基于网络药理学探讨半夏白术天麻汤与羌活胜湿汤同病异治的生物学基础

邓建 ，李双阳，2，张建磊 ，王凌雪，2，唐红梅，2，白雪，2

1.西南医科大学附属中医医院，四川 泸州 646000；2.西南医科大学中西医结合研究所，四川 泸州 646000

同病异治的理念在中医理论中源远流长，《素问·五常政大论篇》有“西北之气，散而寒之；东南之气，收而温之，所谓同病异治也”，张仲景提出辨证论治思想，自此“证”成为中医学理论和实践的核心。现代发展为“辨证论治，随证治之”的思想[1]，根据不同病机采取不同治法[2]，同病异治仍具有指导疾病治疗的统领作用。

流行病学调查显示，偏头痛为常见疾病，按伤残损失健康生命年计算，其为第2位致残性疾病[3]。西医治疗偏头痛存在胃肠道反应、药物依赖或靶点单一等问题。“风为百病之长”，风邪是头痛致病的关键因素，而风邪最易兼夹他邪，从而形成不同证型的头痛。半夏白术天麻汤常用于治疗风痰上扰型头痛；羌活胜湿汤常用于外感风湿型头痛。二者在组方原则中均体现了头痛治“风”的重要性，临床治疗偏头痛疗效显著。网络药理学是一种天然药物发现新策略[4]，本研究通过网络药理学研究半夏白术天麻汤和羌活胜湿汤治疗偏头痛的作用机制，探索“同病异治”思想及中医内风、外风在偏头痛中体现的生物学基础内涵。

1 资料与方法

1.1 药物活性成分筛选与潜在靶点预测

半夏白术天麻汤由半夏、白术、大枣、茯苓、橘红、生姜、甘草、天麻组成；羌活胜湿汤由蔓荆子、羌活、独活、藁本、川芎、甘草、防风组成。在TCMSP（https://www.tcmsp-e.com/）中分别检索以上药物，以口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18为标准筛选活性成分。因TCMSP存在筛除其主要活性成分的可能，故结合文献挖掘搜集各味中药主要药理成分，通过化源网（https://www.chemsrc.com/Catg/980.）确定其SMISS号，并输入SwissADME（http://www.swissadme.ch/）进行筛选，通过胃肠道吸收为“HIGH”及“DL”满足2个及以上“yes”为条件筛选活性成分，然后输入SwissTargetPrediction（http://swisstargetprediction.ch/）进行靶点预测。并使用UniProt数据库（http://www.uniprot.org/）对前述检索到的所有成分靶点统一为官方名称。

1.2 偏头痛靶点获取

以“偏头痛、migraine、migraine disorder”检索词，通过TTD（http://bidd.nus.edu.sg/group/cjttd/）[5]、OMIM（http://omim.org/）[6]、GeneCards（http://www.genecards.org/）[7]数据库，去除重复项，预测偏头痛的疾病相关靶点。

1.3 交集靶点获取

将上述检索结果除重，进行中药活性成分和靶点筛选，去除无对应靶点的活性成分和重复靶点。将活性成分靶点与疾病靶点取交集，交集靶点即为两方抗偏头痛的作用靶点。

1.4 蛋白相互作用网络构建

将“1.3”项得到的疾病-药物共同靶点导入STRING11.5数据库（https://cn.string-db.org/）[8]中，构建两方共有疾病交集靶点的蛋白相互作用（PPI）网络、半夏白术天麻汤特有抗偏头痛靶点PPI网络、羌活胜湿汤特有抗偏头痛靶点PPI网络。将数据导入Cytoscape3.9.1（http://www.cytoscape.org/）[9]。以度值对PPI网络排序。运用Cytoscape中的CytoHubba[10]插件进行靶点连接关系分析。以评价两方成分的靶点重要程度。应用ClusterViz插件[11]中的MCODE算法进行靶点的范围聚集关系分析，参数K-Core设置为2，对其聚类数据进行排序打分。

1.5 GO和KEGG通路富集分析

将交集靶点导入DAVID数据库（https://david.ncifcrf.gov/）[12]，种属限定为“Homo sapiens”，进行GO和KEGG富集分析结果，输入微生信网站（https://www.bioinformatics.com.cn/）制图。对共有疾病交集靶点生物过程（BP）、细胞组分（CC）、分子功能（MF）进行分析，为减少靶点分离造成的信息丢失（如富集同一通路的靶点分别落于共有和特有靶点集合）导致通路不完全，故采用对两方整体进行通路分析的方法。同时对两方治疗疾病共同靶点进行通路分析，以揭示“同病异治”的内涵。

