基于网络药理学的玫瑰花潜在药理及保健作用机制

严宝飞，刘 嘉，张景正，曾庆琪

（江苏卫生健康职业学院 药学院，江苏 南京211800）

玫瑰花为蔷薇科植物玫瑰（Rosa rugosaThunb.）的干燥花蕾，始载于明代的《食物本草》［1］，其性甘、微苦、温，归肝、脾经。具有行气解郁、和血和止痛之功效，被用于肝胃气痛，食少呕恶，月经不调，跌扑伤痛等症治疗［2］。玫瑰花在我国食用及中医临床应用已有千年历史。现代研究证明：玫瑰花中有挥发油、黄酮、多糖和酚酸等多种类型化合物，且化学结构复杂，作用途径多样，作用靶点各异，因而可共同形成其独特的药用与食用价值［3］，在药品、食品、化妆品等领域均有广泛的应用。

新兴学科网络药理学，是通过建立具有整体观的“药物－化学成分－作用靶点－疾病”相互作用网络，打破常规中药及其组方的单一成分和通路的研究思路，能较为全面地反映中药及其组方发挥临床功效的科学内涵。根据现有文献发现，关于玫瑰花的网络药理学研究较少。故本研究以中药及其组方多成分、多途径和多靶点的整体作用观理论为基础，采用网络药理学方法，探究玫瑰花发挥其药效与保健功能的有效化合物、作用靶点及对应通路，以期为玫瑰花的药用与食用价值的进一步开发提供理论基础与科学依据。

1 材料与方法

1.1 玫瑰花有效化合物及作用靶点的获取

本研究利用中药系统药理学技术平台（TCMSP）（http：∥tcmspw.com／tcmsp.php），以“玫瑰花”为关键词检索化合物，设置口服生物利用度（OB）和类药性（DL）来筛选玫瑰花中活性较高的化合物，其中，OB指活性成分被吸收后进入循环系统，并保持活性的比例，是评价活性成分药动学行为的关键指标；DL指活性成分与已知药物的相似性，是评价成药性高低的重要指标。本研究以OB大于等于30%、DL大于等于0.18为条件进行过滤，以提高数据的真实性和可靠性，最终获取玫瑰花的有效化合物及其对应的作用靶点。

将获取的玫瑰花的有效化合物对应的作用靶点信息输入蛋白质相互作用平台（STRING）（https：∥string-db.org／）以获取作用 靶点的 标准名称。

1.2 有效化合物-作用靶点网络的建立

利用Cytoscape 3.7.0软件处理获取的玫瑰花有效化合物和作用靶点信息（可视化处理），建立玫瑰花有效化合物－作用靶点网络。玫瑰花有效化合物和作用靶点用“节点”表示，二者之间的作用关系用“边”表示。再对得到的作用网络进行网络拓扑学分析，以degree和betweenness centrality（节点度值、中介中心度）来反应“节点”的重要程度，degree和betweenness centrality的值越大，说明该“节点”在作用网络中越重要。

1.3 蛋白质相互作用（PPI）网络的建立

PPI是组成生物分子网络的基本单位，同时也是疾病产生的关键步骤。本研究采用STRING数据库获取作用靶点之间的相互作用关系，从蛋白质相互作用的层面讨论玫瑰花发挥其保健与药用功能的可能作用机制。将organism设为homo sapiens，设置Hide disconnected nodes in the network，minimum required interaction score为highest confidence，其余为系统默认参数，以此建立PPI网络。将上述PPI关系导入Cytoscape 3.7.0软件进行可视化处理，以获取PPI网络；运用R语言抽取网络中的关键靶点绘制信息条形图。

1.4 生物功能注释（GO）及KEGG通路富集分析

将玫瑰花有效化合物的作用靶点的编码基因导入Bioconductor生物信息软件包（http：∥www.bioconductor.org／），以P＜0.01进行GO功 能 及KEGG通路富集分析，得到玫瑰花有效化合物作用靶点的主要生物功能、发挥保健与药用功能机制中可能性较大的通路，并利用R语言绘制条形图（取前20）。

