基于网络药理学探讨右美托咪定治疗新型冠状病毒肺炎的作用机制

杨 淼，邹平洋，郑 坤，鄢见勇

（贵州省人民医院麻醉科，贵州 贵阳 550499）

新型冠状病毒肺炎简称新冠肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19），该疾病前几年在全球蔓延，截至2023 年6 月16 日，全球累计确诊病例超6.90 亿，死亡病例超过690 万，已造成世界性健康危害[1]。轻者表现为发热﹑咳嗽﹑呼吸困难﹑乏力等症状，重者可表现为脓毒症休克﹑急性呼吸综合征﹑肾功能衰竭等症状，严重时可直接导致死亡。对于治疗COVID-19，目前暂无特效药[2]。

右美托咪定（Dexmedetomidine，DEX）作为α2肾上腺素受体的激动剂，具有镇静﹑抗焦虑和减轻疼痛等作用，广泛用于重症监护病房（ICU），显著减少重症患者ICU 的住院时间[3]。此外，研究表明右美托咪定还能抑制细胞因子基因的转录，抑制炎症因子的表达，用于保护脓毒症患者的大脑﹑心脏﹑肝﹑肾和肺脏等重要脏器[4]。现有研究表明右美托咪定对COVID-19患者有治疗作用[5-7]，但其分子作用机理有待深入研究，因此，深入研究右美托咪定治疗COVID-19 靶点及机制具有重要指导意义。

1 方法

1.1 右美托咪定作用靶点收集

借 助CNKI（https://www.cnki.net/）﹑Pubmed（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）等数据库搜索右美托咪定治疗肺炎相关靶点[8-10]。

1.2 炎症靶点的获得

在GeneCards（https://www.genecards.org/）﹑OMIM（http://www.omim.org）﹑DRUGBANK（https://www.drugbank.ca） ﹑CNKI﹑Pubmed 数 据 库 中， 以“novel coronavirus pneumonia”为关键词，筛选潜在靶点，合并靶点并去重，再与成分靶点取交集，获得右美托咪定治疗COVID-19 共同靶点[8-10]。

1.3 药物成分-靶点图的构建

采用Excel 2016 处理右美托咪定治疗COVID-19潜在靶点，分析药物与靶点之间关系。数据导入Cytoscape3.9.1 软件，建立药物-靶点网络图[8-10]。

1.4 构建右美托咪定治疗COVID-19 蛋白网络互作图

将右美托咪定治疗COVID-19 靶点导入STRING 11.5（https://cn.string-db.org/）中，选择模式“multiple proteins”，选择Organism 为“Homo”，置信度设为0.900，获取蛋白网络互作图，并进一步分析获取关键靶点[8-10]。

1.5 核心靶点 GO 和 KEGG 通路分析

采用DAVID 数据库对靶点进行GO 和KEGG 分析，微生信在线软件分析作图将结果可视化[8-10]。

2 结果

2.1 右美托咪定作用靶点收集

利用CNKI﹑Pubmed 等数据库对右美托咪定作用靶点进行检索，得到右美托咪定作用靶点192 个，见表1。

表1 右美托咪定作用靶点

2.2 右美托咪定治疗COVID-19 相关靶点的筛选

从Genecards 等数据库中搜集到与COVID-19 相关靶点7080 个，与右美托咪定作用靶点取交集绘制韦恩图，得到31 个重合靶点（图1），即右美托咪定治疗COVID-19 共同靶点，其中包括JAK2﹑PTGS2﹑MAPK14﹑CCL2﹑基质金属蛋白酶9（MMP9）等。

图1 右美托咪定与COVID-19 共同靶点韦恩图

2.3 右美托咪定治疗COVID-19 的药物-靶点图

数据输入Cytoscape 3.9.1 软件绘制药物-靶点网络图，右美托咪定可以31 个靶点作用，表明右美托咪定可能是通过作用于不同靶点发挥治疗COVID-19 的作用，见图2。

图2 右美托咪定治疗COVID-19 药物-靶点图

2.4 蛋白互作网络构建

将得到的右美托咪定- COVID-19 共同靶点输入STRING11.5 数据库中，选择模式Multiple proteins，获得蛋白互作图，将该图导入Cytoscape3.9.1 软件中，对网络进一步分析，获得关键靶点互作图（图3），靶点相关信息见表3。研究结果表明右美托咪定治疗COVID-19 作用可能是通过多个靶点作用起效的，并且其作用方式是比较复杂的。

图3 右美托咪定治疗COVID-19 蛋白互作图

表3 右美托咪定治疗 COVID-19 关键靶点信息

2.5 KEGG 富集以及GO 富集分析

将右美托咪定治疗COVID-19 相关的19 个关键靶点，输入DAVID 工具中，运用KEGG 和GO 功能对关键靶点进行分析。在KEGG 富集分析中，根据P值（P＜0.001）取 前20 作 右 美 托 咪 定 治 疗COVID-19关键靶点KEGG 气泡图，研究发现右美托咪定治疗COVID-19 所涉及信号通路主要有癌症途径﹑TNF﹑IL-17 等（图4）。表明右美托咪定治疗COVID-19 主要与癌症途径﹑TNF﹑IL-17 信号通路，研究也表明这些通路与肺部疾病存在很大关系。

