基于网络药理学与分子对接技术探索麦味地黄丸对特发性肺纤维化和2型糖尿病“异病同治”的作用机制
Mechanism of Maiwei Dihuang Pills in Treating Idiopathic Pulmonary Fibrosis and Type 2 Diabetes Mellitus with “Treating Different Diseases with Same Method” Based on Network Pharmacology and Molecular Docking Technology
DOI: 10.12677/TCM.2023.124133, PDF, HTML, XML, 下载: 192  浏览: 320 
作者: 刘 蔓, 蒋 静, 李丽群, 李歆怡, 王 海*, 木本荣*:成都中医药大学医学技术学院,四川 成都;川渝共建感染性疾病中西医结合诊治重庆市重点实验室,重庆;李雨婷:成都中医药大学药学院,四川 成都;王冬梅:成都中医药大学基础医学院,四川 成都
关键词: 麦味地黄丸异病同治特发性肺纤维化2型糖尿病网络药理学分子对接Maiwei Dihuang Pills Same Treatment for Different Diseases Idiopathic Pulmonary Fibrosis Type 2 Diabetes Mellitus Network Pharmacology Molecular Docking
摘要: 目的:基于“异病同治”的中医经典理论,运用网络药理学及分子对接技术探讨麦味地黄丸对特发性肺纤维化和2型糖尿病的关键分子机制。方法:利用中药复方以及中药材的各大数据库和分析平台数据库(TCMSP, TCM, BATMAN-TCM)筛选麦味地黄丸的活性成分,在OMIM、TTD、DrugBank、GeneCards、pahmGKB数据库平台预测IPF及T2DM疾病作用靶点。对麦味地黄丸活性成分靶点与麦味地黄丸、IPF及T2DM疾病交集靶点进行蛋白质互作(PPI)网络构建及核心靶点筛选,将筛选出的核心靶点进行GO和KEGG通路富集分析。筛选核心成分和核心靶点,利用Pubchem数据库、AutoDock软件、Discovery Studio软件等进行分子对接验证。结果:从麦味地黄丸中共筛选得到活性成分184个,活性成分潜在作用靶点1446个,取IPF疾病靶点前1555个,T2DM疾病靶点前1559个,取交集,获得麦味地黄丸-IPF-T2DM交集靶点238个。GO富集分析结果显示主要与骨髓细胞分化的正向调节、造血调节、破骨细胞分化、骨髓细胞分化的调节、正向调节生长、RNA聚合酶II转录、白细胞分化、对肽激素的反应、对肽的反应、细胞对生长因子刺激的反应等相关;KEGG通路富集分析得到131条通路,与IPF及T2DM相关且排序较靠前的通路有PD-L1表达和PD-1检查点通路在癌症中的应用、Th1和Th2细胞分化、Th17细胞分化等。分子对接结果表明,麦味地黄丸中的核心成分Aristolone (马兜铃酮)、Nootkatone (诺卡酮)、Quercetin (槲皮素)与核心靶点STAT1、FOS、IL2、CREB1、EGFR和MAPK14具有良好的结合潜力。结论:麦味地黄丸治疗IPF和T2DM具有多靶点效应,涉及多条生物过程和信号通路,可能通过调控PD-L1表达和PD-1检查点通路在癌症中的应用、Th1和Th2细胞分化、Th17细胞分化等通过炎症反应以及免疫调节发挥“异病同治”作用。
Abstract: Objective: Based on the classical theory of traditional Chinese medicine of “simultaneous treat-ment of different diseases”, the key molecular mechanism of Maiwei Dihuang Pill on idiopathic pulmonary fibrosis and type 2 diabetes mellitus was investigated by using network pharmacology and molecular docking technology. Methods: The active ingredients of Wheat Huang Pill were screened by using the Chinese medicine compound and the major databases and analysis platform databases of Chinese medicinal materials (TCMSP, TCM, BATMAN-TCM), and the target of IPF and T2DM diseases was predicted on the OMIM, TTD, DrugBank, GeneCards, and pahmGKB database platforms. The protein interaction (PPI) network construction and core target screening of the active ingredient target of Maiwei Dihuang Pills and the disease targets of Maiwei Dihuang Pills, IPF and T2DM were carried out, and perform GO and KEGG pathway enrichment analysis. Core components and core targets were screened, and molecular docking verification was carried out by using Pubchem database, AutoDock software, Discovery Studio software, etc. Results:A total of 184 active ingredients were screened from Maiwei Dihuang Pills, 1446 potential targets of active ingredients, 1555 first IPF disease targets and 1559 T2DM disease targets were taken and intersected, and 238 intersection targets of Maiwei Dihuang Pills-IPF-T2DM were obtained. The results of GO enrichment analysis showed that it was mainly related to the positive regulation of bone marrow cell differentiation, hematopoietic regulation, osteoclast differentiation, regulation of bone marrow cell differentiation, forward regulation of growth, RNA polymerase II transcription, leukocyte differentiation, response to peptide hormone, response to peptide, and cell response to growth factor stimulation. KEGG pathway enrichment analysis yielded 131 pathways, including PD-L1 expression and PD-1 checkpoint pathway in cancer, differentiation of Th1 and Th2 cells, and differentiation of Th17 cells. The results of molecular docking showed that the core components Aristolone, Nootkatone and Quercetin in Maiwei Dihuang Pills had good binding potential with the core targets STAT1, FOS, IL2, CREB1, EGFR and MAPK14. Conclusion: The treatment of IPF and T2DM has multi-target effects, involving multiple biological processes and signaling pathways, which may play a role in “treating different diseases” through inflammatory response and immune regulation by regulating PD-L1 expression and PD-1 checkpoint pathway in cancer, Th1 and Th2 cell differentiation, Th17 cell differentiation, etc.
文章引用:刘蔓, 李雨婷, 蒋静, 李丽群, 李歆怡, 王冬梅, 王海, 木本荣. 基于网络药理学与分子对接技术探索麦味地黄丸对特发性肺纤维化和2型糖尿病“异病同治”的作用机制[J]. 中医学, 2023, 12(4): 887-904. https://doi.org/10.12677/TCM.2023.124133

