基于网络药理学探究百合抗抑郁的作用机制

邱奕平，沈其霖

(成都中医药大学 基础医学院，四川 成都 610075)

抑郁症又称为抑郁障碍，是一类以情绪低落为临床主要特征的心境障碍疾病.抑郁症属于西医中的病名，但是在我国古代对于该病的论述也比较多，在古代文献中“郁症”一词语首先出现在明代虞抟的《医学正传》中，根据抑郁诊断标准(ICD-10)中规定的症状，发现其对应中医范畴中的虚证，主要以心、脾、肾亏虚为主，如缺乏兴趣、没有愉快感(心神失养)、疲劳无力(脾虚或肾虚)等.根据病因病机，应益肾补虚、调气安神为主，据此临床上也取得了较好的疗效.

百合为百合科植物卷丹

Lilium

lancifolium

Thunb.、百合

Lilium

brownii

F.E.

Brown

var

.

viridulum

Baker.或细叶百合

Lilium

pumilum

DC.的干燥肉质鳞叶.其性甘、寒，归心肺经，具有养阴润肺、清心安神的作用；用于失眠多梦，阴虚燥咳等症.百合中含有丰富的甾体皂苷、甾醇、酚酸甘油酯、黄酮、苯丙素类以及多糖等化学成分，现代药理研究表明百合具有止咳祛痰、镇静催眠、提高免疫、抗肿瘤、抗氧化、抗炎等多种生物功能.近年来研究发现百合对抑郁症也具有较好的治疗效果.郭秋平等发现百合皂苷能够改善抑郁模型大鼠快感缺失以及行为迟缓等症状.王瑛等发现百合总皂苷能明显缩短小鼠悬尾的不动时间以及游泳不动时间.因此，在中医临床治疗抑郁症中也常配伍使用百合.

虽然百合中的某些化学成分具有一定抗抑郁效果，但是其作用机制尚未完全阐明.笔者从中医整体观念的思路出发，利用现代药理学的研究方法，对百合潜在的作用靶点和抑郁相关的靶点进行筛选分析，结合通路阐述百合抗抑郁的作用机制，以期为抗抑郁药物的使用提供新的研究思路.

1 材料与方法

1.1 百合有效成分及靶点筛选

通过中药系统药理学数据库与分析平台(http：//tcmspw.com/tcmsp.php)获得百合有效成分.随后以口服生物利用度(OB)≥30%、类药性(DL)≥0.18为条件筛选百合有效活性成分及相关靶点.

1.2 抑郁相关靶点的筛选

通过GeneCard (https://www.genecards.org/)、OMIM(https://omim.org/)等数据库以“depression”为关键词，检索与抑郁症相关的靶基因，得到疾病相关的靶点，随后通过Python对药物靶点和疾病相关靶点进行交集，得到关键靶点，并在Uniprot数据库(https://www.uniprot.org/)中找到与关键靶点相匹配的基因.

1.3 药物成分-靶点网络图构建

通过Cytoscape3.6.1软件绘制并构建“药物成分-疾病关键靶点”的关系网络图.

1.4 蛋白互作图(PPI)构建与分析

将筛选出的关键靶点列出，导入String数据库(https://string-db.org/)，并限定物种为人，其他参数保持默认设置，通过Multipe protein工具，构建蛋白互作的网络模型，最终获得关键靶点之间相互作用网络.

1.5 关键靶点功能富集分析

通过David数据库(https://david.ncifcrf.gov/)和R语言对获得的基因进行GO(gene ontology)富集分析和KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路分析，并以

p

<0.05作为筛选条件，分别绘制出柱状图和气泡图.

2 结果与分析

2.1 百合活性成分的筛选

通过TSCMP数据库总共检索到百合的化学成分84个，以OB≥30%和DL≥0.18，筛选出符合具有良好口服生物利用度和类药性的有效成分7个，见表1所列.

表1 百合潜在活性成分

2.2 百合抗抑郁的潜在作用靶点预测

通过TCMSP数据库的检索，得到与百合成分相关的靶点464个，在OB≥30%和DL≥0.18的基础上筛选出具有良好口服生物利用度和类药性的有效成分靶点85个.通过Python对药物作用靶点和疾病相关靶点进行交集，共获得关键靶点18个，分别是：PGR，NCOA1，NOCA2，KCNH2，CHRM3，CASP3，CASP8，CASP9，PON1，NR3C2，CHRM1，ADRA1A，GABRA1，CHRNA2，CHRM2，PTGS1，CHRM4，AR.

2.3 药物成分-关键靶点网络的构建与分析

将百合的有效成分、筛选出的关键靶点导入Cytoscape3.6.1软件，构建药物成分-关键靶点网络图(图1)，其中红色代表百合的有效化学成分，绿色代表百合-抑郁症的共同靶基因，百合主要通过7种有效成分作用于15个靶标，每个化合物连接了不同的作用靶点，且每个靶点之间也相互作用，表明百合抗抑郁是多个靶点和多个化学成分共同作用的结果.

