网络药理学视角下泻心汤对胃溃疡的作用机制

吴 旭，徐 明，潘 洋

胃溃疡（gastric ulcer，GU）是胃粘膜层和粘膜下层因胃肠防御因素与进攻因素的生物学状态失衡从而发生病理学改变［1］，以上腹部周期性、节律性疼痛，伴有反酸、嗳气、上腹部有局限性压痛为主要临床表现的消化系统疾病［2］。西医常选用质子泵抑制剂、胃酸中和剂、胃粘膜保护剂、抗生素等治疗胃溃疡，患者长期使用会有诸多不良反应，且病情容易反复［3］。中医虽没有胃溃疡这一病症，但从临床表现来看可将其归属于“胃痛”“胃痈”等范畴，在整体思想和辨证论治的引导下运用中医疗法，疗效可观，并能大大提高患者的生活质量。

清热泻火之法是中医药治疗胃溃疡的主要方法之一，经典名方——泻心汤具有苦寒直折、清泻胃火之功。泻心汤出于《金匮要略》，又名三黄泻心汤，由黄连、黄芩、大黄3 味中药构成。黄连味苦性寒，归心、肝、胆、脾、胃经，功能为清热燥湿、泻火解毒；黄芩味苦性寒，归肺、胆、脾、大肠，功能为清热燥湿、泻火解毒，止血；大黄，味苦性寒，归脾、胃、大肠、心包经，功能为泻下攻积、清热泻火、凉血解毒。三药合用，苦寒直折，清泻火热之邪。泻心汤在中医临床中应用颇为广泛，现代研究认为其具有抗炎、抑菌、抗幽门螺杆菌、保护胃粘膜、抑制肿瘤生长等多种药理学作用［4-8］，可用于治疗消化性溃疡、幽门螺杆菌相关性胃炎、胃癌等多种消化系统疾病。有学者用泻心汤结合温针灸治疗胃溃疡患者30 例，临床总有效率为93.33%［9］。有学者用泻心汤结合针刺治疗消化性溃疡患者53 例，结果显示，患者临床症状显著改善，血清中IL-6、TNF-α 和TGF-β1 较治疗前明显降低［10］。有学者将102 例幽门螺杆菌阳性慢性胃炎随机分成治疗组和观察组，每组各51 例，治疗组予泻心汤和抗生素，观察组予抗生素，结果显示，治疗组总有效率明显高于对照组［11］。有学者在体外试验中发现，泻心汤可以显著抑制胃癌细胞的增殖［8］。

从中医学角度分析，胃溃疡的发病可认为是湿热之邪壅聚于胃，久而不去，蕴而化热，热盛肉腐，酿发痈疡而成，且需清热燥湿、泻火解毒而治之。本文通过网络药理学的方法，以“成分-靶点-通路”相互作用关系为引导思路，从多层次、多方向、多角度对泻心汤治疗胃溃疡的作用机制进行分析，希望通过“药物-成分-靶点-通路-疾病”网络使中医药治疗胃溃疡的作用机制得以具体化、精准化、可视化，为进一步探讨泻心汤治疗胃溃疡作用机理奠定基础。

1 研究过程与方法

1.1 泻心汤有效成分的筛选

泻心汤的组成为黄连、黄芩、大黄。在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）中检索3 味中药的化学成分。口服生物利用度（oral bioavailability，OB）是指口服药物后，入血且可被机体吸收及利用的药量与给药量的比率；类药性（drug-likeness，DL）是指化合物与已知药物的相似性。当二者值越大时，则代表化合物对人体越有科学研究价值。本文参照了以往网络药理学研究准则，将OB≥30%、DL≥0.18 作为有效成分的纳入标准。

1.2 有效成分作用靶点的筛选

在TCMSP 平台上查找有效成分的作用靶点，利用UniProt数据库查询靶点所对应的人类基因组名称。

1.3 胃溃疡靶点基因的收集

以“gastric ulcer”为关键词在GeneCards 数据库中进行检索，获取胃溃疡的相关靶点基因。

1.4 泻心汤与胃溃疡共同靶点基因的获取

在在线韦恩图平台中输入上文获得的有效成分靶点基因和胃溃疡靶点基因，以获取泻心汤与胃溃疡的共同靶点基因，并绘制韦恩图。使用Cytoscape 3.7.1 软件绘制“中药-有效成分-交集靶点基因”网络图。

