川芎治疗心力衰竭的网络药理学研究

贾彩霞 陈建新 高阔 李京忠 张飞龙 王金平 王伟 赵慧辉

摘要 目的：采用网络药理学方法对川芎治疗心力衰竭的机制进行分析，为深入研究川芎在心力衰竭方面的作用奠定基础。方法：根据Therapeutic Target Database（TTD）、Online Mendelian Inheritance in Man（OMIM）、中药系统药理学数据库（TCMSP）检索关于心力衰竭的靶点，在中医药综合数据库（Symmap）中搜索关于心力衰竭胸胁刺痛症状的靶点，并结合Uniprot数据库剔除非人源靶点，获得心力衰竭及胸胁刺痛症状的人源靶点，并与Symmap查询的川芎OB值≥30化学成分所对应的人源靶点进行映射，进一步筛选活性成分。利用String数据库和Cytoscape 3.2.1软件将得到的川芎治疗心力衰竭的靶点构造PPI网络分析，采用The Database for Annotation，Visualization and Integrated Discovery（DAVID）數据库进行通路分析，并通过Cytoscape 3.2.1软件构建中药-靶点-成分网络图。结果：得到川芎治疗心力衰竭的靶点共12个，心力衰竭胸胁刺痛的靶点1个，川芎治疗心力衰竭对应的化学成分47个，12个靶点应用DAVID数据库进行KEGG通路分析，得到川芎治疗心力衰竭相关通路29个。结论：川芎通过抑制炎性反应、调控细胞凋亡、改善血管收缩功能等来改善心功能，治疗心力衰竭。

关键词  网络药理学;川芎;心力衰竭;机制

Network Pharmacology Study of Sichuan Lovage Rhizome on Heart Failure

JIA Caixia1，CHEN Jianxin1，GAO Kuo2，LI Jingzhong1，ZHANG Feilong1，WANG Jinping3，WANG Wei1，ZHAO Huihui1

（1 Beijing university of Chinese medicine， Beijing 1000029， China; 2 Dongfang hospital of Beijing university of traditional Chinese medicine， Beijing 1000078， China; 3 China-Japan Friendship Hospital， Beijing 1000029， China）

Abstract Objective：The mechanism of intervention of Sichuan lovage rhizome on heart failure was discussed by using network pharmacology， which laid a foundation for further study on the role of Sichuan lovage rhizome in heart failure.Methods：According to Therapeutic Target Database （TTD）， Online Mendelian Inheritance in Man （OMIM）and Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform （TCMSP）， the targets of heart failure were retrieved， Comprehensive database of traditional Chinese medicine （Symmap） were used to search for the targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， then， Uniprot database was used to exclude the non-human targets.Next，the human targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms were obtained， mapping the human target corresponding to the chemical composition of Sichuan lovage rhizome OB value ≥30 inquired by Symmap，to further screening the active ingredients.PPI network analysis was constructed by String database and Cytoscape 3.2.1 software.Pathway analysis was carried out by The Database for Annotation， Visualization and Integrated Discovery （DAVID）， and network diagram of TCM-target-component was constructed by Cytoscape 3.2.1software.Results：Twelve targets of Sichuan lovage rhizome for heart failure， one target for thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， 47 corresponding ingredients of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.12 targets were analyzed by KEGG pathway using DAVID database， and 29 related pathways of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.Conclusion：Sichuan lovage rhizome can improve cardiac function and treat heart failure by inhibiting inflammation， regulating apoptosis and improving vasoconstriction function.

