基于网络药理学探讨赤芍治疗肺动脉高压的活性成分及作用机制

潘艳　赵小芳　成秀梅

【摘要】  目的    采用网络药理学研究赤芍治疗肺动脉高压的潜在作用靶点及信号通路。方法    检索TCMSP数据库得到赤芍的有效成分及作用靶点，肺动脉高压相关疾病靶点主要通过检索TTD、GeneCards和OMIM等数据库获得。通过绘制韦恩图获取赤芍和肺动脉高压的交集靶点，交集靶点蛋白相互作用网络（PPI）利用STRING数据库构建。利用DAVID数据库在线工具对赤芍和肺动脉高压的交集靶点进行GO功能和KEGG通路富集分析。结果    获得赤芍有效活性成分共29个，包括鞣花酸、芍药苷、黄芩素和黄芩苷等，通过PPI图得到IL-6、AKT1、TNF、TP53、VEGFA等关键蛋白。富集分析显示，参与的通路主要集中在HIF-1信号通路、Toll-受体信号通路、NF-kB 信号通路、和TNF信号通路等。结论    赤芍治疗肺动脉高压可能通过调节IL-6、AKT1、TNF、VEGFA和MMP9等关键蛋白，干预HIF-1信号通路、Toll-受体信号通路、NF-kB 信号通路和TNF 信号通路等来发挥作用，确切机制仍需要进一步的实验验证。

【关键词】  赤芍； 肺动脉高压； 网络药理学； 成分-靶标-通路

Prediction of active ingredient and mechanism of radix paeoniae rubra in treatment of pulmonary hypertension based on network pharmacology

Pan Yan，Zhao Xiaofang，Cheng Xiumei. The Jiangsu Vocational College of Medicine，Yancheng，Jiangsu   224005

【Abstract】  Objective    To explore the potential targets and signal pathway of Radix Paeoniae Rubra in treating pulmonary hypertension with network pharmacology.Methods    Tcmsp was used to retrieve the active ingredients of Radix Paeoniae Rubra and their potential targets.The related targets of PH were collected by TTD，GeneCards，and OMIM）The intersection targets of Radix Paeoniae Rubra and pulmonary hypertension were determined by the Wayne diagram.The protein-protein interaction（PPT）network of the intersection targets was constructed by using the STRING database.The enrichment analysis of GO function and KEGG pathway was analyzed by the DAVID database.Results    A total of 29 active ingredients were obtained.The PPI network showed some core targets including IL-6，AKT1，TNF，TP53，VEGFA，etc.The enrichment analysis indicated that the differentially expressed genes were mainly enriched in HIF-1 signaling pathway，Toll-like receptor signaling pathway，NF-kappa B signaling pathway，TNF signaling pathway and so on.Conclusion    Radix Paeoniae Rubra was predicted to exert therapeutic effect through multi-component，multi-target and multi-pathway.

【Key Words】  Red peony root； Pulmonary hypertension； Network pharmacology； Ingredient-target-pathway

中圖分类号：R285        文献标识码：A        文章编号：1672-1721（2023）19-0001-03

DOI：10.19435/j.1672-1721.2023.19.001

肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是各种因素导致肺动脉压力异常升高的病理状态，最终可发展为右心衰竭、甚至死亡，发病率和致死率较高[1]。在相当长的时间内，临床上无治疗肺动脉高压的特效药。目前，一些靶向药物，如内皮素受体拮抗剂、5-型磷酸二酯酶抑制剂显现出一定的治疗效果，但对疾病进展抑制作用不确切，对死亡率的降低效果不明显[2]。中药具有多成分、多靶点协同作用的特点，在治疗肺动脉高压上拥有丰富的用药经验[3]。赤芍是茛科植物芍药（Paeonia lactiflora）或川赤芍（P.veitchii）的干燥根，具有活血化瘀功效[4]。已有研究观察到，赤芍具有治疗肺动脉高压的作用，但是其抗肺动脉高压的有效成分及作用机制仍需要进一步明确[5]。本文采用网络药理学方法筛选赤芍的有效成分，探讨其治疗肺动脉高压的潜在作用机制。

1    材料与方法

1.1    赤芍有效成分筛选及靶点预测    赤芍的有效成分通过检索中药系统药理学数据库和分析平台（TCMSP）获得，有效成分的靶标是根据“药物口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%，药物相似度（drug similarity，DL）≥0.18”的条件筛选出来。

1.2    PH疾病靶点的收集    以“pulmonary hypertension”为检索词，通过检索TTD、GeneCards、OMIM数据库，收集疾病相关靶点。

1.3    赤芍与PH疾病共同靶点的获取    利用生信数据分析平台（http：//www.Bioinformatics.com.cn），通过Venn图获取赤芍相关靶点和PH疾病靶点的交集，即两者的共同靶点。

1.4    蛋白相互作用（PPI）网络构建    将赤芍和PH疾病交集靶点输入STRING数据库检索框中，选择物种为“homo sapines”，设置隐藏游离点，minimum required interaction score>0.4，其他参数均为默认选项，构建赤芍和PH疾病交集靶蛋白相互作用网络（PPI），并下载该TSV文件。利用Cytoscape 3.7.1软件载入TSV文件并进行可视化处理，再利用Network Analyzer功能，根据节点degree值筛选出排名靠前的靶点。

