基于网络药理学探讨千金苇茎汤“异病同治”支气管扩张症和哮喘急性发作的作用机制

Exploring the Mechanism of Qianjin Weigan Tang’s “Treating Different Diseases with the Same Treatment” for Bronchiectasis and Acute Asthma Attacks Based on Network Pharmacology

摘要: 目的：基于网络药理学探讨千金苇茎汤“异病同治”支气管扩张症和哮喘急性发作的作用机制。方法：检索TCMSP数据库获取千金苇茎汤中中药活性成分，预测其作用靶点，利用UniProt数据库转换靶点基因信息；应用GeneCards、OMIM和DrugBank数据库筛选两种疾病相关疾病靶点；利用微生信平台绘制韦恩图，将获得的靶点蛋白与疾病靶点进行汇总取交集，获得三者共有靶点；将交集靶点导入String数据库构建核心靶点蛋白质相互作用图，通过Cytoscape 3.7.2构建“药物活性成分–靶点–疾病”网络图；根据度值筛选千金苇茎汤治疗支气管扩张症和哮喘急性发作的关键靶点基因，利用David数据库进行GO功能和KEGG通路富集分析，使用微生信平台进行可视化处理。结果：筛选后得到千金苇茎汤有效成分35个，作用靶点176个，与两种疾病三者交集靶点9个；“药物活性成分–靶点–疾病”网络图获豆甾醇、β-谷甾醇、常春藤皂苷元等11个主要活性成分；PPI网络图中核心靶点为AKT1、EGFR、HSP90AA1等7个；GO功能富集分析涉及细胞组成(CC) 20项，分子功能(MF) 22项，生物过程(BP) 61项；KEGG通路富集分析主要涉及ErbB信号通路、PI3K-Akt信号通路、血小板活化、磷脂酶D信号通路等通路。结论：千金苇茎汤通过多种药物成分，调节多条信号通路，关联多个关键靶点，从而发挥对支气管扩张症和哮喘急性发作的“异病同治”作用。

Abstract: Objective: To explore the mechanism of action of Qianjin Weigan Tang in treating bronchiectasis and acute asthma attacks with “treating different diseases with the same treatment” based on network pharmacology. Method: Search the TCMSP database to obtain the active ingredients of traditional Chinese medicine in Qianjin Weigan Tang, predict their target of action, and use the UniProt database to convert target gene information; Screening two disease-related disease targets using GeneCards, OMIM, and DrugBank databases; Using the WeChat platform to draw a Venn diagram, the obtained target proteins are summarized and intersected with disease targets to obtain common targets among the three; Import the intersection targets into the String database to construct a core target protein interaction diagram, and use Cytoscape 3.7.2 to construct a “drug active ingredient target disease” network diagram; Based on the degree value, key target genes for the treatment of bronchiectasis and acute asthma attacks with Qianjin Weigan decoction were screened. GO function and KEGG pathway enrichment analysis were performed using the David database, and visualized using a bioinformatics platform. Result: After screening, 35 active ingredients and 176 targets of Qianjin Weigan Tang were obtained, including 9 intersecting targets with two diseases; The network diagram of “active ingredients target disease” obtained 11 main active ingredients including stigmasterol, β-sitosterol, and hederagenin; The core targets in the PPI network diagram are AKT1, EGFR, HSP90AA1, and 7 others; GO functional enrichment analysis involves 20 cellular components (CC), 22 molecular functions (MF), and 61 biological processes (BP); KEGG pathway enrichment analysis mainly involves pathways such as ErbB signaling pathway, PI3K Akt signaling pathway, platelet activation, phospholipase D signaling pathway, etc. Conclusion: Qianjin Weigan Tang exerts a “same treatment for different diseases” effect on bronchiectasis and acute asthma attacks by regulating multiple signaling pathways and linking multiple key targets through multiple drug components.