Keywords Network pharmacology; Sichuan lovage rhizome; Heart failure; Mechanism

中图分类号：R285;R242 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.08.001

心力衰竭（Heart Failure，HF）是一种由于心脏结构或功能引起的临床综合征，是各种心脏疾病的终末阶段，常伴有胸胁刺痛的症状。大约有1%～3%的成年人被诊断出患有心脏病，五分之一的人在他们的一生中会发展成为HF，且发病率随着年龄的增长而增加[1]。HF患者预后较差，急性心力衰竭住院死亡率为10%，出院后1年内死亡率为20%～40%，1个月内再入院死亡率为20%～25%[2]。该病已成为21世纪最重要的心血管疾病之一[3]。西医多用强心、利尿等药物为主治疗HF，取得了一定的疗效，但还没有药物被证明最终可以降低其发病率或死亡率。中医药作为中华民族的瑰宝，对HF的治疗具有独特的作用，临床试验也表明许多中药可以缓解HF的症状，提高生命质量，改善运动耐受力。血瘀可引起水停心下，引发心悸、水肿等，川芎辛温，归肝、胆、心包经，具有活血行气、祛风止痛的功效，几千年来一直与其他中药一起用于治疗心脑血管疾病。现代研究表明，川芎可以改善血流动力学、抑制内皮细胞损伤和血管平滑肌细胞增殖，治疗心脏疾病[4]。本文利用网络药理学方法，就川芎对HF的干预和治疗作用机制进行研究，为川芎的深入研究奠定基础。

1 研究方法

1.1 HF靶点和HF胸胁刺痛症状相关靶点的获得

TTD数据库是基于已发表文献创建的治疗靶点数据库，包含靶向的疾病信息，能够对某种疾病直接进行相关靶点搜索查询。在线人类孟德尔遗传数据库（OMIM）囊括了有关人类遗传和基因等信息。TCMSP数据库整合了药物、靶点、疾病等信息，检索方便快捷。本文利用TTD、OMIM、TCMSP数据库检索关于HF的靶点，并结合Uniprot数据库剔除非人源靶点，最终获得HF的人源靶点。

利用课题组前期创建的Symmap数据库查询HF胸胁刺痛症状的相关靶点，该数据库是一个通过囊括症状特征的中医综合数据库，集成了来自TCMID、TCMSP、TCM-ID数据库的化学成分信息，HIT、TCMSP、HPO、Drugbank和NCBI数据库的靶点基因信息，OMIM、Orphanet数据库的疾病信息，《中华人民共和国药典》（2015版）、多种中医刊物定义整理过的中医症状和中药术语相关信息以及来自Mesh、SIDER、UMLS数据库中收集到的西医症状信息。并结合Uniprot数据库剔除非人源靶点，最终获得HF胸胁刺痛症状的相关人源靶点。

1.2 有效成分和靶点的获得

利用Symmap数据库查询川芎所有的化学成分，本文以該数据中OB值≥30为条件筛选得到川芎的有效成分。应用Symmap数据库查询川芎有效成分对应的靶点，并依据Uniprot数据库剔除非人源靶点，最终获得川芎靶点。利用韦恩图将获得的靶点与1.1得到的HF靶点和HF胸胁刺痛症状相关靶点进行映射，得到川芎干预治疗HF的靶点和治疗HF胸胁刺痛的靶点，手动筛选川芎干预HF的对应有效成分。

1.3 PPI网络构建

将川芎治疗HF的靶点上传到String数据库中，设置评分条件>0.90，得到蛋白-蛋白相互关系，并将数据导入Cytoscape 3.2.1软件，利用Cytoscape构建PPI网络图，并筛选核心靶点。

1.4 通路富集及网络的构建及分析

根据上述得到的结果，应用DAVID进行通路分析。利用Cytoscape 3.2.1构建中药-成分-靶点-通路网络图。

2 结果

2.1 HF靶点和HF胸胁刺痛症状相关靶点的获得

使用TTD、OMIM、TCMSP数据库，经过非人源靶点剔除之后，分别得到HF相关靶点34个、81个、12个。三者去除重复之后，共得到HF相关靶点118个。根据Symmap和Uniprot数据库的筛选，共得到HF胸胁刺痛症状相关靶点45个。

2.2 有效成分和靶点的获得

应用Symmap数据库查询川芎有效成分对应的靶点，并依据Uniprot数据库剔除非人源靶点，最终获得川芎靶点175个。利用Venny2.1.0将获得的靶点与1.1得到的HF靶点进行映射，得到川芎干预治疗HF的靶点和川芎治疗HF胸胁刺痛症状的靶点，见图1，最终获得川芎治疗HF的靶点12个，占总数的3.7%，川芎治疗HF胸胁刺痛症状的靶点1个，占总数的0.3%。手动筛选川芎干预HF的靶点对应有效成分，得到对应有效成分共47个。