1. 引言

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是一种发展缓慢的、进行性的、不可逆的肺纤维化,本质上为间质性肺炎的一种疾病。IPF的临床表现一般为咳嗽咳痰、杵状指、发绀、进行性呼吸艰难等,但病因具体机制尚且不是十分明朗 [1] 。在中医中,IPF归属于“肺痿”或者是“肺痹”等范围,肺痿的说明是基于《金匮要略》,其中专篇论述提出肺痿乃肺中虚冷,中焦不得温养而发痿,肺胃气阴两虚、虚火灼肺、肺气痿弱不振而发病,抑或肺胃气阴两虚、虚火灼肺、肺气痿弱不振而发病;肺痹主要病症特点为肺气闭阻,一开始来源于《黄帝内经》中“五脏痹”的理论,如“淫气喘息,痹聚在肺”“肺痹者,烦满喘而呕”等 [2] [3] 。

近年来,IPF的患病人群越发呈现一种年轻化的趋势,以及人群发病率呈现一种逐年递增的现状,而且该疾病的预后极差 [4] 。在全球范围中,每10万人中患病人群超过60人,患者一旦确诊不超过一半的人可以达到5年生存率 [5] 。目前常用的疗法包括糖皮质激素、抗纤维化制剂、细胞毒药物和免疫抑制剂的单用或联合使用,然而这些治疗方法的药物治疗效果并不佳,几乎都有不同程度的副作用,长期使用将导致许多并发症 [2] 。目前尚未发现有治疗特效药,但有研究表明,在治疗IPF上中药有着不错疗效 [6] 。

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一种发展缓慢的、高血糖的代谢方面的疾病,病因是因为胰岛素分泌缺乏或对胰岛素敏感故障。DM一般分为1型糖尿病(diabetes mellitus type 1, T1DM)和2型糖尿病(diabetes mellitus type 2, T2DM)两种类型。DM患者总数的95%以上为T2DM患者,T2DM是MD中最常见的一种类型;在临床上,患者年龄逐渐趋于年轻化,且以肾阴亏虚型T2DM最为常见 [7] 。T2DM是一类以高血糖为特点、发展缓慢的、无感染性的代谢病变,在临床上主要表现为炎症作用的增高和新陈代谢障碍等 [8] 。《糖尿病中医防治指南》中表明,DM病位在五脏,主要部位是脾(胃)、肝、肾,还与心肺相关联 [9] 。

