基于网络药理学探讨印加孔雀草精油药理活性及作用机制*

雷鸣

（西藏自治区高原生物研究所，西藏 拉萨 850000）

印加孔雀草（Tagetes minuta L.）属菊科万寿菊属植物，属于具有危害性和侵入性的物种，已先后在我国多地发现大面积的自然定植种群，局部区域已出现爆发性增长，并影响当地物种正常生长［1-3］。印加孔雀草具有治疗支气管扩张、降血压、消炎、镇静安神、解痉、防腐、抗癌和抗氧化等功效，也具有杀虫、抑菌、抗病毒活性［4-6］。在印度，印加孔雀草作为香料和工业原料进行了商业种植，在药品生产管理规范允许范围内，可以作为食品和药品的一部分进行使用［7］。印加孔雀草富含精油，大量研究表明，富含精油植物均具有潜在的生物活性功能。综合文献研究，印加孔雀草中含有大量的次生代谢产物，总共统计出127 种化合物，包括无环单萜、倍半萜、黄酮类化合物和噻吩类化合物等，主要成分为（Z）-万寿菊酮和（E）-万寿菊酮、二氢万寿菊酮、（Z）-β-罗勒烯、罗勒烯酮和柠檬烯等［8-11］。印加孔雀草精油化学成分多而复杂，不同成分及靶点之间相互协同，因此探讨印加孔雀草精油药理活性及作用机制尤为重要。

为了综合开发入侵植物，科研人员持续不断进行研究，南京大学致力于研究互花米草与企业合作推出保健品复合米草口服液和解风堂［12］，陈启康等利用杂交技术挖掘其耐盐基因，培育滩涂耐盐水稻新品种［13］；加拿大一枝黄花具有抗肿瘤活性，已被作为抗炎剂用于临床，正被研究作为抗癌药物新的药源植物［14］；土荆芥已被研究作为中药荆花胃康胶丸的主要成分，抑制癌细胞生长及治疗胃溃疡［15］；反枝苋因富含皂苷以及甾体黄酮类化合物，在中药中全草入药，作为清热解毒药［16］。

研究发现印加孔雀草种子量大，萌发率高，传播能力强且传播距离远，并且耐受强，干旱、盐碱地以及贫瘠土地皆能很快适应［1,17］。所以，印加孔雀草的开发利用迫在眉睫。本研究基于中药资源研究思路，依据印加孔雀草潜在生物活性，开展其资源利用化研究，化害为宝，寻求印加孔雀草合理利用的有效途径。网络药理学能够机制性揭示药材和疾病之间关系，对于改善传统药理研究具有积极作用［18］。通过构建印加孔雀草化学成分-靶标-功能网络，预测印加孔雀草作用机制，为其今后开发应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 印加孔雀草精油化学组成获取与鉴定

通过查阅文献，共鉴定得到印加孔雀草精油127个化合物（见表1）。

表1 印加孔雀草精油化学成分

表1 （续）

表1 （续）

表1 （续）

1.2 实验方法

1.2.1 印加孔雀草精油化学成分靶点预测。通过BATMAN-TCM 数据库预测印加孔雀草精油化学成分的潜在作用靶点蛋白，设置条件为阈值55，Adjusted P为0.05。

1.2.2 靶点蛋白的生物功能分析生物学信息注释。通过数据库DAVID 6.8 将1.2.1 筛选得到的靶点蛋白进行GO 功能注释和KEGG 通路富集分析，筛选P＜0.05 的GO 条目和KEGG 通路。

1.2.3 “化学成分-靶点-疾病”网络构建利用。对作用靶点进行TTD疾病分类，筛选P＜0.05的TTD 疾病，统计靶点蛋白及化学成分信息，构建“化学成分-靶点-疾病”网络图。