1. 引言

支气管扩张症(bronchiectasis, BE)是由各种病因引起的反复发作的化脓性感染，导致中小支气管反复损伤和(或)阻塞，致使支气管壁结构破坏，引起支气管异常和持久性扩张，临床主要表现为慢性咳嗽、大量咳痰和(或)间断咳血、伴或不伴气促和呼吸衰竭等轻重不等的症状[1]。流行病学统计结果显示，全球范围内，目前BE的发病率、死亡率及经济负担呈现出持续增长的趋势[2]。支气管哮喘(简称哮喘)是一种下呼吸道慢性炎性疾病，其特点为气道可逆性阻塞及气道高反应。临床表现为反复发作性喘息哮鸣、胸闷、咳嗽、气短等。流行病学统计结果显示，全球范围内已有超过3亿人患有哮喘，根据预测，到2025年，这一数据可能会攀升至4亿人[3]。哮喘严重影响患者健康，并给家庭和社会带来重大经济负担。随着年龄增长、病程延长及药物剂量增加，该负担逐渐加剧[4]。哮喘和BE症状多因感染加重，临床的主要治疗目标均为促进炎症吸收、缓解症状、维持肺功能正常。近年来，中医药以其良好的疗效，见效快、复发低、不良反应少的特点，在促进炎症吸收及缓解症状方面展现出了显著的优势，因此探究能对BE和哮喘急性发作同时进行有效干预的药物极为重要。

千金苇茎汤出自《备急千金要方·卷十七·肺痈》，由芦根、薏苡仁、桃仁、冬瓜仁4味药组成。芦根提供“清”与“透”的作用，使热邪有出路，避免津液耗伤。薏苡仁既能增强芦根排脓之效，又能健脾防苦寒伤胃，冬瓜仁擅长“上清肺热，下利大肠”，促进痰浊从二便排出，桃仁润肠通便，改善肺络瘀滞。现代医学常用该方治疗BE、哮喘急性发作、肺脓肿、慢性阻塞性肺疾病、肺癌、重症肺炎等肺系疾病。

本研究利用网络药理学探讨千金苇茎汤“异病同治”BE与哮喘急性发作的中药活性成分、作用靶点和生物通路，为阐述千金苇茎汤临床“异病同治”效果的作用机制提供新思路和新方法。

2. 材料和方法

2.1. 千金苇茎汤中药物活性成分及潜在作用靶点的筛选

在TCMSP数据库(https://www.tcmsp-e.com/tcmsp.php)中，以口服生物利用度(OB) ≥ 30%、类药性(DL) ≥ 0.18为筛选条件，获取千金苇茎汤组方中芦根、薏苡仁、桃仁、冬瓜仁的有效化学成分，并在PubChem (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/)和SwissTargetPrediction数据库(http://www.swisstargetprediction.ch/)中分别以NormFit ≥ 0.7，Probability ≥ 0.3为筛选条件，获取其相对应的作用靶点。将得到的靶点合并去重后得到千金苇茎汤的总作用靶点，借助UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)的UniProtKB搜索功能，获得靶点对应标准化基因名称并去重。

2.2. 支气管扩张症和哮喘急性发作潜在靶点筛选

以“acuteexacerbationofasthma”、“acuteattacksofasthma”和“bronchiectasis”为关键词，从Genecards (https://www.genecards.org/)、OMIM (https://omim.org/)及DrugBank (https://go.drugbank.com/)中检索获得支气管扩张症和哮喘急性发作的疾病相关靶点，然后以Relevancescore的中位数为阈值进行去重处理。

2.3. 构建“中药–药物活性成分–靶点–疾病”网络关系并筛选核心成分

将支气管扩张症、哮喘急性发作及千金苇茎汤靶点输入微生信平台(https://www.bioinformatics.com.cn/)韦恩(Venn)图模块，获得千金苇茎汤与两疾病之间的交集靶点。利用Cytoscape3.7.2软件构建千金苇茎汤“异病同治”BE和哮喘急性发作的“药物活性成分–靶点–疾病”网络图。

2.4. 构建蛋白质–蛋白质互作网络(PPI)

将千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作的交集靶点导入STRING数据库(https://cn.string-db.org/)，选择物种为人类(Homosapiens)，设置最高置信度 > 0.4，下载生成的PPI结果文件。将结果文件导入Cytoscape软件，并利用NetworkAnalyzer插件进行网络拓扑分析，构建PPI可视图，根据度值调整节点颜色及大小，构建PPI网络图。