在危害人类健康上,DM被称为“甜蜜杀手”;DM在预防以及治疗上十分困难,尤其是几乎不可能治愈,是在心血管疾病及肿瘤之后的第三大基础疾病 [10] 。2021年,在国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation, IDF)统计中表明,中国是全球糖尿病患者基数最大的一个国家,超过1亿,全球范围内的成年患者基数超过5.3亿,预计20年后,全球DM病患者基数预计将超过7.8亿 [11] 。更难以接受的是,患者确诊后,没有可以治愈的药物,一般需要终生用药;目前治疗T2DM主要有注射胰岛素和口服降糖药物等方式,口服降糖药物包括几大类:α-糖苷酶抑制剂(阿卡波糖等)、格列奈(瑞格列奈等)、磺脲(格列吡嗪等)、双胍(二甲双胍等)、噻唑烷二酮(罗格列酮等)等。虽然化学药治疗T2DM见效快,但因为药物作用靶点单一,长期服用易引发多种不良反应,如:酮酸中毒、肝肾慢性损伤、出现继发性失效及胃肠道消化不良等,且注射胰岛素的依从性差,所以寻找更加合适的降糖药物,十分迫切。几千年的传承发展中,中医药治疗疾病从整体水平出发,综合调理人体气血阴阳平衡,可有效防治疾病,在治疗IPF及T2DM方面具有独到的见解 [12] [13] 。

麦味地黄丸出自《医部全录》,由八味中药组成,包括:茯苓、淮山药、麦冬、牡丹皮、山茱萸、熟地黄、五味子、泽泻,具有滋肺补肾的作用。方剂中茯苓、泽泻补肺宁心,利水清热;淮山药健脾祛湿,补肺肾气;麦冬润肺养阴,既收虚损之肺气,又润耗散之肺阴;牡丹皮活血通络;山茱萸补益肝肾,固本定喘;熟地黄滋阴益肾;五味子敛降肺气,八味药组合在一起达到补气益肾、宣肺止咳、止咳化痰之功效用 [14] 。

特发性肺纤维化的主要病位在肺,同时涉及心、脾、肾等脏 [3] ;在临床上,2型糖尿病以肾阴亏虚型T2DM最为常见 [7] ;在《素问》中表明“肺受气于肾” [15] ;且麦味地黄丸的功效是滋补肺肾,主要治疗肺肾阴虚证 [14] 。但中药成分复杂,关于麦味地黄丸的物质基础及其治疗IPF及T2DM的作用机制依旧不明确。所以本研究通过网络药理学关于“整体观”的研究方法,构建“疾病–通路–靶点–药物”的多级网络,从多角度分析并阐述麦味地黄丸组方中药的主要活性成分IPF、T2DM的关联性,以期进一步拓展麦味地黄丸异病同治的科学内涵,为临床推广应用和深入研究提供理论依据,现将研究结果报道如下。

2. 材料与方法

2.1. 麦味地黄丸活性成分及靶点筛选

依次将麦味地黄丸复方中的八味中药:茯苓、淮山药、麦冬、牡丹皮、山茱萸、熟地黄、五味子、泽泻,输入TCMSP数据库(https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)和TCM数据库(https://bidd.group/TCMID/search.php),筛选有效成分规范为:口服生物利用度(OB) ≥ 30%和类药性指数(DL) ≥ 0.18、输入BATMAN-TCM数据库(http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/),根据Score cutoff (分数截止值) > 20和P-value < 0.05作为尺度进行选择有效成分和基因。三个数据库数据去重,筛选确定复方活性成分和靶点预测,最后运用Uniprot数据库(https://www.uniprot.org/)获得有效成分中蛋白对应标准基因名。

2.2. IPF和T2DM靶点收集和交集靶点获得

以“idiopathic pulmonary fibrosis”和“diabetes mellitus type 2”为关键词,分别输入OMIM数据库(https://omim.org/)、Therapeutic Target Database (TTD)数据库(https://db.idrblab.net/ttd/)、DrugBank数据库(https://go.drugbank.com/)、GeneCard数据库(https://www.genecards.org/)、pahmGKB数据库(https://www.pharmgkb.org/)检索IPF及T2DM的靶点,汇总删除重复靶点后,使用Venny 2.1.0在线分析工具(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)获得麦味地黄丸与IPF、T2DM的交集靶点。

