网络中药药理学研究进展

蒋文仪 ，包艺运，都广礼

(1.上海中医药大学，上海 201203；2.上海徐家汇街道社区卫生服务中心，上海 200030； 3.上海市徐汇区中心医院，上海 200031)

中医药治疗的特色是对复杂性疾病从总体角度出发，进行整体疾病的辨证论治，并将疾病的病因，机制从整体的角度进行把握，运用方剂时，使用“君、臣、佐、使”的方式进行药物的搭配，通过多味药物进行协调，从患者的整体出发，实现对机体紊乱的调节。故中医药治疗体现了多种成分，多种靶点和系统调控的思想。网络药理学是在网络生物学与多向药理学的基础上提出的药物设计的新思路，从各种药物相互联系，与中医整体观念，多靶点等核心思想相一致[1]。所以，网络药理学和中医药的研究相互渗透，并取得了较好的研究成果[2-3]。现将网络中药药理学的最新应用与进展综述如下。

1 网络药理学的概念

西医概念中的药物，期望“一种药物只能用于一个靶标，治疗一种疾病”，并且一直影响药物发现，筛选，靶标确认，药物设计和临床试验等。随着系统生物学的发展和药物研究的深入研究，发现现有的西药药物只能阻断生物网络中的一个环节，阻断其通路，生物信号可以通过旁路进行传导，并且往往达不到预期的疗效[4]。人体是一个信号传导网络非常复杂的整体，并利用生物网络进行抽象和概括，可以提升对人体复杂性网络信号的认识。现代中药具有“多向药理学”的特性，能够作用于多个靶点和多个信号通路，达到更好的疗效。网络药理学是基于网络的构建和分析技术为一体，综合系统生物学和多向药理学发展而来一种的药物研究的新方法和新理论[5-6]。网络药理学不仅仅局限于生物网络，还包括药物-药物网络，药物-靶标网络，药物-疾病网络，用抽象和直观的网络方法呈现他们之间的联系[7]，已经逐步发展成一个药物开发的平台。

2 网络药理学分析技术的概述

网络药理学综合了靶标，药物和疾病三个方面，并将网络作为中间的节点，三者之间的联系作为边，通过复杂的网络分析方法，通过分析得到更高层次的信息。网络药理学分析技术刚刚起步，尚无成熟的方法，相比较常用的技术主要有数据的获取和验证，网络可视化和网络分析技术。

3 数据的获取和验证

3.1 高通量技术

在细胞和组织完好的情况下一次性检测成百上千的检测指标，具有实时，较为均质和具有可视化等优点；双高通量基因检测表达技术：具有对基础数据和网络模型具有验证作用，具有灵敏度该，特异性强，重复性好等特点；分子相互作用技术：其原理是利用表面等离子共振传感片表面折射率的变化，这一折射率与传感器表面生物分子质量成正比。可以对两个或者多个生物分子进行实时监测，可以测定生物分子包括蛋白质，核算，小分子肽和药物等，具有精度高，高通量和无需标记等检测特点。

3.2 网络可视化技术

通过网络可视化工具如GUESS，Cytoscape和Pajek等工具，形成一个相互联系，能够反映全部的网络化过程。一般讲网络可视化技术分为两个阶段，第一阶段为网络化属性，通过对各个节点的添加和连接等属性，通过连接各个节点，形成形象的网络属性；第二阶段：通过丰富的特征手段，将内容更加直观，更加形象的形式呈现。

3.3 网络分析技术

对已经构建的网络进行技术分析，对信息进行提纯，获得有用的信息。网络技术分析更加作用不同分为三类：1)通过网络拓扑学分析出网络本身统计的属性，从而得出网络本身潜在的隐藏信息，从而达到得出更加直观信息；2)通过对网络信息进行比较和网络生成，并对可靠性进行验证；3)通过对网络的聚类和分层，通过对网络的简化算法，对潜在信息进行分析的方法。

