升麻葛根汤治疗猴痘的网络药理学研究及分子对接验证

吴林军 岳保红

猴痘（Monkeypox）由猴痘病毒（Monkeypox virus）感染引起，主要流行于非洲。2022 年，欧洲、美洲等地92 个国家已向世卫组织报告35 000 例确诊病例和12 例死亡病例［1］，引起世界广泛关注。目前，猴痘正在多国爆发，且缺乏有效预防措施。

升麻葛根汤（Shengma Gegen Decoction，SGD）源于《阎氏小儿方论》，由升麻、葛根、芍药、甘草组成［2］，主治麻疹初起，疹发不出，广泛用于感染及发热性疾病治疗。我国猴痘诊疗指南［3］推荐，临床症见发热者使用SGD，然而，SGD 治疗猴痘的作用靶点、通路等分子机制尚未有报道。因此，本研究通过网络药理学和分子对接，构建“中药-化合物-靶点”网络，初步探讨SGD 治疗猴痘作用机制。

1 资料与方法

1.1 SGD 活性成分及作用靶点

从中草药系统药理学平台（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP）（https：//tcmsp-e.com/tcmsp.php），设置口服利用度（oral bioavailability，OB）≥30%、类药性（drug-likeness，DL）≥0.18［4］，检索得到SGD 活性成分，并查询中药药理学相关文献［2，5］，通过PubChem（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）、Swiss Target Prediction（http：//www.swisstargetprediction.ch/）（剔除Probability=0的靶点）和SuperPred（https：//prediction.charite.de/）（剔 除Probability ＜80%的 基因）数据库补充未收录药物主要活性成分及靶点。

1.2 猴痘靶点预测

以“Monkeypox 或Monkeypox virus”为关键词，在GeneCards（https：//www.genecards.org/）、DrugBank（https：//go.drugbank.com）和OMIM（https：//omim.org/）数据库，检索猴痘相关基因，并通过R语言整理其靶点。

1.3 蛋白互作网络构建（protein-protein interaction network，PPI）及相似基因的功能预测

交集基因导入String（https：//string-db.org/）数据库，构建PPI，节点代表蛋白，边代表蛋白间相互关系。通过GeneMANIA（http：//genemania.org/）预测功能相似基因，节点代表预测靶基因或相关基因，大小代表交互强度，连接线代表基因-基因相互关系。

1.4 “药物-化合物-靶点”网络构建与核心靶点筛选

利用Cytoscape3.7.2 软件绘制SGD 治疗猴痘的“药物-化合物-靶点”网络，筛选核心药物活性成分和靶点。

1.5 GO 和KEGG 富集分析

通过Metascape（https：//metascape.org/）进行基因本体论（GeneOntology，GO）分析，分析P＜0.05 前10条目。基于R语言“Pathview”包，进行京东基因和基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Gene and Genomes，KEGG）富集分析，分析P＜0.05前20条目。

1.6 分子对接验证

对筛选出的核心靶点及药物活性成分进行分子对接。通过Pubchem（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）获取活性成分二维构象，PDB（https：//www.rcsb.org/）下载3D 结构。使用PyMol 软件进行脱水、分离配体等优化，导入AutoDockTools 进行分子对接，保存最低结合能数据，并通过PyMol软件可视化。一般认为结合能≤-5.0 KJ/mol 具有较好的结合活性［6］。

2 结果

2.1 SGD 活性成分及作用靶点

通过TCMSP 数据库（116 个活性成分）及中药药理学文献检索到SGD 活性成分127 个，通过TCMSP、Swiss Target Prediction、SuperPred 数据库，获得活性成分靶点基因共671 个。

2.2 猴痘靶点预测

通过GeneCards、DrugBank、OMIM 数据库获取猴痘相关基因105 个。见图1。SGD 作用靶点与猴痘相关靶点取交集，获取到SGD 治疗猴痘18个靶点。见图2。交集靶点相关活性成分及药物来源见表1。

表1 SGD 治疗猴痘的活性成分及靶点基因Table 1 Active ingredients and target genes of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

图1 猴痘疾病靶点Figure 1 Target of Monkeypox disease

图2 SGD 治疗猴痘潜在靶点Figure 2 Potential target of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

2.3 PPI 网络及相似基因功能预测

通过String 数据库构建SGD 治疗猴痘PPI 网络，包括16 个节点，38 条边。见图3。GeneMANIA数据库预测到20 个功能相似的基因，其中12 个与交集基因共表达，13 个与交集基因相互作用，14 个与交集基因共享蛋白质结构域，9 个与交集基因共定位。见图4。其功能分析发现，基因通过细胞对异种刺激反应，细胞葡萄糖醛酸化等过程影响疾病发展。

图3 SGD 治疗猴痘蛋白相互作用网络Figure 3 Protein-protein interaction network of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

图4 SGD 治疗猴痘交集基因相似基因Figure 4 Gene similarity of crossed genes of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

