基于网络药理学探讨金匮肾气丸治疗慢性心力衰竭的作用机制 *

刘妍宏 何义鑫 胡景璇

（江西中医药大学研究生院，江西 南昌 330006）

心力衰竭是各种心脏结构或功能性疾病导致心室充盈和（或）射血功能受损，心排血量不能满足机体组织代谢需要，以肺循环和（或）体循环淤血，器官、组织血液灌注不足为临床表现的一组综合征。慢性心力衰竭（Chronic heart failure，CHF）是心血管疾病终末期表现和最主要的死因。有研究［1］显示，在我国35 岁以上的人群中，心力衰竭（以下简称“心衰”）的患病率为1.3%，估计可达1370万人。

CHF 归属于中医学“喘证”“虚劳”“水肿”的范畴，病位在心，以心之阳气虚衰为本。心阳是心衰发病及转归预后的决定因素。金匮肾气丸出自汉代张仲景所著的《金匮要略》，是具有“温补肾阳，化气行水”之效的方剂。现代研究［2］表明，在心衰常规用药基础上加用金匮肾气丸，可明显改善患者的中医临床证候，改善左室射血分数（LVEF）、脑钠肽（BNP）等心衰指标，可有效提高心脏功能。本研究借助网络药理学的相关理论，对金匮肾气丸治疗CHF 的作用方式和途径进行挖掘，为研究中医药的作用机制提供新思路。

1 资料与方法

1.1 药物有效成分的筛选利用TCMSP 数据库（https：//tcmspw.com/tcmsp.php）筛选金匮肾气丸药物有效成分。分别以生地黄、山药、山萸肉、牡丹皮、茯苓、泽泻、附子、桂枝、车前子、牛膝为关键词进行搜索，将相关参数设置为口服生物利用度（OB）＞30%且类药性（DL）＞0.18，得到金匮肾气丸有效成分。

1.2 疾病基因的获取利用GeneCard、OMIM、PharmGkb、TTD 和DrugBank 数据库，以“Chronic heart failure”为关键词进行检索，提取与CHF相关的靶点；合并所有数据库结果，删除重复基因，得到相关疾病基因的数据库。

1.3 交集靶标基因的获取将CHF的靶标基因与金匮肾气丸的有效成分靶点基因进行映射，得到金匮肾气丸治疗CHF的靶标基因。

1.4 Cytoscape网络构建分析将上述取得的交集靶点基因和药物有效成分一起导入Cytoscape 3.8.0 中，绘制出“金匮肾气丸-有效成分-CHF-靶点”网络图。

1.5 蛋白质互作（PPI）网络构建分析利用在线String数据库（https：//string-db.org/）获取靶点蛋白互作网络。再将获取的靶点网络导入Cytoscape 3.8.0 软件，通过CytoNCA插件分析PPI。

1.6 可视化处理利用R 软件进行基因本体论（GO）和京都基因组百科全书（KEGG）富集分析，进行柱状图的可视化处理。

2 结果

2.1 金匮肾气丸的有效成分及疾病基因筛选在TCMSP中筛选出金匮肾气丸中的有效成分为119 个，对应的靶点共1051 个，整理后得到靶基因195 个。从多个基因数据库中搜索，共得到10 479 个疾病靶点，删除重复靶点后，最终得到10 352个疾病相关靶基因。

2.2 构建中药-靶点交集数据库将金匮肾气丸、CHF的潜在靶点进行映射，得到190个交集靶点。

2.3 构建中药-活性成分靶点网络图筛选出对应靶点的金匮肾气丸的有效成分共54 个，对应靶点去重并标准化后共计190 个。构建“药物-活性成分-靶点”网络（见图1），图中共包含257 个节点，949 条边。其中，Degree 值＞50 的有效成分有4 个，分别是槲皮素（Quercetin， Degree 值=413）、 β - 谷 甾 醇（Betasitosterol，Degree 值=82）、豆甾醇（Stigmasterol，Degree值=56）、山柰酚（Kaempferol，Degree 值=55）；Degree值排名前三的药物靶点，分别为核受体辅激活蛋白2（NCOA2，Degree 值=36）、前列腺素内过氧化物合成酶2（PTGS2，Degree 值=30）、前列腺素内过氧化物合成酶1（PTGS1，Degree 值=28），将这些靶点作为金匮肾气丸治疗CHF 的关键靶点。

图1 金匮肾气丸-活性成分-靶点网络图

2.4 PPI网络构建及关键靶点选取将交集靶点导入String 在线平台，得到PPI 网络，将所得数据导入Cytoscape 3.8.0软件，通过CytoNCA 插件对PPI网络进行分析（见图2），筛选出核心基因21 个，Degree 值排名靠前的靶点蛋白基因主要有丝裂原活化蛋白激酶1（MAPK1）、myc髓细胞组织增生病毒癌基因同源物（MYC）、热休克蛋白90α 基因（HSP90AA1）、雌激素受体alpha 基因（ESR1），表明这4 个靶蛋白与其他蛋白之间的相互作用强。