4 网络药理学在中医领域的运用

中药成分复杂，在体内代谢过程更加复杂，应用网络药理学对其众多化学成分和人体内蛋白质复杂的相互关系进行研究，主要运用于中药的配伍研究和中药药效物质的基础研究。其中应用最多的是药物活性成分，潜在靶标和可能干预的信号通路进行研究。通过计算机技术对相似化合物在药物-网络中具有聚类的特性，在药物-靶标网络中，度高的靶标能够与中药的多种成分相互作用，并作用多个靶点，具有多向药理学特性。在靶标-疾病网络中，度高的靶标能够与多种疾病的相应靶标进行作用。

4.1 中药的有效活性成分

中药网络药理学中，基于药物结构，功效和相似性，可以构建药物-药物，药物-靶标等网络，预测药物的功效和特性功效的药物，是研究药物有效成分的一种新的手段。有研究表明高通量技术和网络药理学在重要活性成分筛选中的应用，通过快速制备药物，高通量药物筛选，现代的芯片技术和组合药物靶向药物网络对中药成分进行筛选，并对活性成分，毒性成分进行筛选，并对分子机制进行研究，是中药网络药药理学的关键研究技术[8]。一项对葛根芩连汤通过中药网络药理学理论，对已知化学成分靶点进行预测，通过现有已经被FDA批准的糖尿病靶点药物进行聚类分析，推测出19中活性化学成分，并在实验室中得到验证[9]。另一项项目研究中在对中药成分分群的基础上，增加化学成分量的指标，建立量化成分-靶点网络。在华东师范大学建立了中药综合数据库TCMID共收录了47 000个处方，8 159个中药及25 210个成分。3D-MSDT收录了中药有效成分的二维或者三维结构等信息，通过这些数据库，获得中药有效成分。

4.2 预测中药作用的靶点

网络中药药理学中药靶点分析首先对中药化学成分进行分析，获取化学成分后，利用计算机对各种成分蛋白靶点进行预测，或者通过现有的数据库如TCMID数据库，Herb BioMap 数据库等获取化学信息。通过计算机虚拟筛选各种蛋白靶点进行预测。目前分析靶点比较成熟的网络分析平台，如drugCIPHER网络模型，AlzPlatform 化学基因组学平台和TCMID 数据库等。苑婕等[10]通过KEGG数据库进行搜索，对小分子药物，酶，蛋白和离子通道等药靶数据作为训练集，随机森林法进行药物-靶点模型作用验证，并构建药物成分-靶点-疾病网络，得到结果得到文献验证。有一项对复方血栓通胶囊化学成分进行验证，得出成分靶向作用网络图，并对治疗视网膜静脉阻塞的调控提供了依据[11]。Ye等[12]从各大著名数据库中取得海量文献中草药有效成分蛋白靶点数据库信息，建立第一个中草药有效蛋白靶点数据库，成为首个中草药-活性成分-蛋白靶点的综合信息。李翔等[13]对复方丹参中的9中活性成分，通过Pubmed数据构建出多成分-多靶点-多疾病相关关系，利用OMIM的数据库和 Cytoscape软件，构建成多蛋白成分，多种基因序列及疾病群的网络模型，发现复方丹参具有新的临床适应证，具有广阔的运用前景。