2 结果与讨论

2.1 玫瑰花有效化合物和作用靶点获取结果

玫瑰花在TCMSP平台数据库中共有121个化合物。按照条件共筛出有效化合物10个，对应的作用靶点154个，结果见表1和2。其中，番茄红素是一种类胡萝卜素，具有显著的抗氧化、促细胞自噬、活化免疫细胞和抗肿瘤作用［5］，亦可降低糖尿病患者血糖水平［6］，以及逆转高胆固醇饮食引起的血清和大脑中总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯的升高，从而发挥降脂功能［7］。Rugosin A具有较高的抑制DPP -IV（二肽基肽酶-IV）活性，可促进胰岛素的释放，从而对糖尿病起到一定的防治作用［8］。β-谷甾醇具有调节免疫、抗肿瘤等作用［9］。除此之外，β-谷甾醇被证实可改善非酒精性脂肪肝肝细胞的脂肪变性程度，减轻氧化应激反应，表现出肝脏保护作用［10］，亦能增强机体对自由基的清除能力，提升血清NO含量，抑制TNF -α炎性因子的聚集与释放，实现抗氧化、抗炎作用［11］。维生素E具有显著的抗氧化、抗肿瘤和心血管保护等作用，李福民等［12］证实维生素E外用可改善UVB导致的皮肤光损伤，显示出良好的皮肤改善作用［12］。槲皮素具有抗菌、抗炎、清除自由基、抗氧化、抑制血小板凝结及抗粥样动脉硬化等作用［13］。龙凯琴等［14］发现：槲皮素可促进10Gy辐照后衰老的92-1细胞凋亡，提示其具有潜在的抗衰老功能。因此，TCMSP平台筛选出的有效化合物是玫瑰花发挥药效与保健功能的基础，玫瑰花通过这些有效化合物发挥抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗动脉粥样硬化、免疫调节、保肝、心血管保护等药理作用以及降糖、降脂、调节胰岛素和皮肤改善抗衰老等保健功能。

表1 玫瑰花有效化合物Table 1 Effective components of R.rugosae flos

表2 玫瑰花有效化合物作用靶点Table 2 Target proteins of effective components of R.rugosae flos

续表

2.2 玫瑰花有效化合物-作用靶点网络分析结果

利用Cytoscape 3.7.0软件，处理获取的玫瑰花有效化合物和作用靶点信息，建立有效化合物-作用靶点网络，结果见图1。由图1可知：玫瑰花有效化合物-靶点网络共有161个节点，200条边。其中，最外4圈表示作用靶点，第5圈为玫瑰花的有效化合物（番茄红素、rubixanthin、rugosin A和维生素E暂无报道的作用靶点）。网络拓扑学分析结果显示：该网络节点的平均度值为2.484，大于平均度值的节点有15个；平均中介中心度为0.009，大于平均中介中心度平均值的节点有14个。根据节点度值、中介中心度等网络拓扑学特征，进行核心节点的筛选，结果显示：槲皮素、β-谷甾醇、β-胡萝卜素、去甲氧基茵陈色原酮和豆甾醇以及PTGS2、NCOA2、PTGS1、BCL2、CASP9、JUN、CASP3和CASP8等作用靶点在玫瑰花有效化合物-作用靶点网络中具有重要作用，可能是玫瑰花发挥保健与药用功能的核心化合物及作用靶点，详见表3。

表3 玫瑰花有效化合物-作用靶点网络关键节点及其拓扑学特征Table 3 Key nodes of effective compound-target protein network and its topology features of R.rugosae flos

图1 玫瑰花有效化合物 作用靶点网络Fig.1 Effective component-target protein network of R.rugosae flos

据报道，前列腺素内过氧化物合酶2（PTGS2）又称COX -2，在机体中分布广泛，在正常组织细胞内的活性极低。当细胞受到炎症等刺激时，COX -2在炎症细胞中的表达水平可迅速升高，继而促进炎症部位PEG2、PGI2和PGE1表达，加速炎症反应和组织损伤［15］。核受体共激活因子-2（NCOA2）表达在多种激素反应组织中，可参与生殖发育、骨形态的发生、癌症等生理病理过程，已被证实具有致癌的作用，在子宫内膜癌、胸膜癌和胃癌中均观察到其基因的融合、缺失、插入和突变，可诱导正常细胞的上皮间质转化，进而促进肿瘤的发生发展和转移，加剧肿瘤的恶性进展［16］。NCOA2在脂代谢和能量平衡中起重要作用，与脂肪的吸收与形成密切相关［17］。B淋巴细胞瘤2（BCL2）可通过控制线粒体膜的通透性来调节造血细胞和神经细胞的细胞凋亡，BCL2的过度表达可减少氧自由基的产生和脂质氧化物的形成［18］。CASP9、CASP3和CASP8均为半胱天冬氨酸蛋白酶家族，负责细胞凋亡的执行，与机体肿瘤以及自身免疫性疾病联系紧密［19］。因此，玫瑰花可能通过作用于PTGS2、NCOA2、PTGS1、BCL2、CASP9、JUN、CASP3和CASP8等靶点来发挥抗炎、抗氧化、抗肿瘤和免疫调节等药理作用及降脂等保健功能。

