基于网络药理学的金莲花活性成分抗炎机制研究

郭艳丽，刘维丽，鞠爱霞，马伟

(黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

金莲花来源于毛茛科金莲花属植物金莲花TrolliuschinensisBunge的干燥花及花蕾[1]，具有清热解毒、消肿明目功效，主治刃伤、疮疡多脓及咽喉肿痛等病症[2]。现代药理学研究金莲花有很好的广谱抗菌作用，临床中主要用于治疗上呼吸道感染、咽炎、扁桃体炎等[3-5]，近年来有报道称其抗炎作用甚至高于常用抗菌素[6-8]，且副作用小，但其作用机理尚不明确。

中药网络药理学从系统的角度和分子水平研究中药及中药方剂的药效机理。中药药理学要解决的核心问题是，如何在疾病相关网络的背景下，评价中药的多成分、多靶点的协同作用[9]。网络药理学的研究思路与中医药整体观念一致，可应用于解决中药及复方研究中多成分、多靶点、协同作用特点带来的难题[10]。目前已经建立了若干数据库，提供有关中药的各方面信息，包括疾病、方剂、草药或天然产物、生物活性成分和靶点。这些数据库成为中医药与现代生物医学之间的桥梁，在中药药理学研究中发挥了重要作用。本研究利用中药网络药理学研究方法，探究金莲花抗炎功能的作用靶点和相关基因，为金莲花抗炎的机制研究和临床应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 金莲花活性成分靶点的获取及活性成分-靶点网络的构建

在中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP，http://tcmspw.com/tcmsp.php)搜索金莲花，查找金莲花的活性成分，以口服利用度(OB)和类药性(DL)两个指标对活性成分进行筛选，筛选到的活性和其相关靶点整理。将去除重复的靶点蛋白输入到Uniprot数据库的Uniprot KB搜索，限定物种为人类，检索到的蛋白与对应的基因整理成Excel表格，利用Cytoscape 3.7.2软件构建活性成分-靶点基因网络图。

1.2 炎症相关基因的获得及相互作用网络的构建

在NCBI网站数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)，选择Gene选项，输入检索词“inflammation”，得到与人类炎症相关的基因，将这些基因数据整理后导入Cytoscape 3.7.2软件，对“meaning of network edges项”和“minimum required interaction score项”进行参数设定，形成炎症靶点相互作用网络。

1.3 金莲花活性成分-抗炎作用靶点基因网络的构建

将1.1中所得金莲花活性成分的预测靶点与1.2中炎症的相关靶点取交集，获得金莲花活性成分抗炎靶点，利用Cytoscape 3.7.2软件构建金莲花活性成分-抗炎作用靶点网络，并对其进行分析。

2 结果

2.1 金莲花活性成分-靶点网络的构建

在TCMSP平台以金莲花为关键词，搜索到金莲花活性成分共计51种，选择OB≥30%、DL≥0.18，筛选到活性成分7种，能找到靶点蛋白的活性成分共计6种(有一种活性成分未有对应的靶点蛋白)，6种活性成分信息见表1。

表1 7种活性成分信息

检索6种活性物质共得到靶点蛋白244个，去除重复后得到183个靶点蛋白。将183个靶点蛋白在Uniprot数据库搜索，其中166个靶点蛋白能够搜索到相应的靶点基因，共找到靶点基因 166 个。将6种活性成分与靶点基因数据导入Cytoscape 3.7.2软件，得到活性成分-靶点基因网络，图1。图1中圆代表活性成分，三角代表基因靶点。用network analyzer插件进行网络拓扑结构分析，自由度越大则表明通过该靶点发挥作用的可能性越大，以自由度≥5为筛选目标，得到靶点基因3个，分别是Ptgs1、Ptgs2、Ncoa2，其在网络中的具体参数信息详见表2。

2.2 抗炎靶点相互作用网络构建

在NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)数据库，选择Gene选项，输入检索词“inflammation”，得到与人类炎症相关基因1882个，下载数据整理成Exel表格，将数据导入Cytoscape 3.7.2软件，参数设定:meaning of network edges项选择“evidence”、minimum required interaction score项选择“highest confidence(0.900)”形成炎症靶点相互作用网络，图2。图中共有节点1 776个，边条17 185个。