2.3.“麦味地黄丸–成分–靶点”网络构建

将麦味地黄丸与IPF、T2DM的交集靶点以及有效活性成分处理并输入Cytoscape 3.9.1软件,通过Analyze Network这一功能进行拓扑分析,分析度值、中介中心性、亲密中心性等,并以节点度值参数的大小为关键参考构建“麦味地黄丸–有效成分–靶点”网络。

2.4. 蛋白质互作(PPI)网络构建及核心靶点分析

将麦味地黄丸与IPF和麦味地黄丸与T2DM的交集靶点各自导入STRING数据库(https://cn.string-db.org/),通过设置蛋白相互作用可信度(high confidence) ≥ 0.900获得PPI网络图。在Cytoscape 3.9.1软件中插入获得的PPI网络,使用Analyze Network这一功能进行拓扑分析,利用中位值筛选靶点,对比筛选出靶点分析麦味地黄丸治疗IPF和T2DM的关联性。

将麦味地黄丸与IPF、T2DM的交集靶点导入STRING数据库,通过设置蛋白相互作用可信度 ≥ 0.900筛选获得PPI网络图。在Cytoscape 3.9.1软件中插入获得的PPI网络,通过Analyze Network这一功能开始拓扑分析,利用中位值筛选靶点,作为潜在核心靶点,为后续研究打下基础。

2.5. GO功能和KEGG通路富集分析

借助Metascape数据库(https://metascape.org/gp/index.html#/main/step1)对前面所得出的核心基因,以P < 0.05为标准进行GO和KEGG富集分析。GO分析主要用于描述基因产物的功能,其中包括生物学过程(biological process, BP)、细胞组分(cellular component, CC)和分子功能(molecular function, MF)。依照富集因子值解析核心基因中这些核心通路富集程度,探索麦味地黄丸治疗IPF、T2DM潜在存在的生物功能及信号通路机制。

2.6. 分子对接

为探究前期网络药理学,选取PPI网络中度值筛选出的潜在作用靶点作为受体大蛋白,从PDB数据库(https://www.rcsb.org/)找出对应靶点核心蛋白结构域并下载pdb格式,利用Chem 3D软件去除小分子。选取前3的有效活性成分使用PubChem数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)下载其2D结构,使用Chem 3D软件将2D结构转换为相应的、最稳定的3D结构,并输出格式为mol*2。利用AutoDock Tools 1.5.7软件对蛋白质进行去水、加氢等将药物活性成分及转换核心蛋白基因文件格式,并运行Discovery Studio 4.5 Client寻找寻找活性口袋对接位点,最后运行“命令提示符(Windows快捷键cdm)”进行分子结合能运算以及分子对接结果的获得,将获得的分子对接结果导入PyMOL软件进行分子对接构象的展示。如果运算出的结合能为负值时,则表明配体与受体可在自然状态下可自行结合。将分子对接结果的配体–受体对接形成的复合物进行3D展示,以此来达到评估生物信息分析预测的准确性或可靠性。

3. 结果

3.1. 麦味地黄丸活性成分及靶点确定

Figure 1. Maiwei Dihuang Pills-active component-target interaction network

图1. 麦味地黄丸–有效活性成分–靶点互作网络

通过TCMSP数据库、TCM数据库、BATMAN-TCM数据库以及文献检索,经筛选后获得麦味地黄丸有效成分150种,其中共有成分9种。麦冬有效成分19种、五味子有效成分75种、熟地黄有效成分6种、淮山药有效成分5种、山茱萸有效成分38种、牡丹皮有效成分12种、泽泻有效成分19种、茯苓有效成分24种;茯苓、山茱萸共有成分是20-Hexadecanoylingenol,山茱萸、泽泻共有成分是2-Furancarboxylic Acid,淮山药、五味子共有成分是Cholesterol,山茱萸、五味子共有成分是Elemicin,牡丹皮、山茱萸共有成分是Gallicacid,牡丹皮、五味子共有成分是Quercetin,牡丹皮、山茱萸、熟地黄、泽泻共有成分是Sitosterol,淮山药、麦冬、山茱萸、熟地黄共有成分是Stigmasterol,麦冬、熟地黄共有成分是Uridine。采用Cytoscape 3.9.1软件构建麦味地黄丸–有效活性成分–靶点互作网络,共获得1676个节点(其中靶点1315个,活性成分150个),8269条边,结果见图1