2.5. GO富集分析功能及KEGG通路富集分析

将千金苇茎汤与BE及哮喘急性发作的交集靶点导入DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)，对其进行GO功能富集分析及KEGG通路富集分析，按照P值进行排序，选择富集程度排序居前10位的富集结果和前20条信号通路，将信息导入微生信平台将结果分别绘制成三合一柱状图和气泡图。

3. 结果

3.1. 千金苇茎汤活性成分检索

通过TCMSP数据库根据条件检索得到千金苇茎汤活性成分共35个，其中薏苡仁9个，冬瓜仁2个，桃仁23个，芦根1个。将35个活性成分进行处理，去重并剔除无对应基因名的靶点蛋白后，最终得到176个靶点蛋白。

3.2. 药物与疾病的交集靶点

从数据库中检索疾病相关靶点，对结果合并并去重后获得BE相关靶点571个，哮喘急性发作相关靶点5081个。借助韦恩图分析后，获得9个千金苇茎汤潜在治疗BE和哮喘急性发作的交集靶点，见图1。

Figure 1. The intersection target Venn diagram of Qianjin Weigan Tang in treating BE and acute asthma attacks

图1. 千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作的交集靶点韦恩图

3.3. 药物–活性成分–靶点–疾病网络图

利用Cytoscape3.7.2构建“药物活性成分–靶点–疾病”网络，见图2。其中9个共有靶点作为千金苇茎汤异病同治BE和哮喘急性发作的潜在靶点，连接28个化学成分，度值最高的前11个成分与相关靶点信息详见表1。

3.4. PPI网络分析

使用STRING数据库构建PPI网络，导出数据，再利用Cytoscape3.7.2软件进行可视化处理。该网络图有7个节点，14条边。各节点代表靶点蛋白，边线表示2个靶点蛋白间存在相互作用，蛋白连线越多代表该蛋白与其他蛋白作用越广泛，节点颜色越深、大小越大代表其所发挥的作用越大。其中度值最高的前5个靶点有AKT1、HSP90AA1、EGFR、SRC，初步推测AKT1、HSP90AA1、EGFR、SRC等靶点蛋白很有可能在千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作的过程中发挥重要作用，见图3。

Figure 2. Network diagram of “active ingredients target disease” in drugs

图2. “药物活性成分–靶点–疾病”网络图

Table 1. Information on the top 11 active compounds with moderate values in the treatment of BE and acute asthma attacks with Qianjin Weigan Tang

表1. 千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作的成分中度值排序居前11位的活性化合物的相关信息

编号	有效成分	度值	药物来源
MOL002882	[(2R)-2,3-dihydroxypropyl] (Z)-octadec-9-enoate	7	薏苡仁
MOL001351	Gibberellin A44	6	桃仁
MOL001494	Mandenol	6	薏苡仁
MOL001368	3-O-p-coumaroylquinic acid	6	桃仁
MOL001371	Populoside_qt	5	桃仁
MOL001361	GA87	5	桃仁
MOL001349	4a-formyl-7alpha-hydroxy-1-methyl-8-methylidene-4aalpha, 4bbeta-gibbane-1alpha,10beta-dicarboxylic acid	5	桃仁
MOL002372	(6Z,10E,14E,18E)-2,6,10,15,19,23-hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaene	4	薏苡仁
MOL001342	GA121-isolactone	4	桃仁
MOL001355	GA63	4	桃仁
MOL001328	2,3-didehydro GA70	4	桃仁

Figure 3. PPI network diagram

图3. PPI网络图

3.5. 千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作靶点的GO和KEGG分析

将千金苇茎汤治疗BE及哮喘急性发作的9个共同靶点输入DAVID数据库，并进行生物功能和通路分析，得到生物过程、分子过程和细胞组分中GO功能分析结果以及KEGG通路分析结果。