2 结果

2.1 印加孔雀草精油作用靶点运用

127 个化学成分中有10个未检索到对应的Pub‐Chem 号，未进行检索；25个化合物未检索到适合条件的靶点蛋白。图1 中共展示92 种符合条件的化学成分及其靶点蛋白，其中十六醇和正己醇具有最多的潜在作用靶点62 个；3 个化合物的潜在作用靶点为54个，包括2-环己烯-1-酮-6-甲基-3-（1-甲乙基）、马鞭草烯酮、马鞭草烯醇；15 个化合物的潜在作用靶点为53 个，包括β-大西洋酮、6Z-2,5,5,10-四甲基-十一烷酰氯-2,6,9-三乙烯四氨-8-酮、万寿菊酮、（E）-万寿菊酮、菊油环酮、3-萜品烯酮、菖蒲酮、6-甲基-3,5-庚二烯-2-酮、2-环亚戊基环戊酮、二氢万寿菊酮、1-异丙烯基-3,3-二甲基-5-（3-甲基-1-氧代-2-丁烯基）环戊烷、Nona-3,5-dien-2-one、11-Isopropyliden‐etricyclo［4.3.1.1（2,5）］undec-3-en-10-one、3,4-二甲基-2-环戊烯酮、异辣薄荷烯酮。

图1 印加孔雀草精油化学组成与潜在作用靶点网络图

2.2 GO 功能和KEGG 通路富集分析利用

GO 功能注释显示，分子功能分类中较显著的主要是跨膜转运蛋白活性、氧化还原酶活性、信号转导活性；细胞组分分类中较显著的主要是细胞质膜、蛋白质复合体、外部封装结构;生物过程分类中较显著的主要是跨膜转运、细胞-细胞信号、神经系统过程（图2）；KEGG 通路富集分析（图3），较显著性的通路包括神经活性配体-受体交互作用、逆行内源性大麻素信号转导、GABA能神经元、胆汁分泌、嘌呤代谢。

图2 印加孔雀草精油潜在作用靶点GO 功能分析

图3 印加孔雀草精油潜在作用靶点KEGG 通路富集分析

2.3 “化学成分-靶点-疾病”网络分析

印加孔雀草精油的潜在作用靶点分析显示（表2），主要为心血管、疼痛和神经精神类疾病。神经精神类疾病主要涉及神经紊乱、抑郁症、阿尔兹海默症、额叶癫痫、痴呆神经变性疾病和刺激；心血管疾病主要包括高血压、血栓性疾病、血凝固障碍、心血管疾病（未明确）；疼痛疾病主要有疼痛（麻木、神经性）、镇痛剂、疼痛、疼痛（未明确）。分别构建相对应的“化学成分-靶点-疾病”网络图。图4A所示，（E）-万寿菊酮、万寿菊酮和二氢万寿菊酮均作用于5 个蛋白，包括腺苷受体2a（ADORA2A）、芳香化酶的编码基因（CYP19A1）、雌激素受体1 基因（ESR1）、阿片样物质受体Κ1（OPRK1）、速激肽受体2（TACR2），与神经变性疾病、神经紊乱和抑郁症疾病相关联。共27 种成分作用于ESR1，与神经变性疾病相关联；共23 种成分作用OPRK1，与神经变性疾病相关联；共21 种成分作用于ADORA2A，与神经变性疾病、神经紊乱和抑郁症疾病相关联。在图4B 中，十六醇可作用于十二个蛋白，包括电压门控钙离子通道辅助亚单位γ1（CACNG1）、烟碱型乙酰胆碱受体α7（CHRFAM7A），烟碱型胆碱能受体α10（CHRNA10）、α4（CHRNA4）、α5（CHRNA5）、α7（CHRNA7）、α9（CHRNA9）、B2（CHRNB2），OPRK1，瞬时受体电位通道蛋白A1（TRPA1）、M8（TRPM8）、V35（TRPV35），与镇痛剂、疼痛和疼痛（未明确）相关联；此外，有26个化合物可作用于阿片样物质受体Κ1 与疼痛相关联。在图4C 中，芳姜黄酮可作用于八个蛋白，包括凝血因子Ⅱ重组蛋白（F2）、凝血因子Ⅲ重组蛋白（F3）、凝血因子Ⅶ重组蛋白（F7）、凝血因子Ⅹ重组蛋白（F10）、环加氧酶1（PTGS1）、血管紧张素Ⅱ-1 型受体（AGTR1）、血管紧张素Ⅱ-2 型受体（AGTR2）、精氨酸血管加压素受体1a（AVPR1A）；共27 种成分作用于ESR1，与心血管疾病相（未明确）相关联。