图1 百合抗抑郁的“药物成分-关键靶点”调控网络图

2.4 蛋白质-蛋白质相互作用网络图(PPI)

将17个靶点导入STRING在线数据库中，构建蛋白互作图(PPI)网络模型，如图2所示，共18个节点，有3个节点未发生相互作用，平均节点度(Degree)为2.78，该值越大则表示该靶点离核心地位越近，如图2中的雄激素受体 (AR)、半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)、毒蕈碱型胆碱受体M1(CHRM1)，这些关键靶点很有可能是百合能够起到抗抑郁作用的关键因素.

图2 百合抗抑郁靶蛋白PPI网络图

2.5 GO富集分析

百合关键靶点的GO富集通路分析结果如图3所示.图3显示，18个靶点影响到了16个生物学功能(

p

<0.05)，主要包括突触传递，胆碱能、磷脂酶C激活G蛋白偶联的乙酰胆碱受体信号通路(GO:0007207)，腺苷酸环化酶抑制G蛋白偶联乙酰胆碱受体信号通路(GO:0007197)，凋亡过程(GO:0006915)，调节血管平滑肌收缩等生物过程(GO:0003056)；G蛋白偶联乙酰胆碱受体(GO:0016907)、半胱氨酸型内肽酶(GO:0097153)等分子参与的凋亡过程；且这些靶点主要参与细胞连接、突触或者质膜的组成.

横坐标对应的是GO号，纵坐标对应的是目标基因的数量.图3 百合关键靶点的GO生物学功能富集

2.6 KEGG富集分析

百合关键靶点的KEGG富集通路分析结果如图4所示.图4中18个靶点显著富集到图中所示的11条信号通路上(

p

<0.05).此结果表明，百合可能通过多条信号通路来发挥抗抑郁的效果.

横坐标对应的是富集系数，纵坐标对应的是相关通路.图4 百合关键靶点的KEGG通路富集分析

3 讨 论

通过网络药理学分析发现，筛选获得的可能与抗抑郁相关的化学成分主要有豆甾醇、β-谷固醇、异海藻酸等.其中β-谷固醇是一类对心血管系统具有保护作用的膳食因子，有研究表明，β-谷固醇具有改善小鼠空间学习记忆的能力，对大脑有潜在的积极作用.而豆甾醇亦具有保护神经的作用，Yadav等研究发现，豆甾醇能够明显减少由氯胺酮引起的小鼠的一些精神病症状，增加谷胱甘肽、减少多巴胺和丙二醛等物质的产生.

笔者通过构建百合有效成分-关键靶点的网络，发现百合可能是通过半胱氨酸蛋白酶(Caspase-3)、雄激素受体(AR)以及毒蕈碱型胆碱受体(CHRM1)等核心的靶基因起到治疗抑郁症的作用.Caspase-3在细胞凋亡过程中扮演重要角色，近年来针对该蛋白与抑郁症之间的关联，国内外学者做了许多探究.蔡珍珍等发现柴胡皂苷能够改善大鼠的抑郁行为，可能是通过抑制海马区Caspase-3、Caspase-9蛋白的表达；傅锦华等通过比较发现，疏肝解郁胶囊能够显著改善大鼠抑郁的症状，促进抑郁大鼠CA3区神经细胞损伤的修复并减少大鼠脑组织Caspase-3蛋白的表达.CHRM1类受体蛋白能够参与情绪、学习记忆等功能调节.研究发现CHRM1可能参与到抑郁症及精神分裂等神经系统相关疾病的治疗.而AR可能通过非基因效应改变神经元的兴奋性或神经递质的释放.研究表明AR能增加单胺氧化酶活性，从而引起心境障碍.

KEGG通路富集的结果提示神经活性配体-受体相互作用、胆碱能突触和p53等信号通路可能与百合抗抑郁的作用有重要关联.神经活性配体-受体相互作用信号通路是质膜上所有与细胞内外信号通路相关的受体和配体的集合，参与神经递质的传导，在其他抗抑郁的中药和复方中，该通路均被显著富集，推测这一通路可能在百合抗抑郁过程中也具有关键作用.p53信号通路是一类能够调节细胞活动的通路，该通路上的p53基因是神经细胞凋亡过程中的特异性分子，大量研究表明p53基因参与许多神经疾病的发生，如抑郁症、神经退行性疾病、癫痫等.而p53在百合抗抑郁调控网络中的机制还有待于进一步的研究.胆碱能突触是以乙酰胆碱为传递介质的突触，能够通过激动受体改变神经元兴奋性，影响突触传递.Mineur等发现阻断小鼠海马区的乙酰胆碱降解能够诱导小鼠抑郁和焦虑的行为；此外当抑郁症患者服用了中枢拟胆碱类药物后，能够有效减轻并发型抑郁和双向抑郁患者的抑郁症状.因此百合的抗抑郁作用极有可能是通过对以上信号通路的调节达到治疗的目的.

综上，通过网络药理学的技术，构建百合有效成分-关键靶点的复杂网络，对筛选出的靶点进行GO生物学功能和KEGG富集分析，系统探讨了中药材百合潜在的抗抑郁分子机制，为今后进一步研究和筛选百合抗抑郁药物提供参考.