图1 活性成分-靶点基因网络图

表2 靶点基因Ptgs1、Ptgs2、Ncoa2在网络中的具体参数信息

图2 炎症靶点相互作用网络图

2.3 金莲花活性成分-抗炎作用靶点网络的构建

将2.1所得6种活性化合物的166个靶点与2.2炎症的相关1 882个靶点进行映射，即两者取交集，构建金莲花-抗炎的预测靶点。即利用 Cytoscape 3.7.2软件的merge功能获得金莲花活性成分-抗炎作用靶点网络，图3。图3中金莲花活性成分与抗炎靶点的交集(去除重复)共计87个。其中，刺槐素(acacetin)抗炎靶点16个，β-谷甾醇(beta-sitosterol)抗炎靶点15个，谷甾醇(sitosterol)抗炎靶点2个，果胶蛋白(Pectolinarigenin)抗炎靶点6个，玄参黄酮(Skrofulein)抗炎靶点5个，槲皮素(quercetin)抗炎靶点80个。6种活性成分相对应的抗炎靶点个数及名称见表3。

图3 金莲花活性成分-抗炎作用靶点网络图

表3 6种活性成分相对应的抗炎靶点个数及名称

3 讨论

金莲花作为传统的清热解毒药，其抗炎效果好，不容易出现耐药性，且毒副作用低，是临床常用且好用的抗菌消炎的中药，其中成药制剂在治疗感冒、发热及咽喉肿痛等病症中更是应用广泛[11]。目前药理学研究证实金莲花提取物具有良好的抑制细菌能力及治疗上呼吸道感染、咽炎和痤疮方面的药理作用，和临床效果一致，但其抗炎机制的研究少见。

本研究通过网络药理学数据平台，共检索到金莲花口服利用度≥30%、类药性≥0.18的活性成分7个，其中6个活性成分具有靶点蛋白，靶点蛋白对应的靶点基因中自由度≥5的共计3个，分别是Ptgs1、Ptgs2、Ncoa2基因；金莲花-抗炎靶点基因共计87个，包括刺槐素抗炎靶点16个，β-谷甾醇抗炎靶点15个，果胶蛋白抗炎靶点6个，谷甾醇抗炎靶点2个，玄参黄酮抗炎靶点5个，槲皮素抗炎靶点80个，其中自由度≥5的抗炎靶点基因2个，分别是Ptgs1、Ptgs2，且Ptgs1、Ptgs2在5个活性成分(acacetin，beta-sitosterol，Pectolinarigenin，Skrofulein，quercetin)中均有出现，因此判断Ptgs1、Ptgs2是金莲花中5个活性成分共有的抗炎靶点。

前列腺素内过氧化物合酶(PTGS)，又称环加氧酶，是前列腺素生物合成中的关键酶，既是一种双加氧酶又是一种过氧化物酶。PTGS有两种同工酶：组成型PTGS1和诱导型PTGS2，它们在表达和组织分布调节上存在差异。PTGS2基因编码诱导同工酶。它由特定的刺激事件调节，提示它与炎症和有丝分裂发生相关的前列腺素生物合成有关。PTGS1和PTGS2主要参与前列腺素的合成、前列腺素的代谢过程、脂肪酸合成过程、脂肪酸代谢过程、脂质代谢过程等，还参与对氧化应激反应和炎症反应等。金莲花主要化学成分有黄酮类、有机酸、生物碱等，黄酮类的含量最高，总黄酮约占金莲花干重的 16%[12]，被认为是金莲花中最主要活性物质，药理学研究也证实金莲花抗菌抗炎的主要活性成分是黄酮类化合物[13]。槲皮素属于黄酮类化合物，具有抗炎、抗肿瘤、抗血小板聚集、抗氧化以及减轻心肌肥厚、抑制T细胞体外活化等多种作用[14-16]；槲皮素的抗炎作用主要表现在能减少急性、慢性和亚临床症状的炎症过程，并能抑制巨噬细胞、小神经胶质细胞等，减少致命的休克反应[17-19]。本研究中金莲花抗炎靶点基因共获得87个，其中槲皮素抗炎靶点基因有80个，Ptgs1、Ptgs2是金莲花中5个活性成分共有的抗炎靶点，因此我们推测金莲花发挥抗炎作用的活性成分可能是槲皮素；推断金莲花抗炎的主要作用靶点是Ptgs1、Ptgs2基因。槲皮素是通过怎样的途径来影响Ptgs1、Ptgs2基因，进而发挥抗炎作用，是有待进一步研究的。