1.5 构建蛋白质相互作用（PPI）网络

在String 平台中上传上文获得的“泻心汤与胃溃疡共同靶点基因”，物种设置选择“Homo sapiens”，其他参数项为默认值，分析蛋白质的相互作用，构建蛋白质相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络，下载 TSV 文件。使用Cytoscape 3.7.1 对PPI 网络进行可视化分析，取度中心性（degree centrality，DC）、介度中心性（betweenness centrality，BC）、紧密度中心性（closeness centrality，CC）的上四分位数，筛选出泻心汤治疗胃溃疡的关键靶点基因。

1.6 GO 功能、KEGG 通路富集分析

在Metascape 数据库中输入上文获得的“泻心汤与胃溃疡共同靶点基因”，在“物种设置”项选择“H.sapiens”，设定P＜0.01 后，进行生物学过程（gene ontology）和代谢通路（KEGG pathway analysis）富集分析，利用在线网络作图工具Bioinformatics 绘制富集图。

1.7 构建“中药-有效成分-关键靶点-通路”网络

将药物及其有效成分、关键靶点基因、KEGG 富集通路（Count 值排名前20）导入Cytoscape 3.7.1 软件中，构建“中药-有效成分-关键靶点-通路”网络。

2 结果与分析

2.1 泻心汤有效成分及作用靶点筛选结果

以口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18 为筛选条件，在TCMSP 数据库中查询到泻心汤有效成分共63 个，其中黄连14 个，黄芩36个，大黄16 个（黄连与黄芩有2 个相同有效成分，大黄与黄芩有1 个相同有效成分），部分有效成分信息见表1。

表1 泻心汤有效成分基本信息（部分）

续表1

将泻心汤的63个有效成分导入TCMSP数据库中进行检索，获得900 个作用靶点，其中黄连285个，黄芩506 个，大黄109 个。在Uniprot 数据库中查询靶点对应的人类基因名称，然后进行基因名标准化处理。

2.2 胃溃疡与泻心汤共同靶点基因的获取结果

以“gastric ulcer”为关键词在GeneCards 数据库中查询到胃溃疡相关靶点基因5 066 个，以得分≥5 为筛选条件进行筛选后得到960 个。泻心汤的靶点基因去重后有228 个。在在线韦恩图平台上输入胃溃疡的重要靶点基因（得分≥5）和泻心汤的去重靶点基因后得到109 个交集靶点基因，见图1。将中药、与交集靶点有直接作用关系的有效成分、交集靶点基因导入Cytoscape 3.7.1 软件中制作“中药-有效成分-交集靶点基因”网络图，见图2。

图1 泻心汤与胃溃疡交集靶点基因韦恩图

图2 “中药-有效成分-交集靶点基因”网络

图2 所示的网络中共有155 个节点、400 条连线，圆形表示中药，六边形表示有效成分（A1、A2 为黄连和黄芩共有成分，B 为大黄和黄芩共有成分），菱形表示交集靶点基因。其中节点越大，连线越密，则说明重要性越高，有效成分中HL10（槲皮素）、HQ2（汉黄芩素）、HQ4（黄芩素）、HQ1（刺槐素）、DH13（芦荟大黄素）的节点较大，连线较密，分别对应度值为96、29、19、14、14。

2.3 泻心汤治疗胃溃疡的蛋白质相互作用（PPI）结果

将上文获得的109 个交集靶点基因上传至String 平台进行蛋白相互作用分析，创建PPI 网络，见图3，下载TSV 文件。在Cytoscape 3.7.1 软件中对PPI 网络进行可视化，取度中心性（DC）、介度中心性（BC）、紧密度中心性（CC）的上四分位数，筛选出泻心汤治疗胃溃疡的关键靶点基因，见图4。

图3 泻心汤治疗胃溃疡的PPI 网络

图4 泻心汤治疗胃溃疡关键靶点的PPI 网络

图4 所示的网络中包含25 个节点和598 条连线，故这25 个节点可能是泻心汤治疗胃溃疡的关键靶点基因。其中节点越大，颜色越深，连线越密越粗，则说明地位越重要。AKT1、TP53、IL6、TNF、VEGFA 的节点较大，颜色较深，连线较密较粗，度值分别为94、94、88、87、87，所以泻心汤治疗胃溃疡的关键靶点基因可能为AKT1、TP53、IL6、TNF、VEGFA。

