基于BATMAN－TCM在线分析平台研究牛黄药理机制

马颖，程紫嫣，王博龙

(宜春学院化学与生物工程学院，江西宜春，336000)

牛黄又名西黄、犀黄、丑宝，习称“天然牛黄”，其在我国已有2000多年的药用历史，始载于《神农本草经》，为牛科动物牛(bos taurus domesticus gmelin)的干燥胆结石。其味苦，性凉，具有清心解毒、凉肝息风、豁痰开窍等功效，用于治疗热病神昏，中风痰迷，惊痛抽搐，癫痈发狂，痈肿疗疮，咽喉肿痛，口舌生疮等症［1］。天然牛黄的化学成分主要有胆红素、胆汁酸、胆固醇、蛋白质、脂肪酸及无机元素等，研究表明其对中枢神经系统、心血管系统、免疫系统、消化系统、呼吸系统、血液系统等有一定的影响，具有解热、镇痛、抗炎、镇静、降压、利胆、保肝、抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力等活性［2］。

牛黄药理作用广泛，具有“一方多效”的特点，但其具体药效成分及作用机制并不清楚。传统的药理试验是研究“一方多效”的常规方法，但存在研究盲目、不系统、耗费高、耗时长等弊端，很难从系统的层面揭示某个方剂多成分、多靶点、多功效的药理机制。网络药理学、系统药理学等新研究理念提出，为中医药现代化研究带来了重大变革［3－5］，运用生物信息学数据库和拓扑算法构建药物分子网络、靶标网络，研究中药方剂多成分、多靶点、多功效的药理机制，可以有效揭示“一方多效”科学内涵。本研究运用网络药理学研究平台BATMAN－TCM，分析牛黄化学成分、作用靶点以及疾病之间的相互关系，旨在全面揭示牛黄药效物质基础及作用机制。

1 材料与方法

1．1 牛黄活性成分筛选及对应靶点预测

在BATMAN－TCM数据库中，以“牛黄”为关键词，设置“药物－靶点”相似性模型阀值Score cutoff≥20和P≤0．05，检索筛选牛黄活性成分及对应的潜在靶点。运用Cytoscape软件构建牛黄类药成分及其对应靶点网络关系图。

1．2 靶点KEGG信号通路和疾病表型分析

利用BATMAN－TCM在线平台的丰度分析(KEGG pathway分析与Gene Ontology分析)与疾病表型分析功能，预测牛黄靶点富集的信号通路与疾病。

1．3 成分－靶点－通路－疾病网络构建与分析

根据预测结果，对显著富集的KEGG信号通路和OMIM/TTD疾病表型进行关联分析，构建成分－靶点－通路－疾病网络，全面直观地阐述牛黄的多维药理机制。

2 结果

2．1 牛黄主要类药成分及其作用靶点

在BATMAN－TCM平台输入牛黄，得到主要化学成分共13个，其中11个化学成分具有潜在靶点，化合物信息及其对应靶点关系图详见图1、表1。如图1所示，麦角胺、去氧胆酸、牛磺酸、胆绿素等成分靶点较多，推测其应是牛黄主要药效成分。

图1 成分－靶点网络Fig．1 The network of ingredients － targets

表1 牛黄中类药成分Table 1 Drug－likeness ingredients in calculus bovis

2．2 靶点KEGG通路分析

如表2所示，15条信号通路中包括神经系统6条:神经信号传递通路、逆行内源性大麻素信号、谷氨酸能突触、血清素神经突触、多巴胺能突触、GABA能突触;心血管系统4条:钙离子信号通路、CGMP－PKG信号通路、心肌收缩、心肌肾上腺素信号;炎症方面1条:PPAR信号通路;生物合成方面3条:类固醇激素生物合成、氨基酸代谢、甘油磷脂代谢;以及内分泌和其他因子调节的钙再吸收。

表2 牛黄KEGG信号通路Table 2 KEGG signaling pathway of calculus bovis

续表1

续表2

2．3 靶点疾病表型分析

如表3所示，牛黄药理作用广泛，其疾病表型分析主要集中在疼痛、中枢神经系统以及心血管系统三个方面。

表3 牛黄靶点及其对应疾病Table 3 Targets of calculus bovis and its corresponding diseases

续表

2．4 牛黄活性成分－靶点－通路－疾病网络

如下页图2所示，七边形节点代表主要活性成分，五角星节点代表主要靶点，圆形节点代表主要KEGG信号通路，正方形节点代表OMIM/TTD疾病。靶点节点、通路节点和疾病节点的大小与其在网络中的权重成正比，包括作用于活性成分的数目、通路中所涉及的靶点数目，以及已知疾病相关基因的目标数量。

3 讨论

牛黄靶点富集得到的15条信号通路绝大多数分布在炎症、神经和心血管方面。主治疾病为疼痛、中枢神经系统及心血管系统疾病，与其临床应用在疼痛、中枢神经系统、心血管系统、血液循环系统、呼吸系统以及免疫系统的现状高度吻合。

牛黄具有镇静、抗惊厥、解热镇痛等多种中枢神经系统药理作用［6］。惊厥是中枢神经系统功能紊乱的一种常见表现，与脑内抑制性递质γ－氨基丁酸和兴奋性递质谷氨酸作用失衡密切相关。实验［7］发现牛磺酸可以激活谷氨酸脱羧酶，促进大鼠脑内γ－氨基丁酸的释放，从而产生抗惊厥作用。而本研究发现牛黄中牛磺酸、麦角胺、去氧胆酸、去氧皮质酮等多个有效成分能作用于多巴胺受体D1(dopamine receptor D1，DRD1)、γ－氨基丁酸(gammaamino butyric acid，GABA)受体、5－羟色胺(5－hydroxytryptamine，5－HT)受体、两种阿片受体(OPRL、OPRK)等多种神经递质受体，直接激动或阻断相关受体，产生镇静、抗惊厥、解热镇痛等多种中枢药理作用。

图2 成分－靶点－通路－疾病网络Fig.2 Network of ingredient－target－pathway－disease

牛黄在心血管系统作用广泛，不仅能降血压，还能抑制心率和增强心肌收缩力［8］。本研究发现其心血管药理作用主要基于钙离子信号通路、CGMP－PKG信号通路、心肌收缩、心肌肾上腺素信号通路。作用于肾上腺素能受体(ADRA)、人血管紧张素Ⅱ受体(AGTR)、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)等来治疗高血压、心力衰竭等疾病。李辉等［9］研究发现牛磺酸的降压作用机理与抑制心血管组织局部RAS功能有关，也与抑制组织促增殖因子的合成、释放有关，同时还能有效地抑制靶器官脂质过氧化损伤。

此外，牛黄的疾病表型分析显示其能治疗多种疼痛性疾病，郝文利等［10］实验也发现牛黄胆酸通过阻断DA受体与5－HT2受体结合，并降低小鼠脑中的PGE2含量，产生解热和镇痛作用。本研究牛黄靶点富集到PPAR炎症信号通路，以及作用于5－HT、DA、NR3C1、PTGS、CNR1、OPRL和OPRK等靶点，推测其可能通过外周抗炎，中枢镇痛两方面机制来治疗疼痛性疾病。

总之，牛黄成分复杂，药理作用多样，本文基于网络药理学技术，初步阐明了其在心血管系统、神经系统和镇痛等方面的药效物质基础及分子机制，为牛黄的临床应用及开发提供了新的思路。