，是治疗心脑血管、高脂血症等疾病的代表性药物〔6〕。网络药理学主要用于中药化学成分及其靶点与疾病靶点、疾病分子机制及药物作用机制等方面的预测〔7〕。本文将应用网络药理学的方法预测决明子治疗高血压的主要化学成分、靶点及作用机制。

1 材料与方法

1.1 决明子化学成分的筛选与靶点预测以“决明子”为关键词在中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP，http：/tcmspw.com/tcmsp.php）〔8〕中筛选化学成分。以口服生物利用度（OB）≥ 30%和类药性 （DL）≥ 0.18为筛选条件进行筛选，汇总筛选出的化学成分及其靶点，并对靶点进行Uniprot数据库标准化处理。

1.2 化学成分-疾病靶点网络的构建以“hypertension”为关键词应用人类基因数据库（GeneCards，http：//www.genecards.org/）〔9〕筛选高血压相关的疾病靶点。将决明子化学成分对应的靶点与疾病靶点取交集后，获得化学成分-疾病靶点网络。

1.3 中药-化学成分-疾病靶点调控网络的构建将决明子的有效化学成分靶点和化学成分-疾病靶点用Perl软件进行映射，再利用 Cytoscape 3.6.1〔10〕软件将中药-化学成分-疾病靶点的调控网络进行可视化。

1.4 中药-疾病靶点蛋白相互作用网络（PPI）的构建和核心靶点的筛选在 STRING〔11〕数据库中，设定种属为“Homo sapiens”，最小互作分数值 ≥ 0.9，剔除网络中游离节点，导入中药-疾病靶点调控网络中的靶点信息，得到PPI，将其可视化后，根据度值大小筛选得到核心靶点。

1.5 GO功能和KEGG通路富集分析应用DAVID〔12〕数据库对中药-疾病靶点调控网络中的靶点信息进行GO功能和KEGG通路富集分析，按P值由小到大的顺序进行分析，P< 0.05 表示该富集结果具有显著性。

2 结果

2.1 决明子化学成分筛选与靶点预测结果以OB ≥ 30%和DL ≥ 0.18为筛选条件，得到决明子的14个化学成分。剔除在UniProt数据库中无靶点信息的3个成分，最终得到11个化学成分。见表1。共获得具有基因名的有效靶点46个。

表1 决明子中化学成分筛选结果

2.2 化学成分-疾病靶点的网络构建结果以“hypertension”为关键词，应用GeneCards 数据库筛选相关疾病靶点，获得疾病靶点8 904个，将决明子化学成分靶点和高血压疾病靶点进行映射，得到化学成分-疾病共有靶点46个。见表2。

表2 化学成分-疾病共有靶点

2.3 中药-化学成分-疾病靶点调控网络的构建结果度值的大小与该成分在疾病中发挥作用的大小有关，度值越大表明该成分治疗疾病的可能性越大。决明子降压的靶点中，度值 ≥ 6的活性成分共3个，分别为豆甾醇、芦荟大黄素、 9,10-二羟基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氢-苯乙基-1，其度值分别为14、9、7。中药-化学成分-疾病靶点调控网络见图1，其中，菱形图标为疾病，三角形图标为化学成分，六边形图标为中药，矩形图标为化学成分-疾病共有靶点〔13〕。

图1 中药-化学成分-疾病靶点调控网络图

2.4 PPI的构建和核心靶点筛选结果应用 STRING数据库，得到中药-疾病靶点调控网络中靶点的相互作用网络，根据度值由高至低筛选得到核心靶点，依次为：ESR1、JUN、CDKN1A等。见图2。

图2 PPI图

2.5 GO功能富集分析应用DAVID数据库对决明子治疗高血压进行GO功能富集分析，主要包括生物过程、细胞组成、分子功能三个方面，分别有155、19、43个条目与降压有关。主要与转录正调控、信号传导、核浆、细胞核、胞液、酶结合位点、合蛋白及蛋白质异源二聚体活动有关。见图3。

图3 GO功能富集分析图

2.6 KEGG通路富集分析应用DAVID数据库对决明子治疗高血压的靶点进行通路分析，结果显示决明子治疗高血压的通路有58条（P< 0.05），P值由小到大前10条对应的通路依次为乙型肝炎、甲状腺激素信号通路、钙信号通路、唾液分泌、结直肠癌、神经组织的刺激等。见图4。

图4 KEGG通路富集分析图

3 讨论

目前我国西医采用的高血压诊断标准是收缩压 > 140 mmHg（1 mmHg=0.133 3 kPa）或者舒张压 > 90 mmHg。决明子属豆科植物，含有蒽醌、蛋白质及氨基酸、萘并吡喃酮、微量元素等成分, 具有降血压、降血脂、抑菌、润肠通便等功效，无毒性及副作用，使用方法简单，可煎服或冲泡服用，也可与其他药材配伍〔14-15〕。刘菊秀等〔16〕通过决明子注射液与利血平作用于大鼠进行降压效果比较，结果表明决明子可明显降低收缩压，且差异有统计学意义。