2.4 GO 功能和KEGG 通路富集结果

将泻心汤和胃溃疡的交集靶点基因上传至Metascape 数据库中进行GO 功能和KEGG 通路富集分析，设置P＜0.01，获得1 803 个GO 条目，其中生物过程（biological processes，BP）1 598 个，主要包括对无机物的应答、细胞凋亡的正调控、对激素的应答、细胞增殖的负调控、细胞粘附的调控；细胞组成（cellular components，CC）64 个，主要包括膜筏、膜微区、转录调控复合物；分子功能（molecular functions，MF）141 个，主要包括激酶结合、蛋白激酶结合、蛋白质同源二聚体化活性，相关条目见图5；KEGG 富集通路176 条，主要包括癌症通路、PI3K-Akt 信号通路、MAPK 信号通路、TNF 信号通路。取Count 值排名前20 的KEGG 富集通路，将其导入Bioinformatics 网站中制作高级气泡图，见图6。

图5 泻心汤治疗胃溃疡的GO 功能富集图

图6 泻心汤治疗胃溃疡的KEGG 富集通路气泡图

2.5 “中药-有效成分-关键靶点-通路”网络图

将黄连、黄芩、大黄、与关键靶点有直接作用关系的有效成分、上文获得的25 个关键靶点基因、Count 值排名前 20 的 KEGG 富集通路导入Cytoscape 3.7.1 软件中制作“中药-有效成分-关键靶点-通路”网络图，见图7。

图7 “中药-有效成分-关键靶点-通路”网络

图7 所示的网络中，圆形表示中药，六边形表示有效成分（A1、A2 为黄连和黄芩共有成分，B为大黄和黄芩共有成分），菱形表示交集靶点基因，V 形表示通路。该网络可反映出泻心汤通过“多成分、多靶点、多通路”的调控特点对胃溃疡发挥治疗作用。

3 结论与讨论

通过TCMSP 数据库、“中药-有效成分-交集靶点”网络图得出，泻心汤治疗胃溃疡的重要有效成分为槲皮素、汉黄芩素、黄芩素、刺槐素、芦荟大黄素。槲皮素具有抗炎、抗氧化、抑制胃酸分泌等多重药理学功能，还可以通过抑制机体IL-6、TNF-α、VEGF 等炎症因子的产生而发挥其抗炎作用［12］。胃溃疡发生后胃粘膜表现出炎症应激反应［13-15］，所以槲皮素可以通过其抗炎作用减轻胃粘膜的炎症应激反应。槲皮素对胃酸的排泌也能产生良好的抑制作用［16-17］，所以槲皮素也能够利用其抑酸的功能减少胃酸对溃疡面的破坏从而促使消化道黏膜的修复。幽门螺杆菌感染是胃溃疡发生的重要原因之一［18］，槲皮素还可以抑制幽门螺杆菌在机体中的生长［17,19-20］。汉黄芩素、黄芩素也具有较好的抗炎、抗氧化、抗肿瘤等多重药理学功能，能够抑制机体TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、COX-2 等多种炎症因子的产生而发挥抗炎作用［21-24］。汉黄芩素可以下调JAK1/2 的表达减少STAT3 的磷酸化进而加快胃癌细胞的凋亡［25］。有试验研究结果表明黄芩素能够上调胃癌MGC-803 细胞中caspase-3、PARP 水平，下调PARP 水平进而促进胃癌细胞的凋亡［26］。所以汉黄芩素、黄芩素能够抑制机体炎症因子的生成，降低胃粘膜炎症反应，从而对胃溃疡产生治疗效应。此外，胃溃疡为胃癌前状态，汉黄芩素、黄芩素又能促进胃癌细胞的凋亡，可以预防胃溃疡进一步朝向胃癌发展，所以泻心汤治疗胃溃疡能体现出中医学“治未病”的理论思想。刺槐素使Fas 和FasL、Bax 和p53 的表达上调，Bcl-2和Bad 的表达下调，通过活化Fas 通路抑制了胃癌AGS 细胞的增殖并诱导其凋亡［27］。刺槐素还具有良好的镇痛作用。有研究报道，在小鼠的扭体试验中发现ED50的刺槐素镇痛作用明显强于ED50双氯芬酸钠［28］，所以泻心汤治疗胃溃疡时除了有抗炎、抗肿瘤的效果外，还具有对症止痛的作用。胃粘膜被胃酸、胃蛋白酶自身破坏是胃溃疡发病的主要原因［29-31］，芦荟大黄素可以抑制胃酸的分泌［32-33］，与胃蛋白酶结合形成复合物后改变其构象［34-35］，减少胃酸、胃蛋白酶对胃粘膜的侵蚀。

