基于网络药理学研究荠菜治疗高血压的作用机制

廖雨冰，汪宏译，尹白云，蔡阳美，于天豪，王岐本

（湘南学院 基础医学院，湖南 郴州 423043）

高血压（Hypertension），是血液在血管中流动时 对血管壁造成的压力值持续高于正常的现象。高血压是心脑血管病最主要的危险因素之一[1]。以体循环动脉压增高为主要表现[2]，可伴有多器官相应并发症状和器质性损伤。目前，得到广泛认可的高血压诊断标准是收缩压≥140 mmHg 或舒张压≥90 mmHg。据最新数据显示人群患病风险持续加大[3]。目前，绝大多数患者采取的是长期药物保守治疗方式。荠菜（Capsella bursa-pastoris（Linn.）Medic.） 具有降血压的功效，可用于治疗血崩、高血压等[4]，还具有多种药理活性，如降脂降压、消炎抗病毒、防癌抗癌等[5-6]。研究表明，荠菜中的活性成分山奈酚具有抗氧化、抗炎等作用，还可内皮依赖性舒张血管，抑制AngⅡ导致的血管重构，同时通过抑制IKK/NFκB 炎症损伤IRS-1 改善II 型糖尿病大鼠的胰岛素抵抗，并可调节血脂。此外，山奈酚不仅能抑制铜离子诱导LDL 氧化成ox-LDL，而且还可以降低THP-1性巨噬细胞表面CD36 蛋白表达，阻止其对ox-LDL的摄取，从而预防动脉粥样硬化，可预防动脉粥样硬化，从而相对缓解高血压症状，对高血压起到一定的辅助治疗作用[7-8]。中医临床中也常用包括荠菜在内的中药复方治疗高血压，由此可见荠菜在治疗高血压方面具有良好的潜力[9]，然而目前对于荠菜治疗高血压的药理作用及试验研究还未成熟，荠菜发挥高血压治疗作用的分子机制尚未完全阐明。研究借助网络药理学，为探究荠菜治疗高血压提供物质基础。

1 材料与方法

1.1 荠菜活性成分及药物靶点的筛选

首先筛选荠菜的化学成分，用TCMSP（https：//tcmsow/tcmsp.php）。将药代动力学性质作为首要筛选依据。设置口服生物利用度（OB） ≥30%，类药性（DL） ≥0.18。所得到的结果作为初步筛选得到的药物有效成分。将初步得到的药物有效成分在Uniprot 数据库（http：//www.uniprot.org/） 和String 数据库（https：//string-db.org/） 中进行查询得到靶标蛋白的基因名称，得到了荠菜的相关基因靶点。

1.2 高血压疾病靶点的获取

以“hypertension”为关键词，在人类基因组注释数据库Gene Cards（https：//genecards.weizmann.Ac.il/v3/） 中搜索，获取高血压靶点。

1.3 构建“药物- 活性成分- 共同靶点- 疾病”网络图

通过韦恩图，把高血压的疾病靶点和药物活性成分的靶点进行筛选分析，将得到二者的共同靶点，将共同靶点作为荠菜治疗高血压的潜在作用靶点。

1.4 靶蛋白相互作用网络（PPI） 的构建与分析

把已经筛选出来的荠菜治疗高血压的潜在作用靶点导入String 数据库，限定筛选物种为“Homo”（人类），相互作用阈值设置为0.4，其余筛选条件保持不变，进而得到蛋白的相互作用关系；利用Cytoscape 3.8.2 获得荠菜治疗高血压的关键靶点的相互或用结果（PPI 网络图）。

1.5 GO 功能分析及KEGG 信号通路富集分析

使用Metascape（http：//metascape.org） 将筛选条件设置为p＜0.01，min overlap=3，min enrichment=1.5，将在此条件下筛选得到的靶点进行GO 和KEGG通路分析。

1.6 构建“药物- 活性成分- 靶点- 通路”之间的关系网络

在Cytoscape 3.8.2 数据库中导入前述筛选的活性成分、靶点及KEGG 富集到的主要信号通路，用以构建“药物- 活性成分- 靶点- 通路”网络图。

2 结果与分析

2.1 荠菜活性成分

荠菜部分活性成分的基本信息见表1。

表1 荠菜部分活性成分的基本信息

2.2 高血压疾病靶点的获取结果

在GeneCards 数据库中查找共得到高血压相关靶点8 873 个高血压疾病靶点基因。

2.3 “药物- 活性成分- 共同靶点- 疾病”网络图的构建

集采活性成分对应靶点基因70 个。将结果进行Venn 分析，获得共同靶点65 个（图1），与之对应得荠菜活性成分为10 个。用Cytoscape 3.8.2 进行蛋白网络结构的处理，将结果可视化。网络中共108 个节点，相互作用的边160 条（图2）。其中，度值相对较高的化合物有Kaempferid（山柰素）、Gossypetin hexamethyl ether（棉花皮素六甲醚）、Sinoacutine（清风藤碱）、beta-carotene（β - 胡萝卜素）、yohimbine（盐酸育亨彬） 等。