3.2. 麦味地黄丸与IPF、T2DM的交集靶点获取

通过对GeneCards数据库、OMIM数据库、DrugBank数据库、Therapeutic Target Database (TTD)数据库、PharmGKB数据库检索并删除重复靶点后,取用IPF 1555个靶点、T2DM 1559个靶点。使用Venny 2.1.0在线分析工具,使之获得麦味地黄丸治疗IPF及T2DM的潜在作用靶点238个,麦味地黄丸治疗IPF的潜在作用靶点368个,麦味地黄丸治疗T2DM潜在作用靶点144个,IPF与T2DM交集靶点543个,具体结果见图2

Figure 2. Maiwei Dihuang Pills-IPF-T2DM venny

图2. 麦味地黄丸-IPF-T2DM韦恩图

3.3. 中药成分–靶点–通路网络

利用Cytoscape 3.9.1软件构建麦味地黄丸–活性成分–靶点网络,详情见图3。该网络包含394个节点和1941条边,节点度值越大,表明其在网络中越重要。根据节点度值等网络拓扑特征进行核心活性成分的筛选。其中共有153个关联靶点活性成分,关联靶点数前7位活性成分有:Epiguaipyridine、Alpha-Corocalene、Aristolone、Quercetin、(E)-9-Isopropyl-6-Methyl-5,9-Decadiene-2-One、Nootkatone、Nonylphenol。前4位活性成分有:Aristolone (马兜铃酮)、Quercetin (槲皮素)、Nootkatone (诺卡酮)、(E)-9-Isopropyl-6-Methyl-5,9-Decadiene-2-One其中前4位活性成分可能是麦味地黄丸的核心药效成分,拓扑参数见表1

Figure 3. Maiwei Dihuang Pills-active ingredients-target network

图3. 麦味地黄丸–活性成分–靶点网络

Table 1. Topology analysis table of potential core target genes in the treatment of IPF and T2DM

表1. 味地黄丸治疗IPF、T2DM的潜在核心靶基因拓扑分析表

3.4. 药物–活性成分–靶点网络与分析

将麦味地黄丸治疗IPF、麦味地黄丸治疗T2DM潜在作用靶点导入STRING在线分析网站,设定最低互作评分中的蛋白相互作用可信度(high confidence) ≥ 0.900,并导出PPI结果数据。并进一步通过Cytoscape 3.9.1软件分别得到治疗麦味地黄丸治疗IPF、T2DM潜在靶基因的PPI网络模型,使用Degree算法,得出大于Degree中位值两倍的潜在核心靶基因,通过分析网络并限定Degree、BC、CC、NC值均大于中位值,得到PPI核心网络,得到麦味地黄丸分别治疗IPF、T2DM共同潜在核心靶点有ESR1、MYC、STAT1、FOS、IL2、CREB1、EGFR、MAPK14、NR3C1,详细结果见图4

将麦味地黄丸治疗IPF、T2DM的潜在作用靶点导入STRING在线分析网站,设置隐藏未连接的靶点,设定最低互作评分中的蛋白相互作用可信度(high confidence) ≥ 0.900,并导出PPI结果数据,获得包含238个节点和1034条边的PPI网络,其中孤立靶点25个,结果见图5。将该网络以TSV格式导入Cytoscape 3.9.1进行拓扑分析,获得治疗麦味地黄丸治疗IPF及T2DM潜在靶基因的一个具有213个节点、1034条边的潜在靶基因的PPI网络模型,见图6。使用Degree算法,得出大于Degree中位值两倍的潜在核心靶基因,通过分析网络并限定Degree、BC、CC、NC值均大于中位值,得到PPI核心网络,麦味地黄丸治疗IPF、T2DM的潜在核心靶基因有CREB1、EGFR、FOS、IL2、MAPK14、STAT1,详细结果见图7表2

Figure 4. PPI core network of Maiwei Dihuang Pills in treating IPF and T2DM

图4. 麦味地黄丸分别治疗IPF、T2DM、PPI核心网络

Figure 5. PPI core network of Maiwei Dihuang Pills in treating IPF and T2DM (STRING)

图5. 麦味地黄丸-IPF-T2DM交集靶点PPI网络图(STRING数据库)

Figure 6. PPI core network of Maiwei Dihuang Pills in treating IPF and T2DM (Cytoscape 3.9.1)

图6. 麦味地黄丸-IPF-T2DM交集靶点PPI图/网络(Cytoscape 3.9.1)