2.3 PPI网络的构建

通过蛋白-蛋白相互关系的可视化网络图构建，见图2，我们得到PPI网络共包12个节点，16条边，平均Degree为]1.333。根据

节点的Degree值大小，排名前2个蛋白分别是肌瘤蛋白p53（TP53）、血管内皮生长因子（VEGFA）。肌瘤蛋白p53（TP53）（Degree=4）是这12个蛋白中Degree值最高的，表明其在网络中占据重要的地位，发挥了关键作用。P53是一种肿瘤抑制蛋白，它可以激活调节细胞周期检查点、DNA损伤和修复以及凋亡的基因[5]，TP53是P53的突变型，空间构像发生改变，相关作用也会发生变化[6]，P53的缺失和抑制会影响细胞的自噬。有相关报道称，P53可以通过调节心肌蛋白表达来调节心肌细胞自噬和心肌缺血/再灌注损伤[7]。血管生成通过改善心肌重构在心肌梗死治疗中发挥着重要作用，通过血管生成能够改善心功能，预防HF。调查显示上调HIF1A和VEGFA的表达水平能够促进血管生成，改善心功能[8]。

2.4 通路富集及网络的构建及分析

利用DAVID数据库进行KEGG通路分析，共得到29条通路。见表1。采用Cytoscape 3.2.1构建中药-靶点-成分网络图，见图3，可以看出不同的有效成分可以作用于同一个靶点，不同的靶点也可以有共同的有效成分。

3 讨论

HF是由于各种原因导致的心肌损伤，导致心室泵血或充盈功能低下，属于心血管疾病的终末阶段，5年死亡率高达50%，与全身多个器官、内分泌、免疫等相关影响，关系错综复杂。中医认为HF属于痹症，经脉闭阻，血行不畅，寒凝、气滞、血瘀、痰饮阻痹胸中，是胸痹病机的关键[9]。川芎具有活血化瘀、祛风止痛、行气开郁的功效，临床上常用来治疗各种心脑血管疾病[10]。

本研究的目的是探讨川芎在干预HF方面的作用机制，采用网络药理学方法，我们发现川芎干预治疗HF的主要靶点有12个（ADRA2A、ADRB1、AR、CASP3、HIF1A、NR3C2、PRKCA、SCN5A、SLC6A2、TNF、TP53、VEGFA），其中与胸胁刺痛相关的靶点有一个，为TP53，从中可以看出川芎主要从细胞凋亡、炎性反应、钙内流、肾上腺素调节等方面干预治疗HF的，与大多数研究得出的心肌肥厚向HF转变的分子机制相符[11]。通过分析，HIF-1A、AR处于网络的核心地位，可作为川芎干预治疗HF的关键靶点。众所周知，缺氧会在细胞的分子水平上引起变化，细胞对缺氧的第一个适应性反应是缺氧诱导因子（HIF-1）的上调和稳定，HIF-1包括HIF-1a和HIF-1β，与血管生成、红细胞生成有关[12]，在低氧条件下稳定可以激活多种缺氧相关基因的转录，如促红细胞生成素、VEGF基因，HIF-1a敲除鼠心肌肥大和收缩功能显著抑制，表明HIF-1对心脏功能的维护具有重要作用[11]。雄激素受体（AR）表达于所有组织，体外和体内研究的结果表明性激素在心脏结构异常的发展中起着关键作用，心肌细胞暴露于雄激素导致肥厚[13]。雄激素可能影响心肌收缩功能、内皮功能和骨骼肌的改变[14-16]，参与神经系统发育[17]。

通过对川芎治疗HF的12个靶点进行KEGG通路富集分析，得出川芎有效成分作用于TP53、CASP3、HIF1A、TNF等靶点，这一作用主要通过癌症信号通路、细胞凋亡、HIF-1等信号通路实现。研究表明，在HF治疗中，多种细胞通路被激活，如MAPK信号通路[18]、VEGF信号通路[19]、PI3K-Akt信号通路[20]等均是经典的与HF相关的通路。

本研究提供了疾病-靶点-成分及疾病-症状-靶点的网络药理学研究方法，初步阐述了川芎干预治疗HF的网络调控作用，对胸胁刺痛这一症状的治疗进行了初步分析，为传统中药的研究提供了新方法和新思路。不足之处在于，只应用了Symmap数据库进行了活性成分的网络药理学分析，可能有一些成分未收纳在内，对结果造成一定的影响。

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