网络药理学在国内中药复方研究的应用概况

2016-03-09黄国东孙秀玉马四补3指导庞宗然黄秀兰中央民族大学中国少数民族传统医学研究院204级博士研究生北京0008广西中医药大学附属瑞康医院广西南宁5300贵阳中医学院贵州贵阳550002

广西中医药大学学报 2016年1期

黄国东，孙秀玉，陈　书，马四补，3指导庞宗然，黄秀兰（.中央民族大学中国少数民族传统医学研究院204级博士研究生，北京0008；2.广西中医药大学附属瑞康医院，广西南宁5300；3.贵阳中医学院，贵州贵阳550002）

网络药理学在国内中药复方研究的应用概况

黄国东1，2，孙秀玉1，陈书1，马四补1，3
指导庞宗然，黄秀兰
（1.中央民族大学中国少数民族传统医学研究院2014级博士研究生，北京100081；2.广西中医药大学附属瑞康医院，广西南宁530011；3.贵阳中医学院，贵州贵阳550002）

网络药理学；中药复方；应用研究

网络药理学是一门以系统生物学和多向药理学为理论基础，利用生物分子网络分析方法，选取特定节点进行新药设计和靶点分析的药理学分支学科。2007年Andrew L Hopkins在NatureBiotechnology上首次发文明确该概念［1］，2008年Hopkims AL又于Nature Chemical Biology撰文“网络药理学：药物研发中的下一个研究范式”［2］，指出网络药理学作为药理学的新兴分支学科以及交叉学科，网络药理学揭示的是比现代分子药理学更为复杂的药理学规律，基于网络的药物作用机制研究以及基于网络靶标的药物研发都代表着现代生物医药研究新的哲学理念与研究模式。随着疾病和药物相关数据的不断积累，合成生物学的进展，以及网络计算方法和计算软件的发展与完善，网络药理学在快速向前发展着，已为疾病机制揭示及新药研发提供了更多有价值的信息。2010年，我国学者引入该概念并广泛应用于中药及其复方的研究［3］。本文将网络药理学在国内中药复方研究中的应用现状综述如下。