1.5    GO及KEGG富集分析    赤芍和PH疾病共同靶点的GO功能和KEGG通路富集分析通过DAVID数据库实现，并利用生信数据分析平台进行可视化处理。

2    结果

2.1    赤芍有效成分筛选    通过TCMSP数据库检索赤芍有效成分及作用靶点。获得赤芍活性成分共29个，包括鞣花酸、芍药苷、黄芩素和黄芩苷等化合物。再根据活性成分预测靶标共128个，剔除重复靶标，共得82个靶标，利用Uiprot数据库，设置检索条件为“review”“human”，将收集的靶蛋白名称转换为对应基因名简称。

2.2    赤芍和PH疾病交集靶点筛选    利用TTD数据库获得肺动脉高压靶点18个，再采用GeneCards数据库得到肺动脉高压靶点5 843个，经过2次中位数筛选后获得最终靶点1 461个。利用OMIM数据库得到肺动脉高压靶点244个，剔除重复靶点，将3个数据库收集的靶点取并集共得1 651个肺动脉高压靶点，与赤芍的82个靶点通过Venn图取交集，获得的46个赤芍-肺动脉高压交集靶点，即为赤芍治疗肺动脉高压潜在靶点，见图1。

2.3    PPI网络构建及核心靶点筛选    通过STRING数据库将赤芍-肺动脉高压46个交集靶点绘制PPI网络，利用 Cytoscape 3.6.1软件进行可视化处理，见图2。根据相互作用节点degree数值大小进行核心靶点筛选。筛选出白介-6（IL-6）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1（AKT1）、肿瘤坏死因子（TNF）、肿瘤蛋白p53（TP53）、血管内皮生长因子A（VEGFA）和基质金属蛋白酶9（MMP9）等蛋白。

2.4    GO及KEGG富集分析    赤芍-肺动脉高压共同靶点的GO富集分析是利用DAVID在线工具实现的，共获得生物过程（biological process，BP）条目227个（P<0.05），主要涉及对低氧的反应、凋亡的正负调控和MAPK级联反应的调控等；细胞组成（cellular component，CC）条目26个（P<0.05），主要涉及线粒体、质膜、细胞质和核质等；分子功能（molecular function，MF）条目47个（P<0.05），主要涉及酶激活、蛋白酶激活和蛋白激酶激活等，见图3。同时，利用DAVID在线工具对赤芍-肺动脉高压共同靶點进行KEGG通路富集分析，主要涉及HIF-1信号通路、Toll-受体信号通路、NF-kB 信号通路、和TNF信号通路等，见图4。

3    讨论

赤芍是茛科植物芍药或川赤芍的干燥根，具有清热凉血，散瘀止痛的疗效[4]。但是，关于赤芍治疗肺动脉高压的具体分子机制仍不清楚，其部分原因在于赤芍成分复杂，作用靶点较多[4]。本文利用网络药理学首次系统全面地预测赤芍治疗肺动脉高压的机制，为赤芍防治肺动脉高压、肺心病提供分子理论基础。

本研究通过TCMSP数据库分析发现，赤芍的主要活性成分包括鞣花酸、芍药苷、黄芩素和黄芩苷等化合物。李海燕通过大鼠缺氧性肺动脉高压实验发现，鞣花酸对肺动脉平滑肌细胞的异常增生有抑制作用，同时可降低右心室压力，改善右心肥厚程度[6]。钱国清等人研究发现，芍药苷可诱导低氧大鼠肺动脉平滑肌细胞凋亡，其作用机制主要包括阻滞细胞周期、调节Bcl-2和Bax蛋白表达[7]。而魏泽卉通过野百合碱诱导的大鼠肺动脉高压模型发现，黄芩素可能通过抑制MAPK和NF-κB信号通路来抑制肺血管重构，从而改善肺动脉高压和右心室肥厚[8]。

本研究通过PPI网络分析发现，IL-6、AKT1、TNF、TP53、VEGFA和MMP9等蛋白节点度值较高，推测这些蛋白可能是赤芍治疗肺动脉高压的重要靶点。一些队列研究显示，血清中IL-6在肺动脉高压组较对照组高，与肺动脉高压特定临床亚型预后相关，提示IL-6是治疗肺动脉高压的潜在靶点[9]。Tang H等人利用Akt1敲除小鼠研究发现，Akt1可能在肺动脉高压发病上起着关键性作用，是治疗肺动脉高压潜在靶点[10]。临床上观察到，TNF-α在肺动脉高压患者中表达水平较高，Fujita M等人利用TNF-α转基因小鼠研究发现，过表达TNF-α导致严重的肺动脉高压[11]。而George J等人研究发现，MMP-9在肺动脉高压的发病机制中起着重要作用，有效阻断MMP-9可为人类肺动脉高压的治疗干预提供一种选择[12]。

本研究通过富集分析发现，预测的靶基因主要集中在 HIF-1信号通、Toll-受体信号通路、NF-kB信号通路和TNF信号通路等。Lei W等人研究发现，HIF-1α基因和蛋白表达在肺动脉高压患者中较正常对照组高[13]。而Smith K A等人利用动物模型发现，HIF-1α在低氧诱导的右心室重塑、右心室肥厚发挥着重要作用[14]。同样，Toll-受体信号通路在肺动脉高压中扮演重要角色，Farkas D等人研究表明，降低Toll-受体3表达，可以促进血管内皮细胞凋亡和肺血管重塑[15]。

综上所述，本文通过网络药理学系统全面预测赤芍治疗肺动脉高压的作用机制，发现其可能通过调节IL-6、AKT1、TNF、VEGFA、MMP9等关键蛋白，干预HIF-1信号通路、Toll-受体信号通路、NF-kB信号通路和TNF 信号通路等来发挥作用。本文仍存在一定的局限性，相关结论是通过在线工具预测，仍需要实验进一步验证。

参考文献

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（收稿日期：2023-04-16）