1.6 分子对接

利用AutoDock Vina软件将成分-靶点网络中度值排名靠前的关键成分与关键靶点进行分子对接，通过打分预测小分子与配体的结合能力（活性位点选择整个靶点蛋白），并使用PyMoL1.1软件进行可视化。

2 结果

2.1 复方活性成分及作用靶点收集

最终得到半夏白术天麻汤活性成分185个、靶点3 353个，羌活胜湿汤活性成分186个、靶点2 904个。甘草为2个复方共有药物，其对应成分93个、靶点1 447个。

对得到的成分和靶点进行比对、分析、除重，最终得到两方共有交集靶点320个；半夏白术天麻汤特有靶点319个，羌活胜湿汤特有靶点66个。两方活性成分及靶点数量见表1。两方共有成分可能为其同病异治成分基础，见表2。

表1 半夏白术天麻汤及羌活胜湿汤活性成分信息

2.2 偏头痛靶点筛选结果

共得到偏头痛疾病相关靶点1 721个，半夏白术天麻汤和羌活胜湿汤共有靶点中有138个与偏头痛有关，半夏白术天麻汤特有靶点中有72个与偏头痛有关，羌活胜湿汤特有靶点中有13个与偏头痛有关。两方共有抗偏头痛靶点PPI网络见图1，图中共有138个节点和4 512条边。用CytoHubba插件计算，靶点度值由高到低分别是IL6、AKT1、TNF、VEGFA、IL1B、TP53、MAPK3、CASP3、EGF与MMP9，分别与91、90、90、79、78、77、74、73、70与70个成分存在联系。

使用ClusterViz插件中的MCODE算法进行模块化分析，得到7个模块，见表3。其中，排名第一的模块含40个靶点，总度值1 426，说明该模块的重要性。

表3 半夏白术天麻汤与羌活胜湿汤共有疾病交集靶点模块分析

半夏白术天麻汤特有抗偏头痛靶点PPI网络见图2，共有71个节点和427条边。靶点度值排名靠前为ALB、CTNNB1、GAPDH、COMT、PTPRC与TLR4，分别能与28、22、19、16、14与14个成分发生相互作用。羌活胜湿汤特有抗偏头痛靶点PPI网络见图3，共有11个节点和42条关系。度值排名靠前的是STAT3、CCR5、FN1、IL4、APP、ARG1，分别能与7、6、6、6、4、4个成分发生相互作用。

图2 半夏白术天麻汤特有靶点PPI网络

图3 羌活胜湿汤特有抗偏头痛靶点PPI网络

2.3 共有疾病交集靶点及复方通路

GO功能富集分析结果见图4，BP包括688条，主要涉及骨化二醇1-单加氧酶活性的正调节、平滑肌增生、乙酰胆碱分解代谢过程、突触传递负调控，多巴胺能、氮化合物代谢过程及维生素D生物合成过程的正向调控；CC包括83条，主要涉及丝氨酸型肽酶复合物、丝氨酸蛋白酶抑制剂复合物、胰岛素受体复合物及突触膜受体成分；MF包括142条，主要影响GABA受体、乙酰胆碱酯酶、单胺氧化酶、胆碱酯酶、胰岛素激活受体及雌激素受体等。对两方共同靶点的KEGG分析结果见图5，表明其可能通过NOS2、NOS3、EGF、INSR及CXCL8、MMP1、MMP3、PTGS2、TNF等蛋白所在HIF-1、IL-17信号通路作用于偏头痛。半夏白术天麻汤通过GABRB3、CHRM2、GABRB2及MAOB、MAOA、CACNA1B、RASA1、IL1B、MAPT等蛋白所在5-羟色胺能突触、神经活性配体-受体相互作用通路、MAPK信号通路发挥作用，而羌活胜湿汤通过IL10、CAMK2B、CASP3、BCL2、AKT1等蛋白所在PI3K-Akt、结核信号通路起作用。

