基于网络药理学分析七福饮治疗老年性痴呆的药理机制

吴 沣，谭子虎，彭金香

中医药在治疗老年性痴呆(AD)方面的优势不断凸显，已成为防治老年性痴呆的重要组成部分。七福饮是由人参、熟地、当归、白术、炙甘草、枣仁、远志组成。七福饮功能为补益气血、健脾安神，其药理学机制包括改善认知障碍、抗氧化、改善胆碱能神经功能、减少神经细胞凋亡等[1-2]。许多系统性疾病如神经退行性疾病不能通过单基因靶向策略有效治疗，因为这些疾病涉及复杂的生物机制。老年性痴呆发病机制复杂，单一靶向疗法对于老年性痴呆的长期治疗容易产生抵抗性，而采用多靶点的中药治疗可能更有效。七福饮已经在临床实践中广泛应用，但七福饮的药理机制仍未完全阐明。

网络药理学已经成为一种综合的系统方法，可以帮助解释健康和疾病背景下的药理数据[3]。网络药理学将生物学特征与化学结构特征联系起来，并组建网络模型，有助于破译涉及药物药理作用的成分。一方面，网络药理学从细胞或表型网络的角度分析药物反应；另一方面，基于化学的网络药理学是一种很有前途的化学表征替代方法。两者都可以为设计药物和更好地了解药物多重作用下的机制提供帮助。基于网络药理学的方法能明确七福饮所涵盖的多个层次的作用。本研究拟使用药物-靶标-治疗数据的网络药理学对七福饮多成分、多靶点、多途径的特征进行系统研究，并揭示七福饮治疗老年性痴呆的药理作用及其作用机制。

1 资料与方法

1.1 化学成分信息 通过中药系统药理学数据库和分析平台TCMSP(http://lsp.nwu.edu.cn/index.php)[4]、PubChem Compound数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pccompound/)，分别检索人参、熟地、当归、白术、炙甘草、枣仁和远志的化学成分。以口服生物利用度(OB)≥30%和类药性(DL)≥0.18为限定条件，筛选收集化学成分-靶点信息。从 Genecards (https://www.genecards.org/)、OMIM(http://www.omim.org/)两个疾病相关靶点的数据库检索老年性痴呆相关靶点[5-6]。

1.2 网络构建分析 使用Uniprot数据库(http://www.uniprot.org/)进行蛋白名与基因名转换，将七福饮和老年性痴呆矫正后的基因取交集。将候选6种化合物和预测靶标导入cytoscape3.7.1软件，进行成分-靶标作用网络构建[7]。通过构建网络揭示七福饮治疗老年性痴呆多成分、多靶点、多通路的特点。

1.3 靶点及通路注释分析 利用DAVID(http://david.nifcrf.gov/)数据库对得到的交集基因进行GO注释分析(gene-ontology)和KEGG通路分析(kyoto encyclopedia of genes and genomes)[8]。交集基因可以直接映射到通路上。

2 结 果

2.1 化学成分和靶点基因的收集 检索得到七福饮中符合限定条件的化学成分：人参21种，熟地2种，当归2种，白术4种，炙甘草92种，枣仁9种，远志19种。删除重复项共415种化学成分，包括豆甾醇、β-谷甾醇、阿朴天仙子碱、山奈酚等。七福饮的化学成分对应130个基因，例如Ldl受体相关蛋白1(LDL receptor related protein 1，LRP1)、尿激酶型纤溶酶原激活剂(urokinase plasminogen activator，PLAU)、富含亮氨酸重复片段的激酶2(leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)、膜金属肽链内切酶(membranemetallo-endopeptidase，MME)、髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)、胶质源性神经营养因子(glialcellline-derived neurotrophic factor，GDNF)、胆碱乙酰转移酶(choline acetyl transferase，ChAT)等。详见表1。

表1 七福饮的部分代表性化学成分

2.2 老年性痴呆相关靶点通路信息 从两个数据库得到老年性痴呆相关基因264个，包括分拣蛋白相关受体1、淀粉样前体蛋白、载脂蛋白E、微管相关蛋白Tau、肿瘤坏死因子、α-核蛋白、朊蛋白、白介素-1β、一氧化氮合酶3、脑源性神经营养因子、组织蛋白酶D、胶质纤维酸性蛋白等，DAVID分析得到有HIF-1信号通路、多巴胺突触、FoxO信号通路、神经营养因子信号转导通路等通路信息。详见表2。

