基于网络药理学对半夏治疗肺结核作用的研究

何彩林 石廷玉

[摘要]目的 基于网络药理学初步探讨半夏治疗肺结核的活性成分、靶点及作用通路，为深入探讨半夏治疗肺结核的作用机制提供理论依据。方法 借助TCMSP数据库检索半夏的活性成分及潜在作用靶点;通过GeneCards、OMIM数据库得出肺结核相关作用靶点;运用Venny2.1软件制作药物靶点与疾病靶点韦恩图;利用Cytoscape3.7.2软件及STRING数据库绘制药物与疾病共同靶蛋白相互作用（PPI）网络及中药-成分-疾病-靶点相互作用网络;采用Metascape数据库及bioinformatics软件对药物与疾病共同靶点进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析;并通过Cytoscape3.7.2软件绘制成分-靶点-通路网络。结果经过筛选，半夏作用于肺结核主要通过黄芩素、卡维丁、β-豆甾醇、豆甾醇等有效成分，AKT1、TP53、VEGFA、PPARG、JUN等靶点基因，以及癌症信号通路和TB通路。结论初步预测获得半夏有效成分抗结核作用机制，相关活性成分与关键靶点以及作用通路的结合可能是其治疗肺结核的机制之一。

[关键词]半夏;肺结核;活性成分;关键靶点;网络药理学

[中图分类号]R978.3

[文献标识码]A

[文章编号]2095-0616（2022）12-0020-05

肺结核（pulmonary tuberculosis，PTB）是一种传染性疾病，其症状有慢性咳痰、咯血、盜汗、疲劳和体重减轻;肺外表现包括淋巴结炎，肾脏、骨骼或关节受累，脑膜炎或播散性疾病[1]。咳嗽在病原体结核分枝杆菌（mycobacterium tuberculosis，MTB）的传播中起关键作用[2]。痰中的MTB是主要传播来源，因此其为全球结核病（tuberculosis，TB）控制策略的重点[1]。据估计，世界上约有1/4的人口患有潜伏性结核病，其中5%～10%的感染者会发展为活动性结核病[3]。TB致死率位列传染病第一，且耐药性结核分枝杆菌（drug resistance mycobacterium tuberculosis，MDR-TB）的出现加剧问题的严重性[4-5]。MDR-TB对实现世界卫生组织（WHO）到2030年终结结核病战略的全球目标构成威胁[6-7]。因此，迫切需要新的有效药物来应对PTB。

《名医别录》载“半夏，......主消心腹胸中膈痰热满结，咳嗽上气”，具有燥湿化痰，降逆止呕，消痞散结的功效[8];化学成分有生物碱类、有机酸类、挥发油类、蛋白质类、黄酮类、糖类、氨基酸类、无机元素类及苯酚类等，有止咳、祛痰、抗肿瘤、镇痛、抗炎、维持免疫力的作用[9]。目前，半夏在治疗PTB方面机制研究较少，本研究拟通过网络药理学的方法探讨半夏治疗PTB的作用机制，以期为今后临床应用和研究提供新思路。

1资料与方法

1.1半夏活性成分筛选及潜在靶点预测

在TCMSP数据库筛选半夏活性成分，用Uniprot数据库筛选活性成分对应的作用靶基因[10]。

1.2肺结核靶点及“药物-疾病”共同靶点采集

通过GeneCards数据库和OMIM数据库搜索，输入关键词“pulmonary tuberculosis”，获得疾病靶点[11]。应用Venny2.1在线工具绘制韦恩图。获得半夏与PTB共同基因靶点。

1.3“疾病-药物-活性成分-靶点”网络的构建

将化合物-靶点和疾病-靶点的相关数据导入Cytoscape3.7.2中进行整合，生成疾病-药物-活性成分-靶点的网络关系图[12]。

1.4蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络构建

将共同靶点基因传至STRING数据库中，其物种为“HomoSapiens”，去除离散的点，将数据导入Cytoscape3.7.2构建半夏的PPI网络图[13]。

1.5基因本体论（gene ontology，GO）生物功能和京都基因与基因组百科全书（Kyotoencyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析

将半夏与PTB交集基因传至Metascape数据库[14]，进行基因的GO生物功能和KEGG通路富集分析。根据P<0.05表示该富集结果具有显著性;P值越小，其显著性越高。并借助bioinformatics对结果可视化。

1.6构建“成分-靶点-信号通路”结构图

参照Metascape数据库中KEGG富集通路信息，设定P<0.05，筛选靠前的20条通路进行整合，将核心靶点与信号通路上富集的靶点相互匹配，取其交集得到交集靶点，交集靶点与成分匹配后制作文档。最后导入Cytoscape3.7.2绘制“成分-靶点-信号通路”结构图[15]。