1　网络药理学在中药复方研究中的思路与方法

刘德麟等［4］应用网络药理学的方法研究中药方剂成分高度简化的可能与意义，发现中药方剂成分简化而药效反可更强。该方法以中药方剂为中心主要研究方剂-药效关系；以药物受点网络为中心，主要研究药物受点网络-药效关系。通过对药物受点网络的调节产生理想的药效，是现代药物发展新的方向。刘志华等［5］主要介绍网络药理学在中医药现代化中的作用及应用：网络药理学与中医证候生物学基础、中药药效物质基础、中药方剂配伍理论、中药药理学作用机制、中药方剂毒理学的研究和网络药理学与中药复方新药的开发等，为中药复方的下一步科学研究提供了参考依据与思路。孔鹏云等［6］对网络药理学与传统中医药学理论、中药复方有效成分组学的思想作比较，探讨网络药理学思想在中医药研究中的应用前景。网络药理学为解析中药复杂体系、阐述中医药理论的科学内涵提供了新的思路和方法，有助于中药新药设计及其研究开发，有利于为组分中药的研究发展，为中药现代化研究发展指明了方向。贺福元等［7］从多成分网络药理学及动力学研究现状探讨中药复方网络药理学及其动力学关键技术问题的研究方法，分析了中医药学科与网络药理学科研究的特点，根据中药复方药效物质作用的本源，结合中药现代化的要求，提出了以网络药效动力学（网络谱效动力学）为主要研究方法来构建网络药理学的思路，对所构筑拓扑网络参数及方法展开研究。马克信等［8］基于网络药理学对“解毒通络”优效抗缺血性中风方剂进行研究，以及王飞雪等［9］基于血管神经单元、网络药理学中医抗缺血性脑卒中系列药物的研发新思路，均为抗缺血性中风药物的研发提供了新的思路：综合网络药理学技术，能够发掘中医药的优势，提高抗缺血性脑卒中药物研发的成功率，减少研发的风险和成本，为缺血性脑卒中的治疗带来突破。具体方法为通过数据库检索出方剂中每味药的成分，然后利用PubChem在线检索数据库，对每味中药的有效成分进行查找，通过Drug Bank数据库提取小分子药物及药物靶点蛋白信息、代谢及基因表达信息、化合物结构信息，确定每种化合物所对应的人类靶蛋白信息，进而合并，将方剂对应的靶蛋白数据集输入IPA网络分析软件初步构建方剂的生物学网络。刘庆山等［10］在网络药理学理论指导下，分析脑缺血再灌注对神经血管单元细胞死亡和凋亡的信号通路，总结出脑缺血再灌注损伤导致神经血管单元的3种细胞（神经元、神经胶质细胞和脑微血管内皮细胞）死亡和凋亡的信号机制，重要通路有5个：炎性因子-MMPs通路-Caspases，Ca2+线粒体通路-Caspases，Ca2+-磷脂酶-PI-3K/AK通路，Ca2+-自由基-MAPK通路，Ca2+-NO-蛋白酶通路。其中重要节点是Caspases，Ca2+和NO。何小娟等［11］以类风湿性关节炎（RA）为例，用网络药理学方法可以高效地预测针对靶点网络的新药物组合，发现潜在新药。然而，这些潜在新药中哪些能最终进入研发程序还取决于实验验证的结果。在实验验证环节，研究者常利用基因双敲除或多敲除动物来模拟关键靶点网络缺失，继而评价药物组合对网络平衡的调节作用。由于中药具有多组分、多靶点的特点，研究者通常采用细胞模型对各组分间相互作用进行高通量观察，明确中药中主效应成分及次效应成分、量-效关系、时-效关系等。但还有很多难点有待突破：如跨实验平台的实验验证结果很难做到一致性、在实验动物上还无法实现对一个靶点网络的敲除等。李健等［12］介绍了RA寒、热证候相关的疾病网络的构建，证候关联中药组方规律的文本挖掘和方证对应的生物靶点网络构建等方法，初步探讨基于热性、寒性方剂对应的化合物信息构建药物靶标网络和基于证候动物模型的组学信息构建“病-证”动物表型网络的网络药理学思路。牛旭艳等［13］通过检索PubChem数据库找到RA热证的123个对证中药共有靶蛋白；通过IPA软件构建RA热证和对证中药靶蛋白的分子相互作用网络；借助定向文本挖掘筛选出治疗RA热证的知母、牛膝、苍术和黄柏4味常用中药；凭借基因芯片技术得到21个RA热证与正常人比较的差异基因。李琳等［14］提出病-证-方对应关系是将中医的辨证论治体系与西医对疾病的诊断模式相结合，研究符合中医自身规律的临床疗效评价方法和标准。运用网络药理学方法研究病-证-方对应关系，可以揭示疾病、证候、方药之间的内在联系及网络调控机理，从而更深入地把握辨证论治的精髓。李梢［15］从网络药理学、系统生物学角度提出“网络靶标”，也就是指以病证生物分子网络当成靶标，以此预测和设计最佳的药物干预方式。网络靶标以病证、方药映射于生物分子网络为目的，并在两者关系上进行机制性的计算、分析和预测，以便发现药效物质及其作用机制，阐明方剂配伍规律与方证关联，并进行组方用药的理性设计。李彦文等［16］以附子为例探讨网络药理学在中药配伍减毒研究中的可行性。李梢等［17］也认为中药网络药理学能够为中医学由经验型向证据型转型提供新的途径，同时加速发现中药药物的进程和改进当下药物研究的策略。