GO分析得到CC20项，MF22项，BP61项。根据P值降序各取前10位，见图4。由图4可得，千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作主要涉及的生物过程为骨吸收的正向调节、肽酪氨酸磷酸化、TORC1信号的正向调控、表皮生长因子受体信号通路、肿瘤坏死因子产生的正向调节、凋亡过程的负调控、对UV-A的反应、ERK1/ERK2级联的正调控、葡萄糖代谢过程的正向调节、巨噬细胞活化的调节等；细胞组成涉及含蛋白质复合物、树枝状生长锥、神经元细胞体、突触膜、谷氨酸能突触、细胞表面、细胞质的核周区域、质膜、皱褶膜、胞质溶胶等；分子功能主要涉及蛋白激酶活性、支架蛋白结合、蛋白酪氨酸激酶活性、组蛋白H2AXY142激酶活性、组蛋白H3Y41激酶活性、整合素结合、一氧化氮合酶调节活性、腺苷三磷酸结合、激酶活性、蛋白酪氨酸激酶激活剂活性等。KEGG通路分析得到千金苇茎汤治疗BE与哮喘急性发作的主要通路包括雌激素信号通路、催乳素信号通路、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药性、ErbB信号通路、PI3K-Akt信号通路、前列腺癌、内分泌抵抗、C型凝集素受体信号通路、血小板活化、松弛素信号通路等，见图5。

Figure 4. GO Function enrichment analysis

图4. GO功能富集分析

Figure 5. KEGG pathway enrichment analysis

图5. KEGG通路富集分析

4. 讨论

BE和哮喘急性发作均为临床常见的慢性病。中医理论认为，BE的主要病机为本虚标实，肺脾气虚为本，痰瘀、热为标，痰邪是支气管扩张症病程中始终存在的问题，痰瘀郁结于肺是此病的本质[5]。哮喘的基本病机为外邪引动伏痰，伏痰为潜伏于肺的有形之痰，盖因水液运化失常所致[6]。气候交替、外邪侵袭、饮食不节、情志不畅、体虚等皆可引动伏痰，痰气交搏于肺，使气机逆乱、肺失宣降而发病[7]。“异病同治”首见于《黄帝内经》，是中医辨证论治的重要表现之一，广泛应用于中医传统治疗中，其核心在于证候，即不同疾病出现相同证候时可基于同方进行化裁[8]。千金苇茎汤出自《备急千金要方》，《临证指南医案》中使用苇茎汤治疗肺气痹阻，上焦气分壅热之证，有化痰、降气、清热之功。临床研究表明千金苇茎汤加减能够明显改善BE患者症状，增强肺通气功能，降低气道炎症反应，总有效率为95.2% [9] [10]。苇茎汤合定喘汤治疗哮喘可明显改善患者肺功能，总有效率可达96.36% [11]。BE和哮喘急性发作具有相似的证型，为痰热壅肺和热哮，其病机均为痰热壅肺，肺失宣降，因此在治疗方案上可采用异病同治的策略。

本研究发现千金苇茎汤与BE、哮喘急性发作共有9个交集靶点，其中豆甾醇、β-谷甾醇、常春藤皂苷元等活性物质可能是治疗这2种疾病的关键成分。其中，豆甾醇可以通过TNF-α、白细胞介素(IL)-6、IL-1β、诱导型一氧化碳合成酶(iNOS)、环氧化酶-2(COX-2)的表达和Akt/mTOR途径，并增加IL-10的表达，从而发挥抗炎和免疫调节作用[12] [13]。β-谷甾醇具有抗炎、抗氧化、免疫调节、抗菌等作用[14]。Liao [15]等发现β-谷甾醇可通过抑制表皮细胞、巨噬细胞中炎症小体NLRP3的激活，来抑制CAS1的产生及MAPK信号通路的活化，导致细胞中的TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8生成显著减少从而起到抗炎作用。Ilaria [16]等发现β-谷甾醇可通过抑制铜绿假单胞菌依赖的蛋白激酶C的α亚型表达，使趋化因子IL-8、GRO-α、GRO-β表达显著降低，改善患者肺部炎症。常春藤皂苷元有着抗肿瘤、抗抑郁、抗炎和抗菌等药理作用，Zhang [17]等发现抑制p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的磷酸化可以抑制瞬时受体电位通路的活化，减少IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子α炎症因子的分泌，达到降低炎症水平的作用。由此表明，千金苇茎汤能通过其多种核心成分调节免疫、代谢功能，改善细胞功能，并调控炎症介质，从而发挥治疗BE与哮喘急性发作的作用。