图2 金匮肾气丸治疗CHF靶蛋白PPI网络图

2.5 GO及KEGG富集分析运用R 软件对190 个关键靶点进行GO功能富集（P＜0.05），其中影响的生物功能有2316个，提示金匮肾气丸治疗CHF可能主要与氧化反应等生物过程密切相关。KEGG 富集分析获得178 条相关信号通路，通过筛选后得到高度相关的通路20条（见图3），主要包括流体剪切应力与动脉粥样硬化、高级糖基化终末产物-受体（AGE-RAGE）、白细胞介素-17（IL-17）、转化生长因子（TNF）、缺氧诱导因子-1（HIF-1）信号通路等。

3 讨论

本研究基于网络药理学方法，探讨金匮肾气丸治疗CHF 的作用机制。分析结果可知，金匮肾气丸中与治疗CHF 相关的重要活性成分有槲皮素、山柰酚、β-谷甾醇、豆甾醇等。槲皮素通过抑制细胞凋亡、减少氧化应激，以及影响心脏中的炎症蛋白而对心脏损伤起到保护作用［3］。山柰酚具有抗炎和抗氧化活性的作用，可通过衰减血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）诱导的炎症和氧化应激来预防心脏重塑［4］。β-谷甾醇和豆甾醇属于甾醇类化合物，具有降低胆固醇、抗氧化、抗炎、免疫调节等生理特性［5］，如β-谷甾醇可降低丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平，增加超氧化物歧化酶（SOD）水平而达到抗氧化应激的作用，并通过下调白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎症因子水平来限制炎症反应，因此，β-谷甾醇可抑制心脏坏死和心肌细胞凋亡［6］。

将化合物潜在靶点与CHF 治疗靶点取交集，共获得190 个交集靶点，进行PPI 网络分析后共得到21 个核心基因，其中Degree 值靠前的核心基因有MAPK1、MYC、HSP90AA1、ESR1 等。MAPK1 的抑制作用可以调节细胞活力、凋亡率以及细胞自噬，从而影响冠状动脉粥样硬化性心脏病及CHF 的进展［7］。MYC 的表达可诱导细胞周期失调和线粒体改变，从而导致肥厚性心肌病和CHF［8］。HSP90AA1 为热休克蛋白（Hsp），Hsp 可在调控细胞存活、增殖、凋亡和应激引起的细胞死亡中起作用，在心肌细胞损伤的情况下，其表达水平升高具有保护作用［9］。有研究［10］显示，在心肌缺血的动物模型中，由ESR1 基因编码的核受体ERα 的激活，可减小心脏梗死面积，抑制心肌细胞凋亡、炎症和氧化应激反应，还可诱导血管扩张并增加新血管的生成。

KEGG 富集通路显示，CHF 的发生主要与流体剪切应力与动脉粥样硬化、AGE-RAGE、IL-17、TNF、HIF-1 信号通路的激活密切相关。在湍流血流与低液体剪切应力的区域易发生动脉粥样硬化，炎症细胞因子刺激，如TNF-α，可能促进动脉粥样硬化的内皮细胞（EC）基因表达；研究［11］表明，稳定的层流血流可减少EC 的凋亡并抑制TNF 介导的EC 激活，由此可形成对动脉粥样硬化的保护机制。动脉粥样硬化发生在冠状动脉易形成冠状动脉粥样硬化性心脏病，出现心肌缺血缺氧，在终末期易演变为CHF。AGE-RAGE 信号通路的激活在糖尿病心力衰竭的发展和进展中起着关键作用，其通过引发一系列导致血管和心肌损伤的事件，如氧化应激、炎症反应和细胞外基质积聚增强，导致肌细胞舒张和收缩功能障碍［12］。IL-17 和TNF 属于促炎细胞因子，可调节心肌细胞的表型和功能，抑制心肌细胞的收缩功能，诱导巨噬细胞的炎症激活，刺激微血管炎症和功能障碍，并促进成纤维细胞中的基质降解表型。此外，细胞因子诱导的生长因子合成可能发挥慢性纤维化作用，可参与心衰的发生［13］。HIF-1是一种转录因子，通过调节血管生成、血管重塑、葡萄糖代谢和氧化还原稳态来控制氧气输送。动物模型分析［14］表明，HIF-1 通过激活这些稳态机制，在缺血性心脏病和压力超负荷心衰中起着至关重要的保护作用。

综上所述，通过网络药理学分析金匮肾气丸作用于CHF 的作用机制，体现了其多成分、多靶点、多途径作用于疾病的特点。金匮肾气丸通过抑制炎症、氧化应激反应，减少心肌细胞凋亡等途径对CHF 起到治疗作用。然而由于本研究主要通过数据挖掘、计算机模拟对金匮肾气丸治疗CHF 的药效机制进行预测，该结论仍需细胞实验、动物实验等进一步验证。