图4 半夏白术天麻汤与羌活胜湿汤共有疾病交集靶点GO富集分析

图5 半夏白术天麻汤和羌活胜湿汤共有靶点与偏头痛交集靶点KEGG富集分析

2.4 分子对接结果

一般认为，结合能越低表示对接结构越稳定，从各成分与各靶点对接结合能来看，共同靶点中的关键成分与关键靶点对接结合能均低于-4.5 kcal/mol。两方共有关键成分及关键靶点对接结合能见表4。选取其中对接结合能最低即对接最稳定构象进行展示（见图6）。木犀草素、槲皮素、蔓荆子黄素与IL6、AKT1、TNF、VEGFA对接活性好，由此推测这些成分可能是抗偏头痛主要成分，IL6、AKT1、TNF、VEGFA可能是半夏白术天麻汤与羌活胜湿汤共同治疗偏头痛的关键靶点。

图6 关键成分与关键靶点分子对接示意

表4 关键成分与关键靶点分子对接结合能/（kcal/mol）

3 讨论

半夏白术天麻汤及羌活胜湿汤均出自著名医家李东垣。半夏白术天麻汤主风痰上扰之头痛，可燥湿化痰、平肝息风，《脾胃论》中提到“足太阴痰厥头痛，非半夏不能疗；眼黑头眩，风虚内作，非天麻不能除”，方中重用半夏化痰燥湿，天麻平肝息风止痉；白术健脾益气燥湿；茯苓健脾渗湿，脾健运则痰湿祛；陈皮理气燥湿、化痰调中；生姜、大枣兼以调和脾胃，甘草调和诸药。数药配伍使用，化痰息风，用以治疗风痰内盛之偏头痛。羌活胜湿汤主治外感风湿头痛及身痛[13]，外感风湿客表，致足太阳经经气不行，而足太阳经走行于后头部，经气不行则出现经气循行部位不适，如项强、头痛、腰似折、项似拔等病证；羌活、独活祛风胜湿、透利关节而止风湿之痛；羌活、川芎引诸药至太阳、少阴经；余药皆可祛风湿止痛。加之甘草缓急止痛，诸药共用，达到祛风逐湿止痛的功效。

现代医学研究已验证了二方对偏头痛的临床疗效，并阐明了部分机制。王新等[14]在西药治疗基础上联合半夏白术天麻汤，发现其对偏头痛风痰上扰证患者病情的改善均优于单纯西药组。杨帆等[15]在加味半夏白术天麻汤对偏头痛（痰浊证）急性发作的镇痛疗效观察中发现，联合加味半夏白术天麻汤临床总有效率和镇痛总有效率明显高于西比灵对照组，且视觉模拟评分法评分、头痛持续时间和疼痛指数均有明显改善，协同血清炎症介质C反应蛋白和白细胞介素（IL）-6水平降低，对急性发作偏头痛的镇痛效果良好。欧降红等[16]发现，半夏白术天麻汤可能通过影响内皮素-1和一氧化氮水平改善偏头痛患者临床症状。张爱婷等[17]发现羌活胜湿汤治疗风湿头痛患者的睡眠质量评分和视觉模拟评分相较于氟桂利嗪显著降低，表明羌活胜湿汤对风湿外感头痛患者疗效显著。上述研究均从不同层面揭示了半夏白术天麻汤和羌活胜湿汤作为偏头痛临证常用方剂，对偏头痛患者的临床疗效、安全性及可能机制。

本研究采用网络药理学方法对两方所涉及成分、靶点进行综合分析，提出两方可能通过IL6、AKT1、TNF、VEGFA等关键靶点及HIF-1、IL-17等信号通路治疗偏头痛，相关靶点和通路可能是偏头痛风痰上扰证和外感风湿证2种证型的共同生物学基础。皮层扩散抑制学说认为，区域性神经元或神经胶质细胞强烈去极化并沿皮层向邻近区域传播，从而导致神经活动抑制与偏头痛发病密切相关，皮层扩散抑制可引起血脑屏障破坏及谷氨酸能神经递质兴奋性增加，随即导致脑局部短暂缺血缺氧，最终共同导致脑白质病变[18]，而缺血环境、炎症细胞和抗原导致氧气消耗，激活HIF-1信号通路，两方可能通过增加HIF-1的稳定性，促进HIF-1与低氧反应元件结合，使低氧靶基因转变为激活状态[19]，使组织适应低氧条件而减少偏头痛发生。同时炎症反应与偏头痛的多种发病学说均存在相关性，偏头痛患者血清TNF、血浆核因子κB水平升高，而核因子κB可调控MMP9、IL-1、IL-6和TNF-α等下游基因表达[20]，可能与IL-17信号通路激活诱发炎症引起中枢神经损伤相关。通过两方相同靶点、关键通路、特有治疗靶点及信号通路的数据研究，部分解释了风湿头痛与风痰头痛共同病机的生物学内涵。