2　网络药理学应用于中成药的二次开发

张伯礼院士等［18］认为投入少、见效快、创新驱动中药产业跨越发展的有效途径之一是中成药二次开发。他们提出中成药二次开发理论及方法（1个目标、3项分析、5个明确及7方面提升）；进而研究论述了中药大品种培育模式、制药技术升级改造路径及核心技术体系的构建方法。他们成功地采用系统工程理论对复方丹参滴丸进行了二次开发，为网络药理学应用于中成药的二次开发提供了示范方法。由其主持的《中成药二次开发核心技术体系创研及其产业化》项目获得了2014年国家科技进步一等奖，成为中医药领域唯一获得一等奖的项目。系统工程理论应用涉及网络药理学、制药工艺品质、转化医学等相关核心技术，如临床定位技术、中药多成分-多靶点-多途径作用机制研究技术、中药药效物质辨析技术、中药药效物质体内过程辨识技术、中药制药工艺品质调优技术、中药制药过程质量控制技术、数字制药技术、中成药质量检验技术、中药工业系统工程技术等。

3　网络药理学在中药复方中的研究

李翔等［19］采用网络药理学方法和应用Cytoscape软件，针对复方丹参方中丹参素、隐丹参酮、丹酚酸B、丹参酮ⅡA、原儿茶醛、三七皂苷R、龙脑、人参皂苷Rb1、人参皂苷Rg1等9个活性成分，根据PubMed和OMIN数据库中的心血管相关疾病数据，共同建立多成分-多基因-多疾病网络模型。刘忠政等［20］应用计算机分子对接的网络药理学方法来研究复方血栓通胶囊中化学成分对血液循环和凝血过程相关靶点的作用，并得到了成分对靶点的作用网络图。王林丽等［21］通过文献检索建立血塞通抗RVO的成分-靶点网络，并用实验验证了血塞通对靶点网络中VEGF、IL-1β和IL-6的作用，阐述了血塞通治疗RVO的多成分多靶点整合调节机制；表明注射用血塞通可能通过调控炎症反应、血管生成、细胞凋亡和凝血过程发挥其抗RVO的作用。程彬峰等［22］通过建立“药物-靶点-通路-网络”的模式初步揭示了清肺消炎丸抗炎的多维调控机制；运用KEGG、PharmMapper和Molinspiration等生物信息学手段对清肺消炎丸进行吸收、靶点及作用通路的预测分析；采用基因芯片和实时定量PCR技术研究其对相关炎症基因表达的影响。杨红等［23］引入网络药理学研究方法，采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对治咳川贝枇杷滴丸（ZCPDP）中挥发性成分进行分析，通过反向对接技术预测其潜在的结合蛋白靶点，结合药理实验和分子生物学技术进行验证，探讨其治疗咳喘的作用物质基础及网络调节机制，结果从挥发油提取物中共鉴定出28个成分，其抗炎机制主要与调节TGF-β、HSP90-α受体等靶蛋白及其相关通路有关。张新庄等［24］应用分子对接、网络分析预测热毒宁注射液治疗流感的作用机制，用体外流感病毒神经氨酸酶筛选模型对网络预测结果进行验证；结果表明，热毒宁注射液所含成分在化学空间上具有类药性质；网络分析提示其可以通过与流感病毒吸附、脱壳、复制、释放等环节的多个蛋白相互作用而发挥治疗流感的作用。黄卉等［25］利用基因芯片技术取得金龙胶囊（守宫、金钱白花蛇和蕲蛇）干预后裸鼠脑肿瘤组织的差异基因表达谱，采用网络药理学和系统生物学的分析方法，进行整体性、系统性分析；结果显示，与溶媒干预的人恶性胶质细胞瘤U87裸鼠肿瘤组织比较，金龙胶囊干预的裸鼠肿瘤组织中，发现了96个差异基因（ratio>2），涉及多个生物学过程、分子功能、细胞组件和信号通路，与肿瘤发生、发展关系密切；所预测疾病的前10种差异基因中，7种为肿瘤，其中前3种均为神经系统肿瘤，分别是恶性胶质细胞瘤、星形细胞瘤和其他神经系统相关肿瘤。石起璘等［26］采用成药性分析、主成分分析、分子对接和网络分析方法综合研究藿香正气滴丸所含成分抗功能性消化不良的网络药理学性质，结果14个化合物与23个抗功能性消化不良靶标具有高网络度，9个化合物与特点蛋白具有很强的相互作用，网络分析显示藿香正气滴丸主要通过此23种有效成分协同作用来发挥治疗。杨启悦等［27］应用网络药理学研究方法探讨参芪复方在滋阴清热、益气健脾、活血化瘀兼行气导滞方面防治糖尿病大血管病变的作用机制。结果显示，参芪复方的滋阴清热效果主要通过抑制脂肪毒性，抗氧化应激，抗炎，调节血中尿素和尿酸的代谢异常，改善微循环，改善内皮细胞的分泌功能，抑制由细胞外基质积聚导致的肾纤维化，保护肾功能来达到的；益气健脾的作用主要通过抑制胰岛素抵抗，减少胰岛β细胞的凋亡，修复胰岛β细胞，从而改善胰岛病理损伤；另外，还通过调节信号通路及细胞因子，抑制心肌细胞纤维化形成、动脉粥样硬化及血管内皮损伤，保持血流通畅，起到活血化瘀兼行气导滞的功效。由此可见，参芪复方具有中医药复方的特点：多途径（血管、肾脏、心肌）、多组分、多层次（整体、细胞、分子），融调节、防御、保护于一体，标本兼治。