2结果

2.1中药活性成分及对应靶点筛选结果

通过TCMSP数据库检索半夏化学成分，并以OB≥30%和DL≥0.18为筛选条件，再在UniProt数据库中找出化学成分对应的靶基因名称，物种限定为“Homo Sapiens”，获得13个潜在活性成分，76个靶点。

2.2“药物-疾病”共同靶点采集

通过GeneCards数据库和OMIM数据库搜索，输入关键词“pulmonary tuberculosis”，汇总去重后获得PTB靶点1068个。将药物靶点与疾病靶点对应，应用Venny2.1在线工具绘制韦恩图（图1）。通过绘制韦恩图获得半夏与PTB的共同基因靶点29个。

将半夏的活性成分及作用靶点输入Cytoscape3.7.2，构建活性成分-作用靶点网络图（图2）。

2.4PPI网络图构建

将药物和疾病相映射得到的29个交集基因在STRING平台进行PPI网络分析，去除孤立点，将数据导入Cytoscape3.7.2得到PPI网络（图3），显示AKT1、TP53、VEGFA、PPARG、JUN连接度值显著高于其余靶点，AKT1的节点最大，可能是半夏治疗PTB最主要的潜在靶点。

2.5GO和KEGG分析

GO生物功能富集分析，主要包括生物过程、分子功能、细胞成分。共获得P值小于0.05的GO功能条目376条，其中生物过程包括对无机物的反应、细胞凋亡信号通路、氧化应激等604条，细胞组分包括转录调控复合物、RNA聚合酶II转录调控复合物、细胞器外膜等15条。分子功能包括蛋白体的活动、蛋白域特异性结合、转录因子结合等47条。根据P值前20条信号通路进行KEGG富集分析并绘制气泡图（图4），结果显示，其显著富集在癌症信号通路（pathways in cancer）、TB、乙型肝炎（hepatitisB）、细胞凋亡（apoptosis）和麻疹（measles）等信号通路。

用29个核心靶点和KEGG根据P值得到的前20条信号通路，导入CytoScape3.7.2软件创建“活性成分-靶点-通路”网络图（图5）。反映出黄芩素、卡维丁、松柏素、β-豆甾醇、豆甾醇5个成分最为重要。

3结论

在TB中咳嗽既是一种症状，也是一种疾病传播方式，人类的先天咳嗽反射和后天咳嗽行为可能受到MTB和TB的影响[2]。《十药神书》记载半夏用来治疗咳嗽痰多[16]。研究发现半夏中生物碱有镇咳作用，其总游离有机酸能够镇咳祛痰[17]。本研究运用网络药理学方法，以PTB为目标疾病，筛选半夏抗结核的作用靶点、活性成分以及相关通路。预测的作用靶点中AKT1、TP53、VEGFA、PPARG、JUN等靶点基因可能是半夏治疗PTB的主要靶点。通过分析发现，半夏活性成分中有5个成分可能具有抗结核效果，其中黄芩素、卡维丁、松柏素、β-豆甾醇、豆甾醇等成分对应的相关靶点个数较多，提示这些成分可能是半夏发挥作用的重要成分，并为半夏抗结核作用提供了理论依据。

PTB涉及多种病理过程如纤维化、肺炎、肝脏疾病等[18]。另外，有研究表明PTB和肺癌具有相关性[19]。AKT1的抑制可诱导吞噬体成熟为吞噬溶酶体，从而杀死细胞内细菌，与PTB易感性有关，因此，AKT1抑制剂有望作为抗生素用于治疗TB，尤其是MDR-TB[20]。TP53基因的突變是包括肺癌在内的人类癌症中检测到的五种突变之一，其在肺上皮细胞的致癌转化和肺癌进展中都起着重要作用，TP53的高突变率使其基因改变成为非常有吸引力的潜在治疗靶点[21-22]。研究发现，VEGFA的高表达为MTB的持续存在创造了最舒适的条件，因此，可使用针对VEGFA阻断的靶向治疗[23]。PPARG的上调已被证明会增加几种人类癌症的化学敏感性[24]。纤维化通常发生在TB治疗期间，研究表明黄芩素可抑制不同组织器官纤维化的发生和发展，且有望被批准为特定的抗纤维化药物[25-26]。因此，黄芩素作为抗结核药物还可以改善或治疗PTB导致的纤维化、肺癌等症状。

综上所述，半夏主要通过黄芩素、卡维丁、β-豆甾醇、豆甾醇等有效成分，AKT1、TP53、VEGFA、PPARG、JUN等靶点基因，以及癌症信号通路和TB通路等发挥抗结核作用。本研究为今后更深一步探索半夏抗结核活性成分治疗PTB的作用机制奠定了理论基础并提供了有益的思路。

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（收稿日期：2022-01-10）