2.3 玫瑰花有效化合物对应的作用靶点PPI网络的分析结果

玫瑰花有效化合物对应的作用靶点PPI网络见图2。由图2可知：该网络共有132个节点、490条边，平均度值为7.424。其中，各节点表示作用靶点，每条边表示各作用靶点之间的相互作用关系，边数越多表示该节点对应的作用靶点越重要。根据各节点的度值制作大于平均度值的关键作用靶点的信息条形图（取前30），结果见图3。由图3可知：JUN、蛋白激酶B（AKT1）和丝裂原活化蛋白激酶1（MAPK1）度值显著大于其他作用靶点，在PPI网络中起着重要的联系作用，可能是玫瑰花发挥其保健和药用功能的关键作用靶点。

图2 玫瑰花有效化合物作用靶点PPI网络Fig.2 Protein-protein interaction relationship network of R.rugosae flos

图3 关键作用靶点的信息条形图Fig.3 Information bar diagram of the key targets

研究表明：JUN是核内原癌基因c-jun的编码产物，参与调控多种细胞因子及炎症介质的表达。在外来因素刺激下，c-jun可迅速表达翻译成JUN，从而提升肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移能力，进而加剧肿瘤的恶性进展［20］。AKT1可调控细胞增殖和生长，参与包括细胞凋亡和葡萄糖代谢等诸多细胞过程，同时还具有抗细胞凋亡作用，可通过WNT信号影响β-Catenin的表达，参与肿瘤的发生发展过程［21］。MAPK1介导细胞内信号传递，对细胞炎症性反应和肿瘤细胞的增殖、分化、转化和凋亡的调控均具有显著影响［22］。综上可知，PPI网络中有着桥梁作用的JUN、AKT1和MAPK1靶点与玫瑰花抗肿瘤、抗炎作用密切相关，抗肿瘤、抗炎作用可能为玫瑰花一系列作用的核心。玫瑰花及其组方在临床上也有用于治疗肿瘤，但其效应机制并不明确，上述结果可为玫瑰花及其组方的抗肿瘤深入研究提供一定的理论基础。

2.4 GO功能分析结果

本研究从GO功能分析确定玫瑰花有效化合物作用靶点最主要的生物学过程。GO功能分析获得147个条目，具有显著意义的有134个条目（P＜0.01），利用R语言，综合P值和基因富集数量过滤绘制条形图（图4）。排名越靠前，玫瑰花越有可能通过这些生物学途径作用于机体，发挥其药理及保健作用。

图4 玫瑰花有效化合物作用靶点GO功能分析结果Fig.4 Biological GO function annotation information of the key targets of R.rugosae flos

由图4可知：20个条目总体上可分为信号转导、转录翻译、细胞组成和氧化应激4类。玫瑰花有效化合物作用靶点富集显著的10个生物功能注释分别为核受体活性、转录因子活性、类固醇激素受体、细胞因子受体结合、细胞因子活性、RNA聚合酶Ⅱ转录因子结合、DNA结合转录激活活性，RNA聚合酶Ⅱ特异性、泛素样蛋白连接酶结合、抗氧化活性以及抑制转录因子结合。

核受体是机体中含量最丰富的转录调节因子之一，能参与调控机体发育、代谢、炎症和免疫等多种生物作用，在代谢性疾病领域受到了广泛的关注。董月美等［23］研究证明：它们与糖尿病、脂肪肝等疾病的发生和发展密切相关，也被称为代谢性核受体。类固醇激素受体也是核受体超家族中的一员，由配体激活转录，有糖皮质激素受体、孕激素受体和雌激素受体等多种类型，可显著影响机体的生长、代谢等生理病理过程［24］。细胞因子通过结合细胞表面相应的细胞因子受体而发挥生物学作用，其与受体的结合是由细胞信号转导的启动刺激的过程，根据其结构与信号转导途径可分为肿瘤坏死因子受体和趋化性细胞因子受体等类型。肿瘤坏死因子在心血管疾病、类风湿性关节炎和炎症性肠病等病理生理过程起着重要的介质作用［25］。趋化因子及其受体的表达和功能的异常将严重影响免疫细胞正常功能的发挥，进而产生慢性炎症或自身免疫性疾病，亦可作用于肿瘤细胞，对肿瘤的形成产生发展影响［26］。因此，玫瑰花可能通过其核受体活性和类固醇激素受体活性、细胞因子活性和抗氧化等多种类型生物学功能及过程，影响机体免疫和代谢、炎症和肿瘤等生理病理过程，实现其调节免疫、抗肿瘤、抗氧化等多种药理与保健作用。