2.4 “药物-化合物-靶点”网络构建与核心靶点筛选

利用Cytoscape 软件绘制SGD 治疗猴痘“药物-化合物-靶点”网络。见图5。根据degree 值筛选排名前4 药物活性成分，如槲皮素等。见表2。和排名前3 疾病靶点基因，如UGT1A3等。见表3。

表2 SGD 治疗猴痘的有效活性成分Table 2 Active ingredients of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

表3 SGD 治疗猴痘的靶点基因Table 3 Target genes of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

图5 SGD 干预猴痘的“药物-化合物-靶点”网络Figure 5 “components-compounds-targets”network of Shengma Gegen Decoction on Monkeypox

2.5 GO 和KEGG 富集分析

GO 富集分析涉及186 个生物学过程，包括细胞对外源刺激反应等；6 个细胞成分，包括细胞质核周区等；27 个分子功能，包括氧化还原酶活性等；GO 富集排名前十。见图6。KEGG 富集分析富集到76 条通路，主要涉及AGE-RAGE、IL-17、HIF-1 等。KEGG 通路富集排名前20。见图7。

图6 SGD 治疗猴痘GO 富集分析Figure 6 Enrichment analysis of GO of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

图7 SGD 治疗猴痘KEGG 富集分析Figure 7 Enrichment analysis of KEGG of Shengma Gegen Decoction in the treatment of Monkeypox

2.6 分子对接

将筛选到的4 种活性成分与其作用靶点分别进行分子对接，最优对接结果。见表4。其中对接最稳定化合物与蛋白分别为槲皮素与ERBB2、山柰酚与STAT1、甲基升麻苷与CYP3A4、大豆苷元与STAT1。见图8。

表4 SGD 活性成分与核心靶点对接结合所需能量Table 4 Binding energies of core targets docking to activeingredients of Shengma Gegen Decoction

图8 活性成分与靶点分子对接Figure 8 Molecular docking of active ingredients and targets

3 讨论

中医并无猴痘记载，但其出现天花样皮疹，经历斑疹、丘疹、疱疹、脓疱疹等临床过程，将其归为“痘疮”、“痘疹”［7］。SGD 中，升麻解肌、透瘆、解毒为君药；葛根解肌、透珍、生津为臣药；白芍酸苦性寒、和营泄热为佐药；甘草既可配合白芍益阴和营，又能助升麻升发解毒为佐使［8］。现代药理学研究显示，SGD 具有抗炎、抗病毒、免疫调节等作用［9］，但其分子机制尚不明确。本研究显示槲皮素、山柰酚、甲基升麻苷、大豆苷元是SGD 治疗猴痘的核心成分。据报道，槲皮素调控多种信号通路（TLR4/NF-κB、STAT3 等）发挥抗氧化、抗病毒、抗炎等作用［10］。山柰酚直接抑制T 淋巴细胞，参与免疫调节［11］。甲基升麻苷参与细胞凋亡，发挥抗病毒、抗炎等功能［12］。大豆苷元具有抗氧化、提高免疫力等多种药理作用［13］。槲皮素来源于甘草，山柰酚来源于甘草、白芍，甲基升麻苷来源于升麻，大豆苷元来源于葛根，提示SGD可能通过槲皮素，山柰酚等化学成分对猴痘发挥抗病毒、抗菌、抗炎和免疫调节等作用。此外，本研究发现SGD 中部分药物主要成分OB、DL 值较低，其中异阿魏酸DL 值0.06，表明在药物使用中，需要更加关注药物制备工艺和给药途径，确保药物活性成分更好发挥疗效。

本研究发现CYP3A4、STAT1、ERBB2 是SGD治疗猴痘的核心靶点。据报道，感染猴痘病毒后，血清IL-6 和IFN-γ 浓度显著增加［14］。PPI 网络、功能相似基因预测以及GO 分析均表明SGD 可能通过复杂的协同作用方式治疗猴痘。KEGG 分析发现AGE-RAGE、IL-17、HIF-1 信号通路是干预猴痘的重要通路。AGE-RACE 信号通路通过激活NF-κB，使细胞核表达和释放大量炎症因子，发挥促炎作用［15］。同时NF-κB 还可增强AGE-RACE 信号表达，引起瀑布级联反应［16］。IL-17［17］可激活NF-κB，诱导炎症级联反应，促进炎症进展。HIF-1 是低氧诱导因子［18］，猴痘病毒从黏膜进入机体，造成机体局部缺氧，激活HIF-1 信号通路，导致病毒扩散，形成病毒血症，引发炎症反应，激活IL-17、AGE-RACE 等信号通路，激活NF-κB，释放大量的炎症因子。因此阻断HIF-1、IL-17、AGE-RACE 信号通路能有效抑制炎症因子释放，达到治疗目的。

综上所述，SGD 可通过多成分、多靶点、多通路降低炎症水平治疗猴痘。本研究，通过网络药理学和分子对接，展示SGD 治疗猴痘的复杂网络关系，展现中药复方多成分、多靶点和多通路的治病特点，为后续研究提供参考。