基于网络药理学的类风湿关节炎药物治疗研究进展

吴晨，魏昀，高慧琴

(甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000)

类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)是以对称性、进行性、侵蚀性关节炎为主要临床表现的系统性自身免疫疾病[1]。RA严重损伤关节和滑膜，至病变晚期，纤维组织增生或钙化形成可导致关节强直和畸形，关节功能产生明显障碍[2]。据报道，RA患病人数约占世界总人口的1.0%，我国患病率约为0.3%左右[3-4]，若不及时接受治疗，其5～10年致残率约为60%，30年以上致残率约为90%，严重影响了患者的身体健康和生活质量[5]。

网络药理学由HOPKINS[6]于2007年提出，即：药物通过作用于多靶点，进而产生相互作用最终达到减毒增效的效果。网络药理学从相互联系的角度研究问题，恰恰与中医药的整体观思想不谋而合。因RA病程绵长、机制不明、较难治愈，全球对于RA的研究投入较大却收效甚微，故本文借助网络药理学对RA的治疗最新研究进展进行综述，为临床治疗RA提供新思路。

1 文献统计分析

通过美国科技信息所(ISI，Institute for Scientific Informsction)旗下的 SCI 网络版数据库 Web of Science 设置“主题=(Network pharmacology) AND Rheumatoid Arthritis，数据库=SCI-EXPANDED，检索时间=2009.10—2019.10”，人工筛去重复文章后共得到相关论文49篇，该类文章发表数量呈逐年递增趋势，其中，中国(31篇)、美国(7篇)及加拿大(2篇)暂列世界文章发表数量排名前三。相关论文在世界范围内项目支持排名前三分别是：国家自然科学基金(21篇)、北京市科技新星计划(3篇)、国家973计划(3篇)及香港浸会大学基金(2篇)。由此可见，在网络药理学与RA及中医药结合这一方面，我国有较多的研究并取得了一定成果，这与国家科研项目的大力支持是分不开的。

以中国知网(CNKI)包括中国学术期刊网络出版总库、中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库及中国重要会议论文全文数据库为数据库来源，于2019年10月10日以“类风湿关节炎”和“网络药理学”为关键词检索到近10年发表的相关研究论文，共45篇，该类文章发表数量除2014年和2018年稍有减少外，整体呈上升趋势，其中以中国中医科学院(10篇)、北京中医药大学(7篇)、广州中医药大学第一附属医院(4篇)和贵阳中医学院(4篇)暂列发文数量排名前三，国家自然科学基金(14篇)对该方面课题研究支持力度最大。并且该研究方向直接作为2名博士和8名硕士的毕业研究课题。

2 网络药理学方法的统计分析

网络药理学研究主要步骤分为：(1)目标研究中药化学成分库的建立；(2)化学成分作用靶点的预测；(3)RA疾病靶点数据库的构建；(4)映射成分作用靶点与疾病靶点寻找相同靶点交集；(5)构建成分-疾病靶点网络图谱并进行拓扑分析；(6)GO分析和通路富集分析[7-10]，但在实际操作中各平台使用却有所不同，不同数据库、平台及分析软件各有特色。此处，以基于网络药理学对RA的研究为例，对近十年来文献中的常用方法进行统计分析(见表1)。

表1 网络药理学常用数据库平台及软件

注：表中步骤与上文主要步骤序号对应

曾丽盈等[11]查询中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)获得昆明山海棠-益母草药对的潜在活性成分及其对应的靶点，通过DisGeNET、Therapeutic Target Database和Drugbank 数据库收集构建RA疾病靶点库，通过Image GP平台映射药物与疾病共有靶点并使用String数据库构建共有靶点互作(PPI)网络模型结合Cytoscape软件建立“药物-成分-靶点”网络，使用Clue GO插件对靶点进行GO分析和KEGG通路富集。毛霞等[12]采用drug-CIPHER-CS软件以到达时间(Hitting time)大于中位数做为筛选标准预测白芍所含化学成分和候选靶标分子，通过查询DrugBank、OMIM、GAD和KEGG数据库收集到208个已知RA相关基因构建RA疾病靶点库。李玮婕[13]通过台湾中医药资料库(TCM Database@Taiwan)检索白虎加桂枝汤的五味中药所含化学成分并结合超高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术(UPLC-Q-TOF-MS)鉴定白虎加桂枝汤水煎液的真实有效成分，构建化学成分库；采用全基因组表达谱芯片检测技术(Agilent Whole Rat Genome Microarray)对佐剂诱导性关节炎(AIA)大鼠关节滑膜组织的cRNA样本进行分析统计，构建AIA关节炎疾病基因库。

