基于网络药理学分析土茯苓治疗银屑病的作用机制

高 思，贾 颖，张皎皎

（山西中医药大学，山西 晋中030619）

银屑病（psoriasis）是最常见的慢性炎症性皮肤病之一，是一种免疫介导的慢性炎症性遗传性皮肤病。其特征是明显的红斑，带白色鳞片的斑块，潜在的病理机制涉及先天免疫系统和适应性免疫系统之间的复杂相互作用。该病的发生具有病程长、难以快速治愈、易复发等特点，这对于患者的身体、心理、精神等均造成严重的影响［1］。目前关于银屑病的发病原因和机制尚无定论，但普遍认为与遗传和环境相关［2］。银屑病属中医学“白疕”“干癣”“松皮癣”范畴。现代著名的中医皮肤病专家，赵炳南教授结合自身的多年经验和临床体会，认为血热是人体最常见的一种内在致病因素，并认为其可能是导致银屑病发病的主要原因之一。

土茯苓是百合科植物光叶菝葜的干燥根茎，性味甘、淡、平，归肝、胃经，具有解毒、除湿、通利关节的功效［3］。现代药理学研究表明，土茯苓具有抗脂质过氧化、抗炎免疫、镇痛以及抑菌［4-9］等作用。

目前，有关土茯苓治疗银屑病的相关研究主要以临床试验为主，关于其作用机制方面的研究相对不足。本研究通过网络药理学的研究方法，对土茯苓治疗银屑病的有效成分和作用靶点进行预测和分析，探讨土茯苓在治疗银屑病过程中可能发生的作用机制，为其在临床上的应用提供理论支持。

1 资料与方法

1.1 土茯苓活性成分获取与筛选

利用TCMSP平台（http：//tcmspw.com/tcmsp.php）对土茯苓活性成分进行挖掘，依据药代动力学参数（absorption and distribution and metabolism and excretion，ADME），将口服生物利用度（OB）>30，药物相似度（DL）>0.18作为筛选条件［10］，对土茯苓活性成分进行筛选并将筛选结果作为潜在研究对象。利用Perl语言对潜在对象再次筛选，剔除在TCMSP平台无法检索出靶点信息的活性成分，将剩下的活性成分作为研究对象。

1.2 土茯苓化学成分靶点获取与收集

通过TCMSP数据库的“靶点预测（related targets）”功能，对土茯苓入血活性成分的作用靶点进行检索。以“人类”为检索物种，利用蛋白质数据库UniProt（http：www.uniprot.org/）进行检索，导出检索结果并使用Perl语言工具对预测的靶点名称进行校正。

1.3 银屑病靶点的获取与收集

以“Psoriasis”为关键词，分别对GeenCards数据库（https：//www.genecards.org/）以及OMIM（https：//omim.org/）数据库进行检索，获取与银屑病相关的靶点，并对检索结果进行合并、去重。利用R语言（https：www.r-project.org/）对土茯苓活性成分相关靶点和银屑病相关疾病靶点取交集，获得土茯苓的活性成分和治疗银屑病的靶点。

1.4 构建药物－成分－靶点－疾病网络

利用Cytoscape 3.7.1软件来成功构建土茯苓治疗银屑病的“药物－成分－靶点－疾病”网络关系图。整个网络构建并展示了土茯苓在治疗银屑病过程中药物－成分－靶点－疾病之间的关系，为深入分析土茯苓治疗银屑病的作用机制提供依据。

1.5 蛋白质互作（pvotein-protein interaction，PPI）网络的构建

利用STRING数据库（https：//string-db.org/）对土茯苓治疗银屑病过程中有关蛋白之间的相互作用进行预测。STRING数据库以不同方式获得的预测结果的评分作为依据，评价PPI结果的置信度，分值越高，其PPI结果的可信度越高。利用STRING数据库中“Multiple Proteins”这一功能，输入土茯苓治疗银屑病的关键靶点，设置物种为“人类（homo sapiens）”进行检索，构建相应PPI网络。

