黄精干预2型糖尿病的网络药理学研究*

王颖，张愿，袁海泼，刘娟，彭腾，龚光明

1.成都中医药大学附属医院，四川 成都 610072；2.成都中医药大学，四川 成都 611137

2型糖尿病是以血糖升高为主要特征的机体代谢紊乱的慢性病，其患病率占糖尿病的90%以上［1］。随着生活方式的改变，其发病呈逐年上升趋势。目前，现代医学管理2型糖尿病主要以控制血糖及降低远期并发症为主，从而改善患者病情，以期提高生活质量。西药虽能迅速控制血糖水平，却仍然不能阻止并发症的出现。因此，需要研究新的药物来解决目前面临的难题。2型糖尿病隶属中医“消渴病”范畴，病机以阴虚燥热为主，治疗以益气养阴，清热生津为主［2］。中医药治疗消渴由来已久且临床疗效显著，运用中医整体论治及治未病的理论，对中药治疗2型糖尿病进行深入研究并有效地开发刻不容缓。

黄精属百合科黄精、多花黄精、滇黄精干燥的根茎，味甘、性平，主入肺、脾、肾三经，能补气养阴、健脾、润肺、益肾，多用于治疗阴虚肺燥、干咳少痰、肺肾阴虚、劳嗽久咳［3］。现广泛应用于临床治疗消渴病，成为众多中药复方的成分之一。黄精的活性成分主要包括黄精多糖、皂苷、黄酮、氨基酸、醌类化合物、木脂素等。以上成分不仅在保护肝脏、心血管系统，抗肿瘤等诸多疾病防治方面发挥很大的效能，而且还具有调节免疫，降血糖、调血脂的作用［4－6］。近年来，多项研究证实，黄精在控制血糖方面具有较好的疗效［7－9］。李友元等［10］在基础研究中发现，黄精多糖可以通过糖基化损伤，改善胰岛功能，降低糖尿病模型小鼠的血糖和糖化血红蛋白水平。赵宏丽［11］研究发现，黄精多糖可调节肝脏SREBP－1c和SCD－1蛋白的表达起到改善糖代谢的作用。鉴于黄精在基础和临床研究中都显示出明确的降糖作用，但未能系统地阐述该药物的有效活性成分、体内作用靶点和作用机制。本研究拟从网络药理学分析黄精治疗2型糖尿病的潜在效应靶点及通路，为临床治疗糖尿病提供药理学基础和新的方向。

1 方法

1.1 黄精活性成分及靶点的筛选进入TCMSP数据库网页（http：／／ibts.hkbu.edu.hk／LSP／tcmsp.php）检索中药黄精的拼音，对出现的所有药物活性成分按OB＞30%和DL＞0.18进行过滤，得出黄精药效成分和成分靶点。运用Uniprot数据库（http：／／www.uniprot.org／），得到成分与靶点对应的关系。

1.2 疾病靶点的筛选本次研究主要使用Gene Cards数据库（http：／／www.genecards.org／）和OMIM数据库（https：／／omim.org／），输入“T2DM”“type 2 diabetes”检索出与该病相关的靶点。

1.3 网络的构建与分析通过筛选出的药物活性成分、靶点及疾病的靶点，绘制出药物成分－靶点－疾病三者相互作用的关系。利用韦恩图（Venn diagram）绘制药物成分与疾病的共有靶点；通过Cytoscape软件3.7.2版（http：／／www.cytoscape.org／）绘制成分－靶点关系网络；再将疾病成分共有的靶点导入String：functional protein association networks数据库Multiple proteins工具中，将物种来源限定为人类，得出蛋白相互作用的网络图及相应的TSV格式的文件；将molist，type，network文件导入Cytoscape3.7.2软件绘制PPI网络，再进行网络拓扑分析。最后将黄精干预2型糖尿病的靶点进行GO和KEGG富集分析，得出2型糖尿病－黄精－靶点相互作用的网络。

2 结果

2.1 黄精活性成分筛选结果通过限定OB及DL筛选出黄精的候选活性成分12种，主要以皂苷和多糖类为主，另外还含有蒽醌类、氨基酸等化合物。见表1。

表1 黄精活性成分筛选表

2.2 候选成分靶点预测结果通过搜索黄精得出成分靶点共515个，再运用Uniprot数据库（http：／／www.uniprot.org／），得到成分与靶点对应的关系108对，删除重复后剩余68个成分靶点。

2.3 2型糖尿病靶点预测在GeneCards和OMIM两大数据库中检索疾病名称，得出与2型糖尿病有关的靶点13 181个，删除重复靶点后剩余13 094个，将此作为该病的候选靶点基因。

