基于网络药理学苍耳子的物质基础和作用机制的分析

于盼盼，杨忠杰，郭丽娜，王单单，田会东，程铁峰，王瑞

作者单位：1漯河市中心医院药学部，河南 漯河 462300；2河南大学药学院，河南 开封 475000

苍耳子为菊科植物苍耳的干燥成熟带总苞的果实，具有散风寒、通鼻窍、祛风湿的功效，用于风寒头痛、鼻鼽、鼻渊、风疹瘙痒、湿痹拘挛［1］。苍耳子已报道的主要化学成分有挥发油类、甾醇类、倍半萜内酯类、水溶性苷类、酚酸及其衍生物、黄酮类、蒽醌类及其他化合物［2-6］。现代药理研究表明苍耳子有抗微生物、抗炎、镇痛、抗过敏作用，另外还有研究表明其具有抗肿瘤作用、对免疫系统的、心血管系统、血液系统也有一定的影响［7-11］。中药是多成分、多途径和多靶点协同作用的复杂体系，因其化学成分复杂，使得中药的深入研究困难重重，而网络药理学则为重要复杂成分研究提供了新的思路和方法。网络药理

学基于“药物-靶点-通路”相互作用网络，从整体角度、系统性预测药物多成分和多靶点的关系，强调从“单靶标”向“网络靶标”模式发展［12］。本文自2018年10月至2019年3月采用网络药理学研究方法，对苍耳子主要活性组分与作用机制进行研究，以期为苍耳子进一步深入研究提供参考。

1 资料与方法

1.1 成分筛选本研究通过中药系统药理数据库（TCMSP）（http：//lsp.nwu.edu.cn/tcmspsearch.php）检索苍耳子的所有化学成分。含有相关的化学成分为111个。对所检索化学成分进行筛选，化合物口服生物利用度（OB）筛选阈值为OB≥30%，化合物类药性（DL）筛选阈值为DL≥0.15。通过条件筛选，111个化合物分子中有14个符合条件，将其作为候选化合物。

1.2 候选化合物“成分-靶点”网络构建采用TCMSP（http：//lsp.nwu.edu.cn/target.php）在线靶标预测平台，对其候选化合物名称进行检索，整理其对应靶点，并在Uniprot（https：//www.uniprot.org）进行标准化基因名，所有靶点均为人源，最终整合化学成分靶点数据库。将虚拟筛选出的候选化合物和靶点预测得到的靶点基因输入Cytoscape 3.7.0 软件构建“成分-靶点”网络。Cytoscape 3.7.0是一款可以图形化显示网络并可进行分析和编辑的软件。

1.3 对成分靶点进行通路富集与成分-靶点-通路网络构建利用生物学信息注释数据库DAVID Bioinformatics Resources 6.8（https：//david.ncifcrf.gov）对所预测的化学成分靶点进行通路富集，以P＜0.01 对所富集的通路进行筛选，并通过Omicshare 3.0（http：//www.omicshare.com）进行可视化处理。利用Cytoscape 3.7.0对所富集的通路进行成分-靶点-通路网络图构建。分析成分、靶点和通路的相互作用，采用Cytoscape 中插件Network Analyzer 对网络拓扑参数度值进行分析。

2 结果

2.1 OB和DL预测以OB≥30%和DL≥0.15作为苍耳子活性成分的筛选条件，共筛选出14个候选化合物，其中4个化合物MOL007326［Cynarin（e）］、MOL008647（Moupinamide）、MOL011169（Peroxyergosterol）、MOL011676（carboxyatractyloside）在TCMSP数据库中未找到相关靶点，故共获得苍耳子的主要候选化合物10个，候选化合物基本信息如表1所示。

2.2 “成分-靶点”网络图分析根据筛选所得到的10 个候选化合物与其对应靶点导入Cytoscape 3.7.0进行成分-靶点网络图的构建，如图1所示。该图包括86 个节点（10 个活性成分和76 个相关靶点）和108条线，其中蓝色圆形代表候选化合物，绿色方形代表相关靶点，线表示活性成分和相关靶点的关系。度值（Degree）和介数值（betweenness）可反映节点的重要性，本图中节点的大小表示度值的大小。

表1 苍耳子预测的10个候选化合物信息

图1 苍耳子主要化合物-靶点（C-T）网络图

从图1 中可知，化合物MOL000358（β-谷甾醇）有最多的潜在靶标（36 个），其次是MOL000471（芦荟大黄素）和MOL000011（黄花菜木脂素A）分别有23和18个潜在靶标，靶点较多的活性成分可能在苍耳子的药理功能中发挥重要作用。相关研究表明，β-谷甾醇具有抗氧化、降低胆固醇、抗炎、免疫调节、抗肿瘤和中枢神经系统作用［13］；芦荟大黄素具有心血管保护、保肝、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗炎、皮肤调理、免疫调节及泻下等药理作用［14］，黄花菜木脂素A具有抗氧化、抗炎、抗病毒、抑制平滑肌收缩、降血脂等作用［15］。在相关靶点中，细胞核受体共激活剂2（NCOA2），前列腺素G/H 合成酶2（PTGS2），孕酮受体（PGR）的度值分别为6、5、4，表明活性成分在靶点上具有协同作用。其中PTGS2 是经典炎症靶点，与5个化合物相互作用，可能是苍耳子发挥药效的关键靶标。其中19 个靶点至少与两个活性成分相连，说明了苍耳子发挥药效是多靶点协同作用的结果。