2.5 KEGG通路富集分析结果

KEGG通路富集分析共获得161条通路，具有显著意义的有145条通路（P＜0.01），利用R语言综合P值和基因富集数量综合过滤绘制的条形图见图5。通路的富集结果排序越靠前，即玫瑰花越有可能通过这些通路作用于机体，发挥其药理及保健作用。由图5可知：2条通路与动脉粥样硬化、内分泌抵抗相关，提示玫瑰花可能具有潜在的抗动脉粥样硬化及内分泌调节作用。5条通路与病毒感染有关，包括：疱疹病毒、乙肝病毒、丙肝病毒、人巨细胞病毒和甲型流感病毒，提示玫瑰花可能具有潜在的抗多种病毒作用。8条通路与肿瘤相关，包括：前列腺癌、膀胱癌、胰腺癌、肺癌、肝癌、结肠癌、直肠癌和子宫内膜癌，提示玫瑰花具有广泛的抗肿瘤作用。作用靶点显著富集在糖尿病并发症AGERAGE信号通路、TNF信号通路、IL -17信号通路和HIF- 1信号通路等通路上。

图5 玫瑰花有效化合物作用靶点KEGG通路富集分析结果Fig.5 KEGG pathway enrichment analysis of the key targets

晚期糖基化终产物（AGE）与其受体（RAGE）可激活NF -κB，引起大量促炎细胞因子、生长因子的表达与释放，造成慢性细胞活化与组织损伤［27］，亦可激活NADPH氧化酶引起氧化应激活性氧，造成氧化损伤，并能参与神经退行、慢性炎症和机体老化等多种病理过程［28］。肿瘤坏死因子（TNF）能直接杀伤肿瘤细胞，且对正常细胞没有明显的细胞毒性，主要有TNF -α，TNF-β两种类型，可参与全身炎症反应，促进促炎因子的表达，通过中枢敏化和调节疼痛介质，参与神经病理性疼痛的发展［29］。TNF-α可诱导成骨细胞凋亡，降低骨密度，是引起骨质疏松症的潜在原因之一［30］。白细胞介素-17（IL -17）是有效的活性炎症因子，参与了肿瘤的生长、血管形成和肿瘤免疫调节，亦能促进多种恶性肿瘤细胞分泌促血管生成因子VEGF、前列腺素PGE、趋化因子和基质金属蛋白酶MMP，从而促肿瘤微血管的生成［31］。缺氧诱导因子-1（HIF-1）可在基因水平上调控VEGF的表达，促进肿瘤的产生发展［32］，亦为应答缺氧应激的关键因子，介导低氧信号，调控细胞产生多种缺氧代偿反应［33］。因此，玫瑰花可能通过调控AGE-RAGE信号通路、TNF信号通路、IL -17信号通路和HIF-1信号通路等，从而发挥抗炎、抗肿瘤、抗氧化、抗缺氧等药理作用以及抗衰老、抗骨质疏松等保健功能。

3 结论

3.1 有效化合物

经网络拓扑分析后可知：槲皮素、β-谷甾醇、β-胡萝卜素、去甲氧基茵陈色原酮和豆甾醇等成分为玫瑰花能发挥抗氧化、抗肿瘤、抗炎、免疫调节和保肝等药理作用以及降糖、降脂、调节胰岛素、皮肤改善和抗衰老等保健功能的主要有效化合成分。

3.2 作用靶点及其相互作用

PTGS2、NCOA2、PTGS1、BCL2、CASP9、JUN、CASP3和CASP8等靶点为玫瑰花有效化合物-作用靶点网络的核心靶点。玫瑰花可作用于这些靶点发挥抗炎、抗氧化、抗肿瘤和免疫调节等药理作用及降脂等保健功能。PPI网络分析表明：JUN、AKT1、MAPK1为PPI网络中的关键靶点，提示抗肿瘤、抗炎作用可能为玫瑰花一系列作用的核心。

3.3 生物功能注释及信号通路

玫瑰花可能通过其核受体活性、类固醇激素受体活性、细胞因子活性、抗氧化等多种类型生物学功能及过程，实现其调节免疫、抗肿瘤、抗氧化等诸多药理与保健作用。玫瑰花可发挥抗炎、抗肿瘤、抗氧化和抗缺氧等药理作用及抗衰老抗骨质疏松等保健功能的关键作用靶点基因显著富集在AGERAGE信号通路、TNF信号通路、IL -17信号通路和HIF-1信号通路等通路上。

综上所述，本研究基于网络药理学的研究方法，对玫瑰花潜在药理及保健作用机制进行了深入挖掘，结果显示：玫瑰花中10个有效化合物可通过161条通路，作用于154个作用靶点发挥抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、免疫调节和保肝等药理作用及降糖、降脂、调节胰岛素、改善皮肤、抗衰老等保健功能，体现了玫瑰花具有多成分、多靶点和多途径的药理和保健作用特点，研究结果可为玫瑰花药用与食用价值的进一步研究与开发提供理论基础和科学依据。