2.4 网络构建结果

2.4.1 药物－成分－靶点－疾病网络构建 将得到的药物活性成分，靶点及成分－靶点关系导入Cytoscape3.7.2软件中，选择网络节点、边等基本属性，得出药物－成分－靶点－疾病网络图（见图1）。该网络总计节点72个，边176条，网络平均相邻节点4.730。其中8个节点代表黄精的有效成分，64个节点代表与药效成分效应的疾病靶点。

图1 药物－成分－靶点－疾病网络图

2.4.2 疾病靶点作用的PPI网络图 通过VENE图（见图2）得出黄精活性成分与2型糖尿病共有64个靶点，然后导入String：functional protein association networks数据库，设定不显示离散的靶点，得出疾病靶点相互作用的网络图（见图3）。再根据蛋白与蛋白之间的关联性大小进行排序，得出排名在前20的靶点（见图4）。

图2 VENE图

2.4.3 GO功能富集分析 通过对中药黄精的活性成分作用靶点进行GO功能富集分析，可以得出被富集了87个条目，取相关性较大的前20个功能富集以柱状图形式表示（见图5），P值代表富集的显著性。这些靶点基因在生物学层面显示出主要参与细胞的代谢、增殖，信号转导，氧化应激，蛋白水解，受体激活等生物过程。在细胞层面这些靶点主要与细胞核DNA、RNA的转录，血色素结合等功能相关等。在分子层面这类靶点基因与蛋白质结合，蛋白激酶活性，神经递质活性，类固醇激素受体活性等功能相关。

图4 PPI靶点排序

图5 GO功能富集分析柱状图

2.4.4 KEGG通路富集分析 将黄精活性成分效应的2型糖尿病的靶点基因进行KEGG通路富集分析，结果显示该类基因总共富集在105条信号通路，取富集集中的前20个以柱状图显示（见图6）。富集的通路主要与病毒感染、癌症通路、细胞凋亡、糖尿病及并发症的AGE－RAGE信号通路、胰岛素抵抗、IL－17信号通路、甲状腺信号通路、性激素等密切相关。

图6 KEGG通路富集分析柱状图

3 讨论

图1所展现的药物－成分－靶点－疾病网络中涉及黄精的活性成分8种，对应的靶点64个。即有一种活性成分对应多个靶点，也有一个靶点对应多种活性成分，这充分体现出中药成分多元性及多靶点、多机制调控疾病的作用。图2显示出黄精活性成分和疾病的交集靶点。图3是各个靶点交互作用的PPI网络图，显示出黄精干预2型糖尿病各蛋白之间的相互作用，说明多基因共同作用导致2型糖尿病的发生。图4是黄精干预2型糖尿病效应靶点关联性最紧密的前20位。图5和图6对其靶点的功能及通路进行分析，表明黄精治疗2型糖尿病可能是药物多成分、多基因靶点、多通路等多重效应机制共同作用的结果。AKT1、MAPK14、JUN、MTOR等基因与黄精干预2型糖尿病相关性最高。

2型糖尿病发病主要与胰岛素抵抗有关，研究发现PI3K－AKT1蛋白磷酸化表达下降影响是导致胰岛素抵抗的主要机制［12］。正常情况下胰岛素与受体结合，其受体磷酸化介导其受体底物的酪氨酸磷酸化，再激活下游通路，将胰岛素信号转导至效应器发挥作用。当胰岛素受体底物发生磷酸化，且作用于丝氨酸、苏氨酸，就会直接影响酪氨酸磷酸化过程，使胰岛素受体与其相应受体底物结合松散，并削弱激活下游底物PI3K的能力，从而使胰岛素信号传导较弱，诱发胰岛素抵抗［13］。研究显示，MAPK14基因参与介导糖尿病及其并发症的发生［14］。干扰胰岛素信号转导的激酶包括JUN氨基末端激酶、MTOR（哺乳动物西罗莫司靶蛋白）等激酶均能影响胰岛素信号正常的发挥作用，引发胰岛素抵抗［15］。综上，这四种基因都与胰岛素抵抗相关。因此，黄精可能通过调节以上靶点达到干预2型糖尿病的目的。

本研究是基于网络药理学为研究方法对黄精治疗2型糖尿病的潜在机制进行研究，研究结果发现，黄精对降糖起效的主要有黄精多糖、皂苷、黄酮等。主要作用的靶点有AKT1、MAPK14、JUN、MTOR等，证实了黄精是通过多成分、多靶点，多通路干预2型糖尿病，这为临床使用中药治疗2型糖尿病提供新的思路和一定的理论基础。然而网络药理学主要以数据整合为主，若数据的不完整则会直接影响研究结果的准确性，因此，在今后的研究中若发现新的药物成分和作用靶点，还需进一步更新取证。