Figure 7. PPI core network of Maiwei Dihuang Pills in treating IPF and T2DM

图7. 麦味地黄丸治疗IPF及T2DM PPI核心网络

Table 2. Characteristic parameters of main active components network nodes of Maiwei Dihuang Pills

表2. 麦味地黄丸核心活性成分网络节点特征参数

3.5. GO功能和KEGG通路富集分析

通过Metascape数据库进行GO和KEGG富集分析,富集结果按照P值从小到大排序,选取GO功能前10个通路和KEGG前20个通路条目进行可视化,结果见图8图9。结果提示共同靶点GO富集分析涉及1305条(P < 0.05, count ≥ 1),其中KEGG 131条,主要影响生物过程(BP)的有651条,主要包括骨髓细胞分化的正向调节、造血调节、骨髓细胞分化的调节、正向调节生长、破骨细胞分化、RNA聚合酶II转录、对肽激素的反应、白细胞分化、对肽的反应、细胞对生长因子刺激的反应等。细胞的组成(CC)有27条,主要包括RNA聚合酶II转录调节因子复合物、转录调节复合体、多泡体,内囊泡腔、SHC-EGFR复合物、SGF3复合体、ATF4-CREB1转录因子复合物、转录因子AP-1复合物、多泡体,内部囊泡、囊泡腔、细胞质的核周区域等。分子功能(MF)有78条,主要包括RNA聚合酶II特异性DNA结合转录因子结合、DNA结合转录因子结合、蛋白磷酸酶结合、转录因子结合、磷酸酶结合、RNA聚合酶II核心启动子序列特异性DNA结合、核心启动子序列特异性DNA结合、染色质结合、酶活化剂活性、转录共调节结合等。

Figure 8. Bubble plot of KEGG enrichment analysis of the core target of IPF-T2DM with Maiwei Dihuang Pills

图8. 麦味地黄丸-IPF-T2DM核心靶点KEGG富集分析气泡图

(a) (b)

Figure 9. GO enrichment analysis of the core target of IPF-T2DM with Maiwei Dihuang Pills

图9. 麦味地黄丸-IPF-T2DM核心靶点GO富集分析图

3.6. 分子对接验证

由前面结果分析得出,麦味地黄丸治疗IPF、T2DM取前3的主要有效活性成分Aristolone (马兜铃酮)、Quercetin (槲皮素)、Nootkatone (诺卡酮),潜在核心靶基因有CREB1、EGFR、FOS、IL2、MAPK14、STAT1。利用AutoDock Tools 1.5.7软件设置受体配体,运行Discovery Studio 4.5 Client寻找寻找活性口袋,最后运行“命令提示符(Windows快捷键cdm)”进行分子结合能计算以及分子对接结果展示,见表3。在分子对接中,配体分子与受体分子的结合能越低,则相互结合的构象越稳定,在自然环境中,受体与配体之间结合的可能性越高 [16] 。本结果中表明所有构象结合能均小于−5 kcal/mol,将对接结果利用PyMol软件进行可视化,详细见图10表4

Table 3. Binding energy of core compounds and core target proteins of Maiwei Dihuang Pills

表3. 麦味地黄丸核心化合物和核心靶蛋白的结合能

Figure 10. Molecular docking results

图10. 分子对接结果

Table 4. Amino acid residues at ligand receptor binding sites

表4. 配体受体结合位点氨基酸残基

4. 讨论

本研究通过网络药理学和分子对接方法,共筛选出麦味地黄丸150种活性成分,1315个作用靶点,238个麦味地黄丸与IPF及T2DM疾病的交集靶点,通过药物–有效活性成分–靶点网络推测出麦味地黄丸的核心活性成分为Aristolone (马兜铃酮)、Quercetin (槲皮素)、Nootkatone (诺卡酮)等。马兜铃酮作为挥发油的主要成分之一,在多种植物挥发油中存在,这些植物挥发油常常在抗氧化、抑菌方面等具有一定的作用功效 [17] 。众多研究表明,槲皮素具有抗癌、抗氧化、抗菌、抗炎等重要的药理学活性,多种药理活性协同作用使其成为探索急性和慢性人类疾病治疗方式的关注重点 [18] 。槲皮素通过拮抗刺激信号通路来改善硫代乙酰胺诱导的肝纤维化和氧化应激 [19] 。槲皮素可以通过抑制TNF、IL6和MAPK来抵抗炎症和氧化应激,从而减轻肾损伤 [20] 。诺卡酮能够通过抑制一氧化氮的产生,增强抗氧化酶的活性,在体外上调抗氧化和抗凋亡蛋白的表达,发挥与Ca2+信号通路相关的抗凋亡作用 [21] 。