由蛋白相互作用（PPI）结果、泻心汤治疗胃溃疡关键靶点的PPI 网络可知，泻心汤治疗胃溃疡核心靶点为AKT1、TP53、IL6、TNF、VEGFA。AKT1 是AKT 家族中的一个亚型，是参与机体炎症反应的靶点基因［36-37］。AKT1 可以通过促进CD4+T细胞向Th17 细胞的转化，进而调控促炎症因子IL-17 的表达［38］。有试验研究报道，AKT1 表达上调后可以促进巨噬细胞向M2 型极化，减轻机体组织的炎症反应［39］，所以可以通过泻心汤来调控AKT1 降低促炎症因子的产生，减轻胃粘膜的炎症应激反应，达到治疗胃溃疡的目的。正常的TP53可以促进机体胃粘膜及组织的修复，但突变后基因异常表达，其原有的抑癌功能缺失，诱导胃粘膜细胞凋亡，增加胃溃疡向胃癌发展的风险［40］。有相关文献报道，胃溃疡模型大鼠TP53 有明显的升高，胃粘膜的损伤程度与TP53 突变型基因的表达呈正相关［41］。泻心汤可能是通过下调TP53 突变型基因的表达，减轻胃粘膜的损伤，促进胃粘膜的修复而对胃溃疡起到治疗作用。IL6、TNF 均为炎症因子编码基因。有相关研究报道，胃溃疡患者相较于健康人，血清中TNF-α、IL-6 水平明显偏高［42-43］。TNF-α 可促进急性蛋白的生成，活化中性粒细胞，炎症组织内血小板凝聚，血氧降低，对胃粘膜造成持续性伤害［44］。因此可以推测，使用泻心汤可以下调IL6、TNF 基因的表达，减少炎症因子的产生，减轻炎症对胃粘膜组织的损伤。VEGFA 是血管内皮生长因子A 的编码基因，表达上调后可以活化血管内皮细胞，诱导新的血管形成［45］，还可以抑制TNF、IL6 的生成，从而降低机体炎症反应［46］。

通过GO 功能富集分析可知，生物过程富集程度较高的是对无机物的应答、细胞凋亡的正调控、对激素的应答、细胞增殖的负调控、细胞粘附的调控；细胞组成富集程度较高的是膜筏、膜微区、转录调控复合物；分子功能富集程度较高的是激酶结合、蛋白激酶结合、蛋白质同源二聚体化活性。通过KEGG 通路富集分析得出，富集程度较高的通路为癌症通路、PI3K-Akt 信号通路、MAPK 信号通路、TNF 信号通路。PI3K-Akt 信号通路激活后可以调控胃粘膜上皮细胞的生长、增殖［47］。有研究证实MAPK 信号通路与胃溃疡的发生密切相关，该通路的EGFR/ERK 信号转导通路中的任何一个分子表达异常都将会导致胃溃疡的发生［48］。

综上所述，本文基于网络药理学的研究方法，对泻心汤的多成分、多靶点与胃溃疡之间的网状关系进行了研究，认为泻心汤通过槲皮素、汉黄芩素、黄芩素、刺槐素、芦荟大黄素等有效成分调控AKT1、TP53、IL6、TNF、VEGFA 等核心靶点，以及癌症通路、PI3K-Akt 信号通路、MAPK 信号通路、TNF 信号通路等主要通路，发挥抗炎、抑酸、抗幽门螺杆菌、保护胃粘膜、防癌抑癌等作用，对胃溃疡起到治疗目的。

4 结语

网络药理学属于生物信息学的分支，可以利用公共数据库平台、计算机软件和数据分析技术寻找医学生物信息，构建并分析药物与疾病之间的网络关系。本文以经典名方——泻心汤与疾病胃溃疡作为研究对象，应用网络药理学的方法，使用相关数据库及软件筛选并分析泻心汤治疗胃溃疡所涉及的有效成分、靶点、通路，通过GO 功能富集分析，构建“有效成分-交集靶点-通路”网络，将它们之间的相互作用关系进行可视化，找出泻心汤治疗胃溃疡的核心成分、核心靶点、主要通路，为进一步研究泻心汤治疗胃溃疡作用机制提供了参考。