本研究基于网络药理学方法预测决明子的化学成分共11个，包括大黄酸、决明内酯、豆甾醇、芦荟大黄素、橙黄决明素、决明素、纯叶素葡萄糖苷等，通过化学成分-疾病靶点网络分析发现决明子在发挥降压作用时主要与豆甾醇、芦荟大黄素、9,10-二羟基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氢-苯乙基-1等成分有关。豆甾醇别名豆固醇、甾醇，具有较强的生理活性和表面活性及抗氧化、抗癌、降胆固醇、抗炎等作用〔17〕。芦荟大黄素属于蒽醌类化合物，具有抗炎症及抗肿瘤作用〔18〕。9,10-二羟基-7-甲氧基-3-甲烯基-4氢-苯乙基-1化合物中的氧基和苯基具有抗氧化作用。郑舟琴等〔19〕提出大黄酸具有抗炎、抗氧化应激等作用。李续娥等〔20〕、陈佩瑶等〔21〕验证了决明子的蛋白质、低聚糖和蒽醌苷以及水溶性和脂溶性苷类有明显的降压效果。结合目前已经报道的文献和网络预测结果，发现决明子的多种成分与治疗高血压相关，可能与其具有抗氧化、抗炎、调脂以及较强的生理活性和表面活性有关。

根据构建的PPI筛选出决明子治疗高血压的靶核心蛋白主要为：雌激素受体1（ESR1）、转录因子激活蛋白（JUN）、丝裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）、β-2肾上腺素能受体（ADRB2）、IL-1β等。主要靶蛋白经生物过程、细胞组成、分子功能的GO富集分析，提示决明子治疗高血压与腺苷酸环化酶激活肾上腺素能受体信号通路、阳性调节成纤维细胞增殖、酶绑定、甾体激素受体活性、类固醇等有关。经KEGG通路分析得出决明子在治疗高血压时与乙型肝炎、甲状腺激素信号通路、钙信号通路、唾液分泌等有关，其中钙信号通路、甲状腺激素信号通路为主要通路。血管平滑肌细胞膜离子的异常是高血压发病原因之一，细胞内钙离子浓度升高是高血压形成的重要机制，钙离子通道开放可引起血管平滑肌细胞收缩〔22〕。甲状腺功能异常可引起心血管事件的发生，由甲状腺疾病引起的高血压发病率也逐渐上升。促甲状腺激素是体内重要的内分泌激素，参与机体多种生命活动，当促甲状腺激素升高时，会引起患者血压升高，进一步造成血管损伤〔23〕。晏永慧等〔24〕通过临床数据发现，原发性高血压患者的总三碘甲腺原氨酸和游离三碘甲腺原氨酸水平降低，且随着高血压病情的加重降低得更为明显。因此，钙信号通路和甲状腺激素信号通路的调节对治疗高血压具有重要作用。肾上腺素受体分为肾上腺素能α受体和β受体，在决明子发挥降压及降脂作用时均为主要靶蛋白，主要是通过介导儿茶酚胺发挥作用，皮肤、胃肠、肾的血管平滑肌以α受体为主，骨骼肌、肝脏的血管平滑肌以及心脏以β受体为主，肾脏及肠系膜血管系统与多巴胺肾上腺素能受体有关。综上所述，决明子治疗高血压主要与ESR1、JUN、MAPK14、ADRB2、IL-1β等靶蛋白有关；生物过程与转录正调控、信号转导等有关；细胞组成主要在细胞核、核浆、胞液等部位；分子功能通过影响酶结合位点、合蛋白及蛋白质异源二聚体等发挥作用；主要通过调节钙信号通路和甲状腺激素信号通路等治疗高血压。

决明子以不同的用药方式在我国被广泛应用，比如单味药泡水、煎熬，复方药的胶囊、片剂，药包形式的外敷等。目前收载于《中华人民共和国药典》《中华人民共和国卫生部药品标准》中，与决明子有关的处方中成药达80余种〔25〕。本研究基于网络药理学方法发现决明子可通过多成分、多靶点、多受体、多种酶及多通路治疗高血压。预测得出的主要化学成分、靶点以及信号通路、生物学功能与已经报道的文献基本吻合,说明运用网络药理学预测靶点及信号通路等具有可行性，同时还发现决明子在多种肿瘤、肝炎及糖尿病等疾病中也有治疗作用，为研究决明子的药理作用提供新的思路。