PPI网络分析结果显示，关键靶点包括AKT1、EGFR、HSP90AA1、SRC等。AKT1通过调控细胞增殖与衰老进程双向干预疾病：一方面激活AKT可抑制p16介导的肺组织衰老以延缓疾病进展[18]，另一方面其介导的中性粒细胞凋亡向NETosis的转化加速疾病恶化[19]，沉寂信息调节因子(SIRT1)可通过AKT通路调节IL-6水平，进而影响患者的肺功能[20]。AKT1的过度激活可促进患者气道平滑肌肥大，因此AKT1可能成为预防或逆转气道平滑肌肥大的有用治疗靶点[21]。EGFR是一种跨膜糖蛋白，是酪氨酸激酶受体erbB家族的四个成员之一，EGFR的配体包括EGF (表皮生长因子)、TGF-α (转化生长因子-α)等。当配体与EGFR的胞外结构域结合后，受体形成二聚体(同源或与HER2/HER3等异源二聚化)，激活胞内段的酪氨酸激酶活性，引发自身磷酸化。磷酸化的EGFR招募适配蛋白(如Grb2、Shc)，激活RAS-RAF-MAPK、PI3K-AKT-mTOR、JAK-STAT等信号通路，参与伤口修复、黏膜屏障更新等生理过程[22] [23]。HSP90AA1作为应激保护分子，具有细胞保护功能，当机体受到炎症因子、细胞缺氧、组织灌溉不足等刺激时，细胞会产生HSP发挥减轻炎症反应和氧化应激的作用，同时可促进损伤组织修复[24]。

GO功能富集分析的结果显示，千金苇茎汤治疗BE和哮喘急性发作的作用机制主要涉及肽酪氨酸磷酸化、TORC1信号的正向调控、表皮生长因子受体信号通路、凋亡过程的负调控、蛋白酪氨酸激酶活性、对UV-A的响应等。KEGG通路富集分析结果显示，关键成分通过多种通路发挥“异病同治”的作用，其中包括ErbB信号通路、PI3K-Akt信号通路、血小板活化、磷脂酶D信号通路等。在NRG/ErbB信号通路转导途径中，核因子κB激酶抑制剂(IκBα)是该信号通路的负调节因子。当IκBα被IκB激酶磷酸化时，NRG/ErbB信号通路被激活。活化的ErbB核因子κB (NF-κB)易位到细胞核中，促进基因转录，导致一些炎性细胞因子产生过量[25] [26]。白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-4、IL-5、IL-13、IL-17的表达均与ErbB信号传导的激活有关。而这些炎性细胞因子也可以促进ErbB信号的激活，从而导致体内复杂的炎症级联反应[27]。PI3K-Akt信号通路与细胞增殖-凋亡相关，主要参与气道重塑。当生长因子信号作用于酪氨酸激酶受体或G蛋白偶联受体，引起Ia类PI3K激活，激活的PI3K将Akt活化，作用于糖酵解酶、葡萄糖转运蛋白、细胞内蛋白等，从而影响支气管细胞生长、代谢及凋谢[28]。PLD可能参与了由溶血性磷脂酸(LPA)介导的血小板源生长因子(PDGF)受体的活化。PDGF信号转导在生理状态下不仅可促使细胞增殖，还对肺组织的形成有一定作用[29]。二酰甘油是蛋白激酶C的天然刺激物，它主要由PLD/PAP途径产生；活化后的蛋白激酶C随即转至细胞核，使转录因子磷酸化，从而调节基因表达和细胞分裂，促进支气管平滑肌细胞增殖，影响气道的重构进程[30]。

综上所述，本研究通过网络药理学发现，千金苇茎汤可能通过多成分、多靶点和多途径实现对BE与哮喘急性发作的“异病同治”，且这2种疾病在治疗机制上存在一定关联，为后续研究提供了重要的参考依据，但仍需动物实验与临床试验进一步验证。

NOTES

^*通讯作者。