不难发现，在网络药理学实际操作中，构建化学成分库不仅可以通过查询TCMSP等数据库，还可以通过仪器分析手段获得实时定性定量的化学成分库。查询数据库具有极佳的便捷性，通过口服利用度、生物利用度和类药性等指标能够高效地确定目标中药的成分；但中药成分极为复杂亦或共煎中药导致成分变化使得通过仪器分析构建成分库的优势展现出来，数据库查询只能确定单一中药的提取成分，但仪器分析却可以构建“真实世界”的中药化学成分库。此外，构建疾病靶点库主要通过查询不同数据库，这有助于全面收集构建已确定或预测的疾病靶点。通过Unipront ID映射成分作用靶点与疾病靶点寻找相同靶点较通过靶点名称来映射筛选相同靶点的方法则有助于排除靶点英文名大小写或是缩写带来的误差。GO分析和KEGG通路富集通过Cytoscape和DAVID等分析软件完成，Cytoscape集成组件对GO分析的可视化程度较高但数据分析能力较薄弱；DAVID具有较强的GO和KEGG统计分析能力，但其结果只能借助Image GP等第三方绘图平台对结果进行可视化展现。

3 治疗RA主要化学成分的统计分析

中药治疗RA的优势在于多成分多靶点，在治疗过程中多种成分协同作用对RA的不同靶点进行干预。但这也使得中药面临成分不明，机制不定的困境[14]。网络药理学通过查询化学成分数据库或色谱技术分析药物成分，构建起目标中药的真实化学成分库(见表2)，将这些成份作用靶点与RA疾病靶点映射筛选，挖掘能够治疗RA的目标中药所含成分。对明确中药有效成分、探究药物作用机制具有一定指导意义。

魏欣等[15]通过网络药理学研究方法对白仙风汤组方中的白芍、甘草、青风藤、威灵仙4味中药研究发现：白芍含有山奈酚(Kaempferol)、芍药苷(Paeoniflorin)和丁子香萜(Mairin)等10种有效成分；甘草含有甘草苷E(Licorice glycoside E)、亚甲二氧基异黄酮(Glyzaglabrin)和甘草异黄酮(Licoagroisoflavone)等66种有效成分；青风藤含有β-谷甾醇(beta-Sitosterol)、拉兹马宁碱(16-epi-Isositsirikine)和千金藤啶碱(Stepholidine)等6种有效成分；威灵仙含有豆甾醇(Stigmasterol)、铁线莲苷A(ClematosideA'_qt)和恩比宁(Embinin)等8种有效成分，除重整理后共得到83种白仙风汤组方中治疗RA的有效活性化合物。DUAN等[16]通过网络药理学方法发现风湿定胶囊的主要成分为水杨素(Salicin)、丹皮酚(Paeonol)、甘草苷(Liquiritin)和白茅苷(Imperatorin)对RA靶标具有靶向作用。杨欣等[17]利用TCMSP、DAVID等数据库检索熊果酸(Ursolic acid)的潜在治病靶点，采用分子对接技术(iGEMDOCK，Systems Dock)对熊果酸和 RA 靶标蛋白进行能量匹配，发现熊果酸对RA具有较好的抑制作用。