荠菜治疗高血压（AD） 的药物- 疾病共同靶点韦恩图见图1，荠菜治疗高血压的“药物- 活性成分- 共同靶点- 疾病”网络图见图2。

图1 荠菜治疗高血压（AD） 的药物- 疾病共同靶点韦恩图

图2 荠菜治疗高血压的“药物- 活性成分-共同靶点- 疾病”网络图

2.4 靶蛋白相互作用（PPI） 网络的构建及分析

荠菜抗高血压的PPI 网络图见图3。

图3 荠菜抗高血压的PPI 网络图

PPI 图中共64 个节点，465 条相互作用连线。经计算， PPI 中节点平均自由度为14.50。将潜在靶点信息按照Degree 值排名整理后分析，前8 个分别为ALB，AKT1，VEGFA，JUN，CASP3，MYC，ESR1，PTGS2。

荠菜抗高血压的潜在关键靶点见表2。

表2 荠菜抗高血压的潜在关键靶点

2.5 GO 分析及KEGG 信号通路分析

共富集得到50 个条目，其中分子功能条目15 个（cellularcomponent，CC），生物过程条目17 个（biologicalprocess， BP），细胞组成条目18 个（molecularfunction，MF）。

荠菜治疗高血压的潜在作用靶点的GO 分析见图4，荠菜抗高血压的潜在作用靶点的KEGG 信号通路富集分析见图5。

图4 荠菜治疗高血压的潜在作用靶点的GO 分析

图5 荠菜抗高血压的潜在作用靶点的KEGG 信号通路富集分析

KEGG 信号通路分析筛选一共得到15 条通路，对之前得到的荠菜治疗高血压的潜在作用靶点进行通路富集分析（图5），得到靶点数量前6 位的信号通路为节律过程、有机羟基化合物转运、丙型肝炎与肝细胞癌、单胺GPCR、促肾上腺皮质激素释放激素信号通路，离子转运的调节。可认为是荠菜治疗高血压的核心通路[10-14]。

2.6 “药物- 活性成分- 靶点- 通路”网络的构建与分析

荠菜治疗高血压的“药物- 活性成分- 靶点-通路”网络图见图6。

图6 荠菜治疗高血压的“药物- 活性成分- 靶点- 通路”网络图

将KEGG 信号通路富集结果前6 位的通路和荠菜的有效活性成分、作用靶点之间结合，构建药物、活性成分、靶点、通路4 个要素之间的网络图，（图6）。共11 种活性成分作用于上述6 种信号通路。其中，beta-carotene（β - 胡萝卜素）、Sinoacutine（清风藤碱）、yohimbine（盐酸育亨彬） 共63 个靶标发挥重要作用，其中AKT1，OPRM1，NOS2，GJA1发挥作用最为明显，将之作为荠菜治疗高血压的关键靶点。提示荠菜主要通过节律过程、有机羟基化合物转运、丙型肝炎与肝细胞癌、单胺GPCR、促肾上腺皮质激素释放激素信号通路、离子转运的调节几条通路发挥治疗高血压的作用。

3 结论

高血压是我国高发的典型慢性病、常见病之一。其中医病机多与饮食、情志、遗传等因素引起的气血阴阳不调有关，肝风、脾湿、肾虚各为病之标、病之源及病之本[15]。现代医学则认为其发病受多种机制的相互影响，如RAAS 系统、炎症反应、氧化应激、膜离子转运、免疫细胞浸润等[16]。这些机制长期恶性作用，会破坏血管内稳态，导致血管舒缩功能失调、外周阻力增加等问题，进而造成血压升高。荠菜具有和脾等功效，可用于辅助治疗高血压引起的水肿、面红目赤等症状。但具体活性成分及其作用通路尚不清楚。网络药理学是基于系统生物学和多向药理学设计的学科。便于从分子角度构建药物-活性成分- 共同靶点- 疾病网络图，梳理药物与疾病之间的作用关系，达到精准治疗的目的[17-18]。因此，采取此模式探讨荠菜活性成分抗高血压的潜在作用机制。