1.6 基因本体（GO）信息注释及京都基因和基因组百科全书（kyoto encycloppedia genes and genomes，KEGG）通路富集分析

以R语言为平台，运用Bioconductor基因组数据分析工具及ClusterProfiler程序包进行GO信息注释和KEGG信号通路富集分析。

2 结果

2.1 土茯苓活性成分筛选结果

通过TCMSP数据库检索，以OB>30，DL>0.18作为条件筛选后得到土茯苓潜在有效成分15个，结果见表1。

表1 土茯苓入血活性成分及其OB和DL值

2.2 土茯苓治疗银屑病的潜在作用靶点预测

通过TCMSP数据库预测筛选得到土茯苓入血活性成分的作用靶点326个，去除重复数据后保留土茯苓入血活性成分作用靶点166个。利用GeenCards数据库和OMIM数据库收集银屑病相关靶点3943个，合并去重后获得疾病靶点3907个。运用R语言将土茯苓有效成分的靶点和银屑病相关靶点取交集，获得土茯苓入血活性成分治疗银屑病的共同靶点107个，表明土茯苓在治疗银屑病的过程中具有多靶点的作用特征。

2.3 土茯苓治疗银屑病的药物－成分－靶点－疾病网络构建

通过Cytoscape工具对土茯苓治疗银屑病作用关系进行网络图的绘制及分析，得到土茯苓在治疗银屑病过程中发挥重要作用的活性成分12个，12个活性成分与对应靶点之间存在的相互作用关系，结果见图1。网络中的节点度值（degree）和中介中心度值（betweenness centrality）用来衡量节点在网络中的核心度。在网络中，重要程度越高的节点，位置越核心，其度值也就越高。本研究结果表明，槲皮素、柚皮素、β谷甾醇、薯蓣皂素等土茯苓有效成分及前列腺素G/H合成酶2（PTGS2）、前列腺素G/H合成酶1（PTGS1）等靶点是整个网络的核心节点，表明这些节点是土茯苓治疗银屑病的关键有效成分或靶点。结果见表2。

图1 土茯苓治疗银屑病的药物－成分－靶点－疾病网络图

表2 土茯苓治疗银屑病的药物－成分－靶点－疾病网络关键节点及拓扑学特征

2.4 土茯苓治疗银屑病的关键靶点PPI网络分析

登录STRING数据库，上传土茯苓活性成分治疗银屑病的靶点蛋白，设置置信度＞0.9，得到相对应的靶点蛋白PPI网络。结果见图2。利用R语言对网络中关键靶点信息进行抽取并绘制关键靶点信息条形图。结果见图3。结果表明，JUN、肿瘤坏死因子（tumor necresis factor，TNF）、丝/苏氨酸激酶1（serine threonine kinase 1，AKT1）、有丝分裂激活蛋白激酶1（mitotic activated protein kinase 1，MAPK1）等在网络中度值较高，表明这些蛋白在网络中的作用十分重要，相对于网络中其他蛋白，这些蛋白可能起到一个桥梁作用，使其互相作用。

图2 土茯苓治疗银屑病关键靶点PPI网络图

图3 土茯苓治疗银屑病关键靶点信息条形图

2.5 GO注释结果及KEGG信号通路富集分析结果

以R语言为平台，P<0.05为条件，利用Bioconductor工具及ClusterProfiler工具对土茯苓治疗银屑病的靶点进行GO信息注释及KEGG信号通路富集分析。GO注释结果显示，茯苓治疗银屑病的关键靶点富集显著的前3个生物功能分别为：受体配体活性（19个靶点）、细胞因子受体结合（17个靶点）、细胞因子活性（15个靶点）。这就表明土茯苓有效成分可以通过调控多个生物学过程进而实现治疗银屑病的目的。结果见图4。