PPI网络分析显示,麦味地黄丸干预IPF和T2DM疾病的过程主要涉及CREB1、EGFR、FOS、IL2、MAPK14、STAT1等核心靶点。CREB1又被称为AMP响应性元件结合蛋白1;磷酸化依赖性转录因子,在与DNA cAMP反应元件(CRE)结合时刺激转录,CRE是许多病毒和细胞启动子中存在的序列。Tan [22] 等在细胞实验中证明TRIM28通过上调miR-125b-5p,以此来抑制CREB1诱导非小细胞肺癌顺铂耐药。FET-CREB融合的颅内间充质肿瘤是FET家族基因与CREB家族转录因子(ATF1、CREB1或CREM)融合,并且被称为颅内血管瘤样纤维组织细胞瘤或颅内粘液样间充质瘤 [23] 。EGFR又被称为表皮生长因子受体;受体酪氨酸激酶结合EGF家族的配体并激活几个信号级联,将细胞外线索转化为适当的细胞反应。Kumar [24] 等研究表明,AKT1、VEGFA、EGFR和GSK3B基因是降低小细胞肺癌发病率的有希望和可行的治疗靶点。洪望龙 [25] 等研究表明,EGFR突变是NSCLC患者中最常见的基因突变类型,在亚洲病患中发生率约为48%;在EFGR突变晚期非小细胞肺癌患者中,EGFR酪氨酸激酶抑制剂已成为的标准治疗方案。Harris [26] 的研究证明,EGFR出现非正常的、持续的信号转导,将诱导肾小管和肾小球损伤,导致肾脏纤维化。FOS又被称为原癌基因c-FOS,在异二聚体中,FOS和JUN/AP-1碱基区域似乎都与对称的DNA半位点相互作用。康宁 [27] 等研究表明,在人胚肺成纤维细胞c-Fos及其磷酸化蛋白中,炭黑诱导其表达水平增高,而且在这个诱导的过程中,c-Jun氨基末端激酶以及细胞外信号调节激酶均正调控c-Fos蛋白表达水平。施苗苗 [28] 等的研究表明,Syk/Ras/c-Fos信号通路与CGN的发展中的炎症病症有关,Syk/Ras/c-Fos信号通路主要包括:Ras、Syr、ERK、MEK、c-Fos等。IL2又被称为白细胞介素-2;这种蛋白质由T细胞响应抗原或有丝分裂刺激产生,是T细胞增殖和其他对调节免疫反应至关重要的活动所必需的。冯娟 [29] 等的研究表明,在恢复期间,COVID-19患者均有着不同程度的肺功能损伤、肺纤维化的变化。在IL-17和TNF信号通路中主要包括:IL2、IL4、IL6、IL10、CASP3、IFNG,且Th17细胞分泌细胞因子IL-17,能够促进TNF-α、IL-1β等细胞因子的表达,通过调控IL-17和TNF信号通路抑制炎症反应、减少渗出和炎症细胞浸润、保护肺组织。Kundu [30] 等的研究表明,microRNA-183/96/182簇通过诱导白细胞介素-2介导的抗肿瘤CD8+细胞毒性T细胞反应来抑制肺癌进展和转移。在Sise Meghan [31] 等研究中表明,免疫检查点抑制剂相关性肾炎肾组织中IL27RA、IL-2信号传导和T细胞受体信号传导的基因表达显著更高。MAPK14又被称为丝裂原活化蛋白激酶14,MAP激酶信号转导途径的重要组成部分包括丝氨酸/苏氨酸激酶。在Liang Yamei [32] 等实验中,敲减CircESPL1后可能通过调控miR-326、MAPK14来缓解脂多糖引起的肺细胞损伤,为探索小儿肺炎治疗新方法提供一种有希望的方法。林郭健 [33] 等研究表明,SRC、MAPK1、MAPK14与肺组织炎症以及纤维化的产生、细胞增加、抑制细胞凋亡等病理过程有着较大的关联,川芎作用于这些靶点,阻断肺组织中肌成纤维细胞的分化,以此来改善IPF。在Liu [34] 等实验中,MAPK14和P-MAPK14的下调可以通过下调细胞分裂周期25B来抑制透明细胞肾细胞癌的增殖和迁移。STAT1又被称为转录1-α/β的信号换能器和激活剂,介导细胞对干扰素(IFN)、细胞因子(KITLG/SCF)以及其他细胞因子和生长因子的反应。石娟 [35] 等研究表明,DKK1作为一种新的潜在治疗靶点,通过抑制JAK2/STAT1-STAT3信号通路从而促进FOXA2——黏蛋白生物合成的主要转录抑制因子的高表达,以此来缓解肺炎支原体P1-C引起的黏液蛋白过度分泌造成的肺损伤。Gu [36] 等研究表明肾小管间质纤维化的一种表现为肾小管上皮细胞的上皮以及间充质两者之间的转化(EMT),在高糖诱导的EMT过程中,STAT1激活保护细胞免受EMT的侵害;但是高葡萄糖也增加了STAT1的泛素相关因子修饰化,从而阻止了STAT1通过抑制其活性发挥有效的保护作用。