4　展望

中医药是一门利用辨证和整体的思维模式、方法来研究及认识人体正常生理活动和病理变化、发病机制和治疗策略、方法、疗效评价等极其复杂的医学科学体系。该“模式”很难应用单个或多种因素“加和”的微观分析方法与手段加以阐述。网络药理学与中医辨证论治及整体观的原则相符合，在方法学上具有分析、动态、整体的特点，是一种较全面系统的研究技术。为了更加切合中医药的学术特点和实际，以网络药理学来研究分析中药及其复方为解决现代中药研究的热点问题发挥巨大的作用，极大地提升中医药科技的总体水平。

我国应用网络药理学的研究已达国际先进水平，在复方的研究已达领先水平。但由于网络药理学刚刚发展起来，在我国还不足10年，需要完善的地方还很多，还需要进一步寻找与疾病相关的关键基因，难以确定的中医证候相关基因表达谱不少，有待不断地积累中药药效成分群的数据。因而存在一些不足：①研究集中在少数机构：清华大学、中国医学科学院、中国中医科学院、中央民族大学中国少数民族传统医学研究院、北京中医药大学、天津中医药大学、南开大学、天津大学、浙江大学、南京中医药大学、江西中医药大学、中山大学、湖南中医药大学、广州中医药大学、广西中医药大学、成都中医药大学等；②开展的条件与要求过高，难于广泛开展；③研究多集中在防治心脑血管疾病及肿瘤的中药复方研究，其他涉及较少甚至空白；④没有完全脱离单药单成分的研究模式，与中医病机及治法治则有机结合的研究较少，没体现出中医学科本身的规律与特色，中药复方用的还是单体来论述；⑤存在误区：网络药理学是中医药现代化的唯一途径与方法；⑥对“中药网络药理学”的概念有争议。

网络药理学随着疾病和药物基因组、蛋白质组的不断积累，加上中药化学组学的不断挖掘，以及计算软件和计算方法的发展，必将得到快速的发展，为中医药复杂体系的现代医学诠释提供新的工具［5］。应用网络药理学研究中药复方，遵循中医“病-证-方”对应，将中医的病机、治法治则与中药配伍规律与特色融为一体，有望加速中医药现代化的进展。

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