4.3 阐明药理作用机制

中药在疾病治疗的实践中证实，疗效是确切的，但中药作用疾病的机理一直是中药研究中的难点，可能与中药的整体观和辨证论治具有灵活性等密切相关。在常规处方中，往往以复方的形式运用在临床疾病的治疗过程中，其含有多种蛋白活性成分，对针对不同靶点发挥不同的药效，药物和靶点形成一个极为复杂的网络。吕明等[14]运用IPA(ingenuity pathway analysis)等生物信息学方法，分析中药成分中抗血栓中的活性成分及其作用机制。从丹参、川芎和红花中得到25个单体和29个血栓相关分子的作用网络关系，推测出含川芎、丹参和红花活血化瘀中成药抗血栓作用，可能与抑制炎症介质的释放具有相关性。牛旭艳等[15]通过定向文本发掘，PubChem小分子化合物数据和IPA网络构建等方法发现在治疗类风湿性关节炎的有效中药成分中，并通过基因芯片技术发现类风湿性关节炎共有21个差异基因，通过PubChem 数据库检索发现类风湿性关节炎中药共有123个靶点。通过IPA软件对类风湿性关节炎中药靶点网络通路进行分析发现生物通路有：辅助T细胞CD28信号通路，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子信号通路，细胞毒T细胞信号通路和T细胞受体信号通路等。吴钉红等[16]采用网络药理学的方法快速筛选出清热中药治疗冠心病的有效活性成分，并构建出药物-靶标-疾病网络，并发现5类清热中药中化学成分中的差异，并将有效成分与相关靶标作用机制进行可视化。王冬梅等[17]采用化学空间，分子靶标和网络技术研究四物汤对银屑病的机制中发现四物汤中的当归在治疗银屑病中具有重要作用。另一项研究通过IPA软件对生地黄对银屑病的效应机制进行研究发现，通过肿瘤抑制蛋白，肿瘤坏死因子和NF-kB信号通路对银屑病具有重要的疗效。黄卉等[18]利用基因芯片技术发现金龙胶囊治疗脑肿瘤组织的基因差异表达谱，发现基因芯片具有96个差异基因，并涉及到多个生物学过程，细胞信号通路，与肿瘤的发生发展具有密切联系。Zhang 等[19]通过对热毒宁注射液治疗上呼吸道感染治疗，通过网络分析技术和分子对接技术分析，发现药物抑制病毒复制的机理可能与调节生命周期蛋白和宿主细胞免疫功能达到抑制炎症发展。Sheng 等[20]通过化学基因助学数据库发现血塞通可以明显改善凝血系统的激活。中药的作用相关机制与西药作用疾病单个靶点不同，中药成分对单个靶点的作用较弱，而通过网络的协同作用，从而达到对疾病的整体治疗，故通过建立化学成分-靶向-信号通路-疾病多层网络模型，并对中药成分作用疾病信号通路进行研究，系统的中药作用疾病的核心成分。

4.4 发现中药新的活性化合物

中药由于化学组成复杂，往往经验用药，随着生物分析技术的发展，对中药活性成分越来越清楚，中药组方往往包含多靶点药物。目前通过多种类型的数据库，通过口服利用度进行筛选，吸收，分布，代谢和排泄等特征性分析，对靶点进行预测，利用网络工具，建立网络药物数据库和分析平台，为发现新的天然药物活性成分具有重要临床价值。在一项肝复乐对肝癌治疗的机制研究中，通过网络药理学技术，对分子-靶标-疾病之间的相互关系，对肝复乐类药物进行预测，分子对接，多成分-多靶点-多途径的网络模型进行建立，发现有8个肝癌靶点和69中具有潜在抗癌的活性成分，并发现肝复乐对其他癌症，感染性疾病和神经疾病具有潜在的治疗作用[21]。另一项研究发现银杏叶具有34中化学成分，并发现多个作用靶点，可能对心脑血管疾病的治疗具有潜在的靶点[22]。Gu等[23]通过对197 201中天然复合物的主要成分分析发现与美国FDA批准的药物在化学结构上具有高度的一致性，认为天然中药成分中具有发展为先导化合物的可能，故与现有FDA批准的药物进行靶点分析和成药分析，发现具有10中最具有潜能的化合物，Gu等[24]通过构建心血管疾病草药数据库，包含了35 230个化合物和2 395个蛋白靶点，故中药治疗心血管疾病提供新药研究和开发平台。Sun等[25]利用网络药理学和比较蛋白组学的方法，发现熊去氧胆酸合成先导抗癌单体U12的抗癌活性明显优于熊去氧胆酸，副作用比氟脲嘧啶小。