利用交集靶点进行GO及KEGG通路富集分析,GO功能富集分析提示麦味地黄丸“异病同治”IPF和T2DM的生物过程主要与炎症、免疫等相关,这预示着麦味地黄丸在炎症反应、免疫调节等中有非常重要作用,可能是其治疗IPF和T2DM的原因。KEGG途径的富集分析显示,PD-L1表达和PD-1检查点通路在癌症中的应用、Th1和Th2细胞分化、Th17细胞分化、生长激素的合成,分泌和作用、破骨细胞分化、松弛素信号通路、乙型肝炎、冠状病毒病-COVID-19、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染等通路与治疗IPF和T2DM疾病明显相关。PD-L1表达和PD-1检查点通路在免疫反应调节、炎症反应中起重要作用,PD-1是免疫检测点的抑制性受体,PD-1与其配体PD-L1结合后可以减弱TCR/CD28信号传导、抑制T细胞的激活,从而造成肿瘤免疫逃逸 [37] 。Th1和Th2细胞分化、Th17细胞分化在免疫和炎症中十分重要,Th1、Th2以及Th17均由CD4+T细胞分化而来,且Th1/Th2免疫失衡使得炎症反应加剧 [38] 。秦阳 [39] 等研究表明IgA肾病患者存在Th1/Th2、Th17、调节性T淋巴细胞(Treg)失衡,且在整个发病过程中存在Th2、Th17细胞过度活化和Treg抑制功能降低。李佩晨 [40] 等研究表明,二冬消渴方可通过Th17/IL-17A信号通路抑制大鼠眼表炎症反应,减轻糖尿病相关干眼大鼠的角膜及泪腺损伤。其余通路都与炎症反应以及免疫调节相关。

通过分子对接技术分析发现,麦味地黄丸与IPF、T2DM的交集核心靶点CREB1、EGFR、FOS、IL2、MAPK14、STAT1与重要活性成分Aristolone、Quercetin、Nootkatone均有较强的结合能力,表明麦味地黄丸治疗IPF及T2DM的核心靶点与重要活性成分有良好的亲和力,从一定程度说明麦味地黄丸“异病同治”IPF及T2DM的作用是通过这些核心靶点实现的。

本研究通过网络药理学和分子对接方法,阐释了麦味地黄丸“异病同治”IPF及T2DM主要有效成分、作用靶点和通路,一定程度上揭示了麦味地黄丸治疗IPF及T2DM“异病同治”的作用机制,为麦味地黄丸的实验研究和临床应用提供了一定的理论依据,为中药复方的科学研究和中医临床应用提供参考。另外,本研究尚且还有部分局限性:首先,本研究是通过“成分–靶标–疾病”网络的分析,仅限于对麦味地黄丸整体机制的预测,目前仍无法确定不同配比、人体代谢前后组分中药含量、成分种类差异等;其次,由于筛选条件限制,研究中分析的是麦味地黄丸的主要成分及靶点,可能无法获得全面具有实质作用的成分;最后,基于网络药理学虽能获得大量靶点与机制,但国内相关动物实验研究较少,仍需结合实验进一步验证。

参考文献

NOTES

*通讯作者。

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