表2 治疗RA的常见成分汇总

注：该表仅为常见治疗RA的化学成分汇总，并非全部

中药来源广泛，成分复杂，已知对于RA具有治疗作用的成分可能只是“冰山一角”。生物碱类、黄酮类、皂苷类、类固醇类等化学成分均对RA具有疗效。因RA发病机制不明，借助网络药理学筛选已有文献报道的中药成分或尚未报道的预测成分，为中药研究提供了新思路。

4 治疗RA靶点通路的统计分析

RA的发病与多基因、多通路、多途径的分子功能网络相互作用相关(见表3)[18-19]，因RA致病原因广泛，证候多样，虽已有大量治疗RA的临床和实验报道，但RA“药-证”对应的分子机制尚不清楚。所以，网络药理学可以从蛋白、基因、信号通路等层面解释中药多靶点治疗RA的作用机制。

表3 与RA发病相关的排名前10通路

ZHANG C等[20]通过查询DisGeNET、OMIM和DISEASES等数据库结合查阅文献确定了白介素-10(Interleukin-10，IL-10)、白介素-16(Interleukin-16，IL-16)和肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor ，TNF)等277个与RA相关的疾病基因。以“药物作用靶点全面覆盖 RA 相关基因”为标准，提出了来氟米特片和川芎嗪联用治疗RA的新思路。SONG等[21]通过网络药理学方法研究发现：雷公藤红素(Celastrol)通过调节基质金属蛋白酶-9(matrix metalloprotein-9，MMP-9)、氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，C-Jun)和丝裂原活化蛋白激酶激酶1(mitogen-activated proteinkinase kinase 1，MEK1)等多种基因产生调节Th1和Th2细胞、控制细胞凋亡及抗炎等作用。GO分析发现雷公藤红素作用于RA相关的1175个人类基因和339条通路，包括：RA病程中巨噬细胞和成纤维样细胞的激活；T细胞和B细胞的信号传导；炎症反应等生物过程。牛旭艳等[22]通过IPA软件分析治疗RA热证的中药靶蛋白发现：粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA4)和T细胞受体等通路在中药治疗RA热证中起关键作用，共同干预细胞存活、细胞免疫及炎症反应等细胞生命活动和生物过程。

5 小结

十余年来，网络药理学发展势头强劲。诞生初期，因其复杂的算法和操作以及对药学、生物信息学和计算机科学等交叉学科的知识要求较高，使其发展缓慢。但随着大量中药化学成分数据库、疾病基因靶点数据库和相关分析软件的问世，网络药理学的发展进入了井喷阶段，在各类科研基金支持下，基于网络药理学的多种研究相继出现,主要有道地药材作用机制的研究,经典名方、经方和验方的作用机制研究,高发病的病因分析,通过疾病的致病基因反推有效成分的新药研发。网络药理学作为一门新兴学科展示出了包容性，扩展性和前瞻性。

RA具有多种致病因素，主要包括环境因素、遗传因素、免疫因素等。其发生发展可能与多种靶点或通路相关，传统化学药物单一成分只能对其中某一个或某几个靶点起效，不能达到根治RA的目标。而通过网络药理学研究可以挖掘对RA蛤有抑制作用的活性成分并解释其作用机制，对临床用药研究具有指导作用。

因为网络药理学的研究思路与中药多成分、多靶点、调节方式多样的特点不谋而合，所以近十年来其发展成果显著，但是在高速发展的同时面临着以下问题,(1)数据库查询靶点的准确性存在争议性；(2)被查询靶点不能确定其激活或抑制作用；(3)中药成分被检索时，只能定性不能定量；(4)查询结果中，多种中药作用成分相似；(5)被查询中药成分提取体系不明。对此，科研工作者也在积极寻求解决方案，其中，李玮婕[13]通过UPLC-Q-TOF-MS鉴定白虎加桂枝汤的水煎液成分并结合数据库查询构建化学成分库就是很好的一个解决方案。网络药理学本来就是交叉学科的产物，相信，以网络药理学为基础进而交叉结合更多药物分析学、生物信息学、生物化学等学科领域知识，网络药理学能够在药物作用机制、疾病致病机制或是新药研发过程中发挥更大的作用。