表2 老年性痴呆相关靶点的部分代表性通路

2.3 交集基因的生物分子功能注释 将七福饮靶点基因和老年性痴呆的相关基因取交集，共有23个相关基因，包括PLAU、HMOX1、SLC6A4、CASP9、MAOB、AKT1、PTGS2、IL1B、SOD1、MAOA、ESR1、PON1、IFNG、PTGS1、MAPK8、ICAM1、CASP8、ACHE、GSK3B、PPARG、MAP2、SLC6A3、CASP3。对七福饮靶点基因和老年性痴呆的相关基因取交集后的23个基因通过DAVID6.7系统进行生物分子功能注释。交集基因在分子功能主要是对血红素结合(heme binding)等，包括血红素加氧酶1、前列环素G/H合成酶1等。交集基因主要分布在神经元胞体、投射神经元、细胞外间隙部位。相关基因糖有原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)、多巴胺转运体基因(sodium-dependent dopamine transporter，SLC6A3)等。交集基因主要参与氧化应激反应、环氧酶途径、多巴胺分解代谢等生物过程，包括前列环素G/H合酶2(prostaglandin G/H synthase2，PTGS2)、细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)等基因参与其中。详见表3。

表3 七福饮与老年性痴呆相关的靶点进行GO注释分析和KEGG通路分析

2.4 化学成分-交集基因-通路网络的构建 由KEGG分析，以P≤0.05为标准筛选通路，得到47条通路(甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、组氨酸代谢、组氨酸代谢被剔除)及18个基因(PON1、HMOX1、MAP2、ACHE和IL1B被剔除)。

采用Cytoscape软件构建化学成分-基因-通路网络模型。作用于靶点和通路的化学成分有甘草酚、豆甾醇、β-谷甾醇、甘草甙、人参皂苷rh2、山萘酚等。其中甘草酚作用于PPARG、GSK3B、ESR1，豆甾醇作用于PLAU、SLC6A3、MAOB、MAOA，β-谷甾醇作用于SLC6A4、PTGS1、CASP9、CASP8、CASP3，甘草甙作用于SOD1，人参皂苷rh2作用于IFNG，山萘酚作用于AKT1、PPARG、MAPK8、ICAM1，七福饮主要活性成分的作用靶点涉及的通路有Toll样受体信号通路、ErbB信号通路、T细胞受体信号通路和血管内皮生长因子(VEGF)信号通路。

3 讨 论

七福饮治疗老年性痴呆的有效性已经在临床上得到证实[9-10]。但目前对七福饮治疗老年性痴呆的药理机制尚不明确。随着分子生物学和基因组技术方面的发展，越来越多的数据已经可用于网络药理学研究，医学界的焦点将从药物还原论转向基于药物整体系统的方法。将生物学特征与化学结构特征连接成一个基于网络的模型有助于全面研究有关七福饮中药药理作用的成分。基于网络药理学的研究思路可以从分子和细胞水平到组织和生物体水平，分析七福饮治疗老年性痴呆的作用机制。

在七福饮组方的化学成分甘草酚作用于PPARG、GSK3B、ESR1三个靶点，豆甾醇作用于PLAU、SLC6A3、MAOB、MAOA四个靶点，β-谷甾醇(beta-sitosterol)作用于SLC6A4、PTGS1、CASP9、CASP8、CASP3五个靶点，甘草甙作用于SOD1，人参皂苷rh2作用于IFNG。七福饮组方的多个化学成分也可以对应一个共同靶点，如甘草酚、山萘酚共同作用于 PPARG。七福饮组方的化学成分参与多个信号通路，如Toll样受体信号通路、ErbB信号通路、T细胞受体信号通路和VEGF信号通路等。其中Toll样受体信号通路参与免疫炎症反应和降低老年性痴呆模型小鼠海马Aβ的表达。人类巨噬细胞吞噬Aβ是由G蛋白偶联甲基肽受体1介导的。研究表明汉族人群TLR9与老年性痴呆的发病相关，存在TLR9rs187084突变纯合子GG人群的迟发性老年性痴呆患病风险明显降低[11]。

总之，七福饮组方通过甘草酚、豆甾醇、β-谷甾醇、甘草甙、人参皂苷rh2、山萘酚等多个化学成分作用于Toll样受体信号通路、ErbB信号通路、T细胞受体信号通路和VEGF信号通路等多个信号通路。表明七福饮组方及其化学成分可能直接作用于老年性痴呆关键的通路靶点，为进一步深入揭示七福饮治疗老年性痴呆的药理机制奠定了基础。