表2 印加孔雀草精油潜在作用靶点治疗靶点数据库疾病分类

图4 “化学成分-靶点-疾病”网络

3 讨论

该研究通过网络药理学对印加孔雀草精油的潜在作用靶点进行挖掘，并探索其潜在药理作用机制，预测其可治疗的疾病。印加孔雀草精油化学成分共检索到319个潜在作用靶点；GO功能富集分析共获得到115 个GO 条目，有显著性差异的主要有跨膜转运蛋白活性、跨膜转运、细胞信号等；KEGG 通路富集分析共注释到136 条，有显著性差异的24 条，其中较显著的主要有神经活性配体-受体交互作用、逆行内源性大麻素信号转导、GABA 能神经元、胆汁分泌、嘌呤代谢等；富集的TTD 疾病类型共248 类，有显著性差异的31类，主要与心血管、疼痛、神经精神疾病相关。

在KEGG 通路注释中，逆行内源性大麻素信号转导、血管平滑肌收缩、cGMP-PKG 信号通路、心肌细胞肾上腺素能信号传导通路、肾素-血管紧张素系统均涉及机体的心血管系统调节，这些通路可能与印加孔雀草精油治疗心血管疾病的作用机制相关。此外，印加孔雀草精油的潜在靶点蛋白与神经精神类疾病相关，主要富集到神经活性配体-受体相互作用通路、逆行内源性大麻素信号转导、GABA能神经元、血清素激活的神经突触通路、谷氨酸能神经元、钙信号途径、胆碱能神经元、多巴胺能神经元、长期增益效应、长时程抑制、雌性激素信号通路。内源性大麻素参与维持人体内环境平衡和健康，具有神经保护特性，能够决定神经元的命运，在神经元与免疫系统之间起着桥梁作用［19-21］。研究表明，在正常情况下，内源性大麻素在调节心血管功能中调节甚微，而在功能失调时其表达及影响非常显著，在脑缺血疾病过程中，内源性大麻素可能调节CB1 受体，进一步调节脑血流，从而达到对心血管的保护作用［22］。GABA 能神经元是中枢神经系统重要的抑制性中间神经元［23］，与癫痫和抑郁症的发作密切相关。GABA 能中间神经元减少，其轴突末梢数量减少或者功能减弱与颞叶癫痫的发生密切相关［24］；GABAA受体含量和功能的下降，是提高癫痫发作频率和强度的重要因素［25］；应激诱导的GABA 能神经元功能障碍，而引起的不平衡的神经网络，是抑郁症发作的病理基础［26］。

在“化学成分-靶点-疾病”网络中，共27 种精油成分作用于ESR1，与神经变性疾病和心血管疾病相（未明确）相关联;此外，共有26 个化合物可作用于阿片样物质受体Κ1（OPRK1），与疼痛相关联。ESR1编码的蛋白质调节许多雌激素诱导基因的转录，这些基因在生长、代谢、性发育、妊娠和其他生殖功能中发挥作用，并在许多非生殖组织中表达，在乳腺癌、子宫内膜癌和骨质疏松症中起着关键作用［27-29］。OPRK1在人类的记忆、学习过程发挥重要作用，该基因的高度甲基化增加阿尔茨海默病发病风险［30,31］。在精油的主要成分中，Z-万寿菊酮、E-万寿菊酮、二氢万寿菊酮等可与多个靶点相互作用，与心血管、疼痛、神经精神疾病相关，推测这些化合物可能具有协同调节的作用。

综上所述，本研究基于网络药理学对印加孔雀草精油进行药理活性及其作用机制研究，分析发现印加孔雀草精油具有潜在的治疗心血管、疼痛、神经精神疾病的功效，但要真正了解其实际功效，还需进一步进行药理及临床验证。本研究初步揭示了印加孔雀草精油成分与靶点蛋白之间协同作用的机制，为今后进一步开发印加孔雀草及其治病机理奠定了基础。