图4 右美托咪定治疗COVID-19 关键靶点KEGG 气泡图

在GO 富集分析中，根据P值取前10 作图（图5）。所涉及的生物过程主要包括信号传导﹑对RNA 聚合酶Ⅱ启动子的转录正向调节﹑基因表达的正向调节等，所涉及的细胞成分主要包括细胞质﹑细胞液﹑浆膜等；主要涉及的分子功能包括相同的蛋白质结合﹑蛋白激酶活性﹑蛋白结合等。表明右美托咪定治疗COVID-19 涉及多个细胞成分﹑多个靶点﹑多个分子功能，是一个复杂的过程。

图5 右美托咪定治疗COVID-19 关键靶点GO 富集分析结果图

3 讨论

本文首次预测癌症﹑TNF﹑IL-17 等通路有关网络药理学预测发现，右美托咪定治疗COVID-19 所涉及的生物过程主要包括信号转导﹑基因表达的正向调节﹑对RNA 聚合酶II 启动子的转录正向调节；所涉及的细胞成分主要包括细胞液﹑细胞质﹑浆膜等；涉及的分子功能主要包括相同的蛋白质结合﹑蛋白激酶活性等。涉及的生物信号通路主要为癌症﹑TNF﹑IL-17 等，这些通路涉及炎症因子的产生与释放﹑调节免疫功能﹑提高抗病毒能力等，在COVID-19 的发生发展中起重要作用[11]。

研究表明PTGS2 是花生四烯酸代谢通路中的重要合成酶，是RNA 病毒的复制过程中不可缺少的一环[12]，也与炎症反应密切相关，受到NF-κB 的调控，是NF-κB的下游靶标[13-15]。机体免疫应答﹑DNA 损伤和病毒感染过程中，MAPK1 和MAPK14 所在MAPK 信号通路被激活，增强TNF-α﹑TGF-β1 等介质来促进细胞凋亡，增加组织损伤，同时使炎症加重[16]。研究表明 CCL2-CCR2 轴是由趋化因子2（CCL2）与其配体CCR2 构成，参与COPD 的慢性炎性反应和支气管重塑[17]。CCL2 还可以作为血管渗透因子，诱导肺癌转移[18]，此外，研究表明在免疫治疗中，阻断CCL2 可增强抗PD1 在肺癌中的作用[19]。因此，CCL2 与炎性反应和肺部疾病关系密切[20]。FOS 与炎症﹑免疫反应等生物过程有关[21]。在血管内皮生长因子（VEGF）家族中，VEGFA 是其中一种，与神经和血管生成有关[22]。VEGF 的作用有增加血管通透性，促进血管内皮细胞增殖与迁移，促进机体血管的形成等。研究表明COVID-19 患者体内细胞因子浓度较高，存在过度表达现象，进而增大血管通透性，导致机体出现病理变化和损伤，如高热﹑肺炎﹑肾功能衰竭和脓毒症休克等[23]，VEGF 在这个过程中，发挥着不可替代的作用。此外，研究表明VEGF 基因在SARS-COV-2感染的患者中高表达，可增加血管生成素Ⅱ（Ang Ⅱ）的水平，促进炎症发展[24]。JAK2/STAT 通路中的JAK2与STAT3 对炎症反应﹑肺纤维化﹑减少细胞凋亡起重要作用[25]。

右美托咪定（DEX）作为一种高选择性α2-肾上腺素受体激动剂，广泛应用于临床，大量研究表明其具有肺保护作用，因此DEX 对肺部细菌感染性疾病治疗具有一定疗效，其作用机制与TNF-α 通路蛋白表达有关[26-27]。研究表明，右美托咪定对COVID-19 患者有治疗作用[28]。右美托咪定通过降低IL-17 和RORγt 的表达减轻盲肠结扎致脓毒症小鼠肺损伤程度[29]。上述这些研究结果与本研究结果一致。

依据网络药理学预测结果，我们认为右美托咪定治疗COVID-19 的机制，是作用于癌症途径﹑TNF-α﹑IL-17 等通路，降低关键靶点的基因转录，抑制炎症因子的产生与释放﹑调节免疫功能﹑提高抗病毒能力，从而减轻病理损伤。

由于对COVID-19 认识的局限性，本研究与临床疗效可能存在一定的偏差，但可以结合药效与临床研究，对右美托咪定治疗及相关作靶点和关键通路开展深入研究，为研发治疗COVID-19 药物提供新的思路及依据。此外，本研究也未进行分子生物学实验验证，后续可以深入研究，以期获得更多试验证据。

4 结论

右美托咪定在治疗COVID-19 中主要通过与多靶点结合，作用于关键通路，发挥抑制炎症因子表达﹑增强免疫功能﹑提高抗病毒能力等作用。本研究为右美托咪定临床应用及进一步开发提供了依据。