通过TCMSP 数据库，以OB≥30%，DL≥0.18作为筛选条件，同时参考BBB 值进行荠菜药效成分筛查，得到可能有显著降压疗效的12 种成分。其中，山柰素、棉花皮素六甲醚、清风藤碱、β - 胡萝卜素、盐酸育亨彬为关键成分，邻苯二酸酯等起协同作用（图2）。有研究表明，山奈酚具有抗炎等作用，还可内皮依赖性舒张血管，抑制AngⅡ导致的血管重构，同时通过抑制IKK/NF-κB 炎症损伤IRS-1改善II 型糖尿病大鼠的胰岛素抵抗，并可调节血脂[16]。此外，山奈酚不仅能抑制铜离子诱导LDL 氧化成ox-LDL，而且还可以降低THP-1 性巨噬细胞表面CD36 蛋白表达，阻止其对ox-LDL 的摄取，从而预防动脉粥样硬化，可相对缓解高血压症状[19]。清风藤碱具有明显抗炎、免疫调节、保肝、降血压等作用[20]。例如，胡祚俊等人[21]采用大量临床对照试验证明小花清风藤能有效治疗病毒性肝炎等。邱模昌等人[22]认为，β - 胡萝卜素能降低高糖诱导的脐静脉内皮细胞的损伤，机制可能与增加NO 水平和促进ROS 的降解有关。郭锦晨等人[23]认为，β - 胡萝卜素能降低LDL 氧化、消除自由基、预防血管损伤。此外，收集到的荠菜与高血压共同靶点基因65 个，包含了多个抗炎、抗氧化、保护血管等因子，表明荠菜治疗高血压是多成分、多靶点协同作用的结果。

将65 个药物- 疾病共同靶点导入String 数据库中，获取靶标蛋白互作关系，并于Cytoscape 3.8.2 中绘制得到1 个以AKT1，VEGFA，JUN，PTGS2 等为核心靶点的具有26 个节点和155 条连线的PPI。其中，血管内皮障碍相关基因AKT1 等通过MAPK 信号通路促进血管内皮细胞的增殖，从而加速血管生成，并与高血压的发生密切相关[24]。VEGFA 作为血管内皮细胞生长因子，可诱导新生血管形成并调节血管张力[25]。JUN 是AP-1 的组分之一，而AP-1 可诱导IL6，IL10，TNF 等的表达，引起血管内皮细胞及炎症细胞的增殖，使管壁向内增厚致血压升高[26]。AP-1 可调控高血压心肌肥厚相关基因的早期应答，并可在一定程度上软化老年高血压动脉[24]。PTGS2在受到细胞因子、炎性介质、缺氧等刺激可迅速上调，激活血小板和内皮细胞上的相关受体，使血管平滑肌松弛并抑制血小板聚集，以降低血压。同时，其生成的前列腺素还能促进细胞增殖和加速血管生成[25，27]。不仅如此，PTGS2 还与女性高血压密切相关[28]。分子对接证明PTGS2 与山柰酚、β - 胡萝卜素等能较好地结合且构象稳定，共同发挥作用，可能是荠菜治疗高血压的重要成分靶点所在[23]。

对潜在关键靶点进一步作GO 富集及KEGG 通路分析，更深入地探讨荠菜的作用机制。如图4 和图5 显示，荠菜可能通过参与细胞的刺激反应、细胞通讯信号转导、有机物代谢过程等生物学过程，在细胞核腔、囊泡、细胞器内膜系统等部位，发生蛋白质二聚活性激活、肾上腺素能受体、G 蛋白偶联胺受体活性激活、肾上腺素能受体活性激活、蛋白质结合等分子反应，进而调控生物节律过程通路、有机羟基化合物转运通路、丙型肝炎与肝细胞癌信号通路、促肾上腺皮质激素释放激素信号通路、单胺GPCR 信号通路、离子转运调节信号通路等发挥降压作用。有研究表明，有机羟基化合物的作用机制与血管内皮生长因子（VEGF） 有关。刘崇栋等人[29]发现，聚乙二醇等高分子材料可通过缓慢释放VEGF以延长其在体内活性维持时间，从而促进血管生成。任丽丽等人[30]认为，10 HCPT 能抑制RASF 表达VEGF水平，从而抑制血管新生。GPCRs 可替代内皮素- 1等血管活性物质的信号转导者以调节血压，且GPCRs若激活不当可引起高血压和血管功能障碍[31]。CRH 在一定浓度内可降低HaCaT 细胞VEGF mRNA 和蛋白的表达[32]。离子通道对于高血压疾病意义重大，尤其是钙离子通道，可影响心肌收缩、血管张力等。阻滞钙离子内流可有效舒张血管并降低外周血管阻力，具有良好的疗效[18]。

综上所述，根据网络药理学系统地分析了荠菜治疗高血压的作用机制，揭示了其治疗高血压潜在的活性成分及作用网络，证明了荠菜主要是通过改善血管内皮功能、促进血管新生来达到治疗目的，具有多成分、多靶点、多通路协同作用的特点。为进一步探讨荠菜针对高血压的辅助治疗发挥作用的药效物质基础和作用机制研究提供方向，其后续尚需体内外试验进一步证实其功效网络的内在关联和作用靶点。