2.3 潜在靶点富集分析为阐明苍耳子中主要成分的作用机制，采用DAVID 数据库对所预测的76个靶点进行通路富集分析共得到85 条通路，根据P＜0.001 进行筛选，筛选所得通路共37 条，涉及癌症信号通路（Pathways in cancer）、神经活性配体-受体相互作用通路（Neuroactive ligand-receptor interaction）、磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/AKT（蛋白激酶B）信号通路（PI3K-Akt signaling pathway）、乙肝（Hepatitis B）、钙离子信号通道（Calcium signaling pathway）、甲状腺激素信号通路（Thyroid hormone signaling pathway）、癌症中的蛋白聚糖（Proteoglycans in cancer）、小细胞肺癌（Small cell lung cancer）等，见表2。

表2 富集分析中通路信息（前10条通路）

利用Omicshare 平台对靶标命中数量排名前20的通路进行可视化处理，结果见图2。通路富集中度值较大的神经活性配体-受体相互作用通路（Neuroactive ligand-receptor interaction）、乙肝（Hepatitis B）和癌症信号通路（Pathways in cancer），可能是苍耳子发挥其神经系统、免疫系统及抗肿瘤作用的主要作用通路。另外通路富集中P值排名前二十的通路中有10个与肿瘤相关，5个与神经系统有关，预测苍耳子作用靶点的通路可能在治疗肿瘤和神经系统上也有优势。

图2 苍耳子主要成分富集通路气泡图（前20）

2.4 成分-靶点-通路网络构建及拓扑分析采用Cytoscape 3.7.0 对所筛选得到的10 个成分、37 条通路以及其相关靶点进行成分-靶点-通路网络的构建。共得到节点99个（包括9个化合物，53个靶点，37个通路），边413条，见图3。其中一个化合物、23个靶点未富集到通路。对网络进行拓扑参数分析，结果显示排名前十的靶点分别为PIK3CG，RELA，TP53，PRKCA，CASP3，CASP9，TNF，BCL2，JUN，BAX等靶点在网络具有较高的度值，说明这些靶点在苍耳子发挥抗肿瘤、抗炎、免疫系统作用等药效的过程中具有重要作用。

图3 苍耳子“成分-靶点-通路”网络

度值最大的通路PIK3CG 是磷脂酰肌醇3-OH激酶（PI3K）的一个催化亚基，参与细胞增殖、凋亡、迁移、炎症反应［16］，另外该基因的沉默可导致结直肠癌发生和发展［17］。RELA是NF-κB转录因子蛋白的一个亚型，NF-κB 通过调节Th1/Th2 细胞因子的比例，可降低IgE的表达，进而影响变应性鼻炎的发生发展［18］。体现了苍耳子治疗疾病的多成分、多靶点、多通路的协同作用。

3 讨论

苍耳子现有研究主要为抗肿瘤、抑菌、抗炎镇痛、降血糖等［19］，本研究采用网络药理学对苍耳子的活性成分、作用靶点、主要信号通路等方面的关联性进行了分析。共筛选出10个候选化合物，相关靶点76 个，相关通路共37 条。度值前三的候选化合物为β-谷甾醇、芦荟大黄素、黄花菜木脂素A，β-谷甾醇具有抗肿瘤、抗炎、降胆固醇等活性［20］；芦荟大黄素可以明显改善NASH 肝细胞的脂肪变性、炎症浸润等病理损害［21］。度值前三的靶点为PIK3CG，RELA，TP53，其中PIK3CG 在心肌梗死、血栓形成及动脉粥样硬化等心血管疾病中起着重要作用［22］，预示苍耳子可能具有治疗心血管疾病的作用。作用靶点参与的作用通路涉及神经系统、抗炎、乙肝、免疫系统及抗肿瘤等通路，其中有10条与肿瘤相关，5 条与神经系统有关。由此可推断苍耳子可通过炎症、免疫等通路起到散风寒、通鼻窍、祛风湿的功效。同时本研究显示，苍耳子还可能通过神经系统、肿瘤等通路发挥神经系统及抗肿瘤等作用，为苍耳子进一步深入探讨作用机制及研究方向奠定了良好基础。

综上所述，本研究应用网络药理学方法对苍耳子的化学成分、作用靶点和相关通路进行了探索性研究。研究结果初步验证了苍耳子的基本药理学作用和相关机制，并为进一步深入探讨作用机制奠定了良好基础。然而，网络药理学作为一种新兴的药物研究手段，还存在一定的局限性，依托数据库以数据研究为基础对其药效进行研究，还需要更多药理实验研究才能将得出的结论应用于临床。同时，本研究在筛选化合物中存在局限性，可能导致主要成分筛选不充分，药理作用研究不全面；中药在炮制前后成分可能发生改变，并且药效、毒性也会不同，药效及机制研究不明确，尚需进一步深入研究探讨。