图4 土茯苓治疗银屑病关键靶点基因生物功能注释信息

以P<0.05为条件，KEGG富集。以P值和富集基因数量作为筛选条件进行分析，结果见图5。根据KEGG富集结果，土茯苓治疗银屑病的关键基因显著富集细胞色素P450对外源物质的代谢（metabolism of xenobiotics by cytochror P450）和色氨酸代谢（Tryptophan metabolism）这2个生物代谢上。

图5 土茯苓治疗银屑病作用靶点KEGG富集气泡图

3 讨论

土茯苓治疗银屑病的主要有效成分为槲皮素、柚皮素、β谷甾醇、薯蓣皂素。槲皮素是自然界中的一种黄酮类化合物，其分子式中2、3位间有双键，且有2个羟基，具有很强的生物活性，有抗氧化及清除自由基的作用，除此之外，还具有抗癌、抗炎和抗菌等生理活性［11］。柚皮素是一种广泛存在于芸香科植物中的二氢黄酮类化合物，国外研究证明柚皮素有抗菌、抗炎、抗氧化、抗纤维化等多种功能［12］。Vafeiadou K等［13］研究发现柚皮素也能抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）/干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）诱导的一氧化氮合酶表达和一氧化氮产生的神经胶质细胞，从而显示出较强的抗炎活性。β－谷甾醇是存在于多种植物中的一种主要膳食甾醇［14］，主要具有一定的抗炎作用，还具有抗增殖作用。

网络分析发现，PTGS2、PTGS1等可能是土茯苓治疗银屑病的关键作用靶点。前列腺素内过氧化物合酶（PTGS），又名环氧合酶（cyclooxygenase，COX），具有COX-1和COX-2 2个亚型。Garshick MS等［15］发现COX-1与银屑病的严重程度和血管健康受损直接相关，除此之外，在通过对血小板转录谱分析后还发现，COX-1信号是银屑病严重程度、血小板活性和内皮细胞炎症之间的重要联系。

PPI研究结果显示，JUN、TNF、AKT1、MAPK1、IL-6等蛋白可能在土茯苓治疗银屑病过程中具有重要作用。研究表明，JUN蛋白在多种炎症细胞中均有表达，具有活化、增殖炎症细胞的作用，可能与某些细胞因子和炎症递质增多有关［16］。TNFα是一种能够介导多种炎症反应的促炎细胞因子，研究表明，TNF-α可通过加重炎症反应、加重角质细胞异常从而加重银屑病的症状［17］。在银屑病患者中，经常能观察到表皮角质层中核物质的滞留，核降解是角质形成细胞终末分化和角质层薄膜形成的关键阶段，角质细胞是表皮屏障功能的主要组成部分。

KEGG富集结果表明，细胞色素P450对外源物质的代谢和色氨酸代谢可能是参与土茯苓治疗银屑病机制的主要生物代谢过程。细胞色素P450是哺乳动物皮肤中因异生物暴露而产生的最广泛、最重要的一类药物代谢酶。同时，细胞色素P450在皮肤内源性和外源性底物代谢中起着重要的作用。此外，在一些皮肤病中，如银屑病，许多细胞色素P450都是升高的［18］。因此不难发现，细胞色素P450与银屑病密切相关。色氨酸代谢途径通过吲哚胺2，3－双加氧酶（IDO）和随后产生的kynurenine促进免疫抑制，色氨酸代谢的上调对上皮细胞具有抗寄生和抗菌作用。

综上，本研究通过网络药理学的研究方法对土茯苓治疗银屑病的作用机制进行探讨挖掘，结果表明，土茯苓在治疗银屑病的过程中通过多个活性成分、作用靶点以及生物代谢发挥作用，而非通过某一单一机制发挥作用，其作用机制具有多靶点的特征。本研究结果是基于网络药理学数据挖掘理论进行的探讨，希望能为土茯苓进一步开发利用提供新的思路，但其结果仍需通过实验来进行进一步的验证。