4.5 疾病的新适应症开发

中药成分为多种活性成分组成，对疾病的治疗是通过疾病多种靶点和相互作用的信号通路进行假设，建立药物-靶点-信号通路和疾病的治疗网络模型，并对中药新适应症进行推测李翔等[13]发现复方丹参通过网络药理学进行分析发现该药具有9种生物活性，根据多种数据库相关知识建立多种成分-多基因网络，利用Cytoscape软件建立多成分-多基因-多疾病网络模型，发现9个活性成分可以调控高达42个与心血管疾病相关的基因，涉及到糖尿病，高血压和胰岛素抵抗等多达30多种疾病，故认为复方丹参具有多种新的适应症。有学者[26]对天麻钩藤饮进行网络药理学分析发现其适应症不仅在治疗原发性高血压，而对肿瘤，神经系统疾病和哮喘方面具有重要的价值；茵陈蒿汤除了可以治疗黄疸，对前列腺癌和胰腺癌具有很重要临床价值[27]；热毒宁对抗流行性感冒外，对肺结核，糖尿病，肿瘤和心血管疾病和免疫性疾病具有重要的治疗作用[28]。

4.6 合理设计新方

中药的方剂以“君、臣、佐、使”为基本原则组成，现有的中药研究认为中药靶点越多，中药成分也就越重要。张建永等[29]在网络药理学的基础上，观察丹参山楂有效分配伍发现组方通过同一靶点或者不同靶点发挥抗动脉粥样硬化作用；范骁辉等[30]采用网络药理学的策略筛选出小青龙汤类方具有宣肺平喘和助阳解表的功效；韩彦琪等[31]你用网络药理学等方法对元胡止痛滴丸对原发性痛经进行合理性进行研究发现，元胡具有中枢镇痛，通过平滑肌受体，血栓素和血管紧张素等靶点发挥止痛的作用，而白芷通过参与痉挛和炎症的信号通路的调节，起到辅助止痛作用，两者合理配伍，起到最佳的止痛的疗效，为止痛组方提供了依据。Tao等[32]通过郁金方中的58中活性成分，32个蛋白靶点进行网络药理学进行分析，发9中最重要活性成分7中来自郁金，栀子潜次于郁金，故郁金为君药，而栀子为臣药，冰片和麝香由于蛋白靶点较少，由于不直接作用于疾病，能够减少君臣两药的毒副作用和增强活性成分在把器官的作用。在新药的二次开发中，网络药理学的应用范围被逐渐扩大，通过网络药理学的方法对高效预测网络新药的新靶点，发现新药靶点，在传统方剂和中成药的基础上发现新药例如对云南白药中植物药进行二次开发，形成一系列新药，网络药理学的发展和运用为中药研究提供新思路和新手段。

5 结语与展望

网络药理学与中医的辩证论治的整体观相结合，为较为全面的分析研究技术，具有动态分析和整体观点的方法学。网络药理学与现有的基因组和蛋白组结合，加上中药化学组学相结合，通过计算机软件和计算机先进的计算方法，遵循病症方相对应，将中医的疾病，治疗方法和中药配伍融为一起，用网络药理学的方法分析中药多种活性成分，解决现代中药学研究中的难点和热点，大大提高了现代中药学的研究的科技水平。由于我国中药网络学的研究还不到10年，需要完善的地方太多，进一步需要寻找疾病的关键靶向基因。尽管网络药理学取得了一定的进展，但已存在一些需要解决的问题[33-34]：1)研究机构集中在少数的大学，开展条件过高，一般的院校难以广泛开展；2)网络药理学数据的获得往往需要专门的软件，需求加大科研的投入力度，并在主要研究集中在心脑血管疾病和肿瘤的研究，其他疾病涉及较少；3)网络药理学需要建立复杂的网络模型，需要多途径多靶点释放药物，对传统单靶向，单途径不一样，需要更大的经费投入，单个团队可能不一定能够开展和完成；4)由于网络药理学分析方面还缺少定量分析的方法，体内活性药物在不同人，不同组织中均有差别；活性化学成分在潜在的靶点作用的机制仍不明确，无法直接结合或者间接结合；5)网络药理学缺乏数学模型和定量分析检测，中药活性成分在不同组织和中药活性成分的不同的体内分布；6)中药检测过程中，可能有活性化学成分的疏漏。当然随着网络药理学的发展和新技术的结合，临床使用中药具有广阔的应用前景，利用网络技术发现新药中的活性成分，发现新药先导化合物，越来越多的中药方剂作用靶点，药理机制和组方将得到阐明，中药的认可度不断抬高，使中药成为国际化和现代化的步伐又进了一步。