基于网络药理学探究川芎抗心肌缺血再灌注损伤的作用机制

徐湛翔 王孝锦 李 爽 李 姝 李 丽

(1 牡丹江医学院 黑龙江 牡丹江 157000 2 牡丹江医学院附属红旗医院 黑龙江 牡丹江 157000)

心血管疾病一直是威胁人类健康的重大疾病之一，研究显示，我国人群慢性病导致的死亡约占总死亡人数的88.7%，其中心血管疾病约占42.6%，且患病率、死亡率逐年上升[1]。心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)是指冠状动脉部分或者是完全急性梗阻之后，在一定时间内又重新获得再通时，缺血的心肌虽然得以恢复正常的灌注，但是它的组织损伤反而会呈进行性加重的一个病理过程。目前，对于MIRI的治疗主要是药物治疗，包括两个方面，一是中药治疗，二是现代药物治疗，中药治疗由于其针对性强，疗效持久稳定，毒副作用低受到了临床的青睐，近年来网络药理学的发展为心血管病的药物治疗提供了新思路。

网络药理学(Network Pharmacology)将药物作用网络与生物网络相整合，分析出药物成分与其作用靶点之间的关系[2]，进而探索药物与疾病之间的关联，预测药物的作用机制，从而为新药机制的研发提供了新思路。

本研究利用网络药理学对川芎的成分和作用靶点以及MIRI蛋白靶点进行数据分析，构建药物成分-靶点-疾病网络图，并进一步对靶点蛋白基因进行GO富集分析及KEGG通路分析，从而对川芎抗MIRI的作用机制进行研究，进一步为MIRI的治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 药物成分和疾病靶点获取 利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP，http://tcmspw.com/tcmsp.php)，以口服生物利用度(oral bioavailability，OB)≥30%和类药性(drug-likeness，DL)≥0.18为筛选条件得到川芎的化学药物成分，收集药物化学成分的作用靶点，构建药物活性成分-作用靶点数据集。通过 Genecards 和OMIM数据库筛选出缺血再灌注损伤相关靶点，建立疾病-靶点数据集。

1.2 药物化学成分-靶点-疾病网络构建 将川芎的化学成分、成分作用靶点、MIRI治疗靶点进行统计和整合，利用Cytoscape软件构建川芎药对治疗MIRI的“药物化学成分-靶点-疾病”网络图。

1.3 GO功能富集分析和KEGG通路富集分析 利用R包对得到的蛋白靶点进行GO功能富集分析，从而得到川芎对治疗MIRI病的潜在靶点。对蛋白靶点进行KEGG通路富集分析，进一步研究川芎治疗MIRI的作用机制。

2 结果

2.1 川芎的药物化学成分、作用靶点及MIRI蛋白靶点 通过TCMSP筛选得到与川芎相关的化学成分7个、作用靶点13个。通过 Genecards 和OMIM数据库筛选出及与MIRI相关靶蛋白1075个，应用R包将得到的药物活性成分蛋白靶点与疾病蛋白靶点的交集，得到川芎药对治疗MIRI靶点共7个(如图1)。

图1 物活性成分蛋白靶点与疾病蛋白靶点交集

2.2 药物化学成分-靶点-疾病网络构建 川芎药对治疗MIRI的成分-靶点-疾病网络见图2，包括川芎的活性成分7个，药物与疾病交互作用靶点7个，可得出药物化学成分与疾病蛋白靶点之间的网络关系。

注：紫色三角代表活性成分，绿色圆形代表作用靶点图2 川芎药治疗MIRI的药物化学成分-靶点-疾病网络

2.3 GO富集分析结果 对川芎药治疗MIRI涉及的7个靶点蛋白进行GO分析，按P值排序的前20个结果见图3。可以看出，靶点蛋白涉及的基因功能包括核受体活性、配体激活转录因子活性、RNA聚合酶Ⅱ特异性结合转录因子等方面。

图3 川芎药治疗MIRI的GO富集分析

2.4 KEGG通路分析结果 对川芎药治疗MIRI涉及的7个靶点蛋白进行KEGG信号通路分析，可以得到川芎药对治疗MIRI的信号通路主要包括以下几方面：参与催乳素信号通路，甲状腺激素信号通路，脂质与动脉粥样硬化通路等(图4)。

图4 川芎药治疗MIRI的KEGG富集分析

3 讨论

冠心病在全世界都是引起死亡的主要原因，经皮冠状动脉介入治疗可以用于及时恢复冠状动脉血流，但再灌注也同时激活了一系列细胞损伤，有时这些损伤比心肌急性缺血引起的损伤更为严重[3]。研究表明，中药主要通过影响心肌细胞脂质代谢、抗血小板凝集等途径改善心肌功能从而起到保护心肌的作用。川芎能有效减小MIRI的程度[4]，但是其作用机制还未完全阐明，因此，本研究利用网络药理学方法分析川芎治疗MIRI的药物作用靶点，为MIRI的治疗提供新思路。

本研究利用Cytoscape 软件构建“药物成分-靶点-疾病”网络模型，分析共得到川芎的活性成分包含川芎嗪、苯酞类、生物碱等类化合物。川芎嗪具有扩张血管，增加冠脉流量，抗血小板聚集和改善血液循环的作用。朱可夫等[5]研究表明，川芎嗪能够通过抗氧化、维持线粒体能量代谢减少心肌梗死面积，有效减轻MIRI，可能和UCP3相关的信号通路相关；苯酞类化合物具有扩张血管、平喘、抗血小板聚集、镇痛、抗血栓形成和抗增殖作用，实验表明，川芎茎叶醇提物中的苯酞类成分能够显著降低大鼠胸主动脉环的张力[6]；生物碱能扩张冠状血管，增加冠脉血流量，改善心肌缺氧状况[7]，综上可知川芎的这些活性成分多具有扩张血管、抗炎以及心肌保护等作用，这可能是川芎发挥抗MIRI的关键成分。

通过GO富集分析结果可知，川芎对抗MIRI涉及多个生物学过程，主要集中于类固醇代谢、脂质转运、炎症反应过程等；通过KEGG富集分析，可以得到川芎抗MIRI的信号通路主要涉及催乳素信号通路、甲状腺激素信号通路、脂质与动脉粥样硬化通路等，这些信号通路可能会通过介导细胞的能量代谢、炎性反应、内皮细胞再生能力等促进细胞的生存与修复，抑制细胞的损伤和凋亡，从而起到保护心肌的作用[8]。

4 小结与展望

川芎治疗MIRI涉及多个有效成分、作用靶点以及信号转导通路，在临床中川芎也常与其他中药配伍来治疗心脑血管疾病，本研究为中医药治疗MIRI提供了新的参考和方向，但是其具体作用机制还需进一步探究。