黄芩治疗高血压的网络药理学研究

董明月 黄 艳 周立华▲

1.河南中医药大学第三临床医学院，河南郑州 450000；2.河南中医药大学第三附属医院国医馆，河南郑州 450000

高血压是各种原因引起的以动脉血压升高为主要表现的综合征[1]。随着经济的快速发展、人口老龄化的加快、饮食生活方式的改变，高血压发病率在全球各国呈逐年增长趋势，故加强对高血压的防治工作刻不容缓。党晓芳等[2]从药智网和2015 版《中华人民共和国药典临床用药须知·中药成方制剂卷》中，以“高血压”“降压”为关键词检索治疗高血压的中成药，发现治疗高血压的单味中药使用频率最高的是黄芩，因此，研究黄芩治疗高血压的作用机制十分有必要。黄芩为唇形科植物黄芩的干燥根，具有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎的功效[3]。现代药理研究表明，黄芩具有扩张血管、降压、抗动脉粥样硬化、抗感染、抗肿瘤、抗氧化等作用[4-5]。黄芩可阻断平滑肌细胞膜上的电压依赖型Ca2+通道和受体操纵型Ca2+通道，抑制细胞Ca2+的增高，以发挥降压作用[6]；还可以通过扩张血管而降压[7]。但是，中药发挥疗效具有多成分、多靶点的特点，黄芩降压的有效成分和作用机制尚不清楚，因此需要借助现代科学的方法——网络药理学对其进行深入研究。近年来，网络药理学为中药潜在药理作用和复杂分子机制的研究提供了指导[8]。故本研究运用网络药理学的方法，以黄芩为研究对象，探索药物与疾病间的关联性，对黄芩治疗高血压的潜在作用机制进行研究。

1 资料与方法

1.1 化学成分收集

通过中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）[9]搜索“黄芩”，获得全部活性成分信息。然后根据成分药动学吸收、分布、代谢、排泄参数进一步筛选，以药物口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18为筛选条件[10]。利用Uniprot[11]数据库中的Uniprot KB检索功能选择“Reviewed”“Human”，将检索结果以Excel 格式导出，再将筛选出的黄芩活性成分对应的靶点转换为人类基因名称。

1.2 疾病靶点查询

利用GeneCards、OMIM、TTD、DrugBank，以“Hypertension”为检索词进行高血压疾病靶点的查询。通过韦恩图得到黄芩与高血压相关靶点的交集。

1.3 “活性成分-靶点”网络构建

分别将黄芩-高血压潜在作用靶点基因名、黄芩-高血压潜在作用靶点对应的活性化学成分输入Cytoscape 3.7.2 软件[12]绘制“活性成分-疾病靶点”网络。

1.4 构建蛋白质相互作用网络

利用String 数据库，将黄芩治疗高血压的靶点限定研究种类设置为“Homo sapiens”，构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络。设置分值＞0.9，删除游离节点，来筛选高置信度数据。再利用Cytoscape 3.7.1 软件中的CytoNCA 插件，以Betweenness、Closeness、Degree中位数为卡值进行2 次筛选，筛选出核心基因。

1.5 GO 富集分析与KEGG 通路分析

运用R 语言对黄芩活性成分治疗高血压的靶点进行GO 生物学过程富集分析和KEGG 通路富集分析。

2 结果

2.1 黄芩活性成分及药物靶点预测

共得到黄芩活性成分36 个，检索到107 个成分作用靶点。检索GeneCards、OMIM、TTD、DrugBank 数据库，合并删除重复靶点后共获得5817 个靶点，通过韦恩图取交集，得到黄芩与高血压相互作用靶点共86 个，结果见图1。

图1 中药-疾病靶标韦恩图

2.2 疾病靶点与成分-靶点网络

使用Cytoscape 3.7.2 软件绘制黄芩治疗高血压的“活性成分-靶点”，总共包括117 个节点（86 个靶点节点、31 个药物活性成分节点）和308 条边，其中六边形代表黄芩的化合物，四边形代表药物靶点，见图2。依据节点的大小和节点度的高低排名，靠前的活性成分有MOL000173（汉黄芩素）、MOL000449（豆甾醇）、MOL002714（黄芩素）、MOL000358（β-谷甾醇）。

图2 黄芩的活性成分-靶点网络图

2.3 蛋白质相互作用网络构建

将黄芩治疗高血压的86 个潜在靶点，通过String数据库构建PPI 网络，设置分值>0.9，删除游离节点，以筛选高置信度数据，结果见图3。利用Cytoscape 3.7.1 软件中的CytoNCA 插件，以Betweenness、Closeness、Degree、Eigenvector 中位数为卡值进行2 次筛选，筛选出核心基因，见图4。

图3 中药-疾病靶点蛋白相互作用网络

图4 黄芩作用于高血压的“靶点-通路”核心

2.4 GO 功能富集分析结果

将黄芩治疗高血压的86 个潜在靶点从分子功能（MF）、生物过程（BP）、细胞组分（CC）3 个水平进行GO 分子功能富集。结果显示，BP 分析取排名靠前的分析结果，包括细胞对化学应激的反应、对脂多糖的反应、氧化应激反应、对细菌来源分子的反应、对金属离子的反应等。CC 分析包括突触前膜的组成部分、膜筏、膜微结构域、膜区域等。MF 分析取排名前10 的分析结果，包括G 蛋白偶联胺受体活性、类固醇激素受体活性、肾上腺素能受体活性、儿茶酚胺结合等。见图5。

图5 GO 富集分析柱状图

2.5 KEGG 通路富集结果

KEGG 富集结果显示，最显著的信号通路是卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染信号通路、人巨细胞病毒感染、PI3K-Akt 信号通路。其他通路还包括p53 信号通路、流体剪切应力与动脉粥样硬化等。见图6。

图6 KEGG 富集分析柱状图

3 讨论

高血压是西医病名，中医古籍并无相对应病名，多归类于“眩晕”“头痛”范畴。现代医学在高血压的诊断、病理机制及治疗上认识较全面，能对血压升高的各个环节进行干预，可以迅速降压，降低并发症的发生。但长期服用降压药，存在患者依从性差、容易耐药等缺点。现代药理研究表明，许多中药不仅能改善高血压症状，还能改善血管内皮，抑制肾素活性、胰岛素抵抗的影响[13]等。这是中国医学防治高血压的特色和优势所在。

在“活性成分-靶点”网络中，靠前的活性成分有汉黄芩素、黄芩素、豆甾醇、β-谷甾醇。董红敬等[14]采用网络药理学方法对黄芩中的汉黄芩素、黄芩素等8 种化合物作用靶点进行了预测，发现黄芩与水肿、高血压、心脏病等多种疾病相关。黄芩煎剂提取物能不同程度地降低麻醉大鼠和犬的血压，其中黄芩素对血管平滑肌具有双重调节作用[15]。黄芩治疗高血压最相关的8 个核心靶点为ESR1、AKT1、FOS、JUN、CCND1、CDKN1A、TP53、MAPK14，推测黄芩活性成分可能通过这些靶点来降压。Tan 等[16]发现ESR1 是通过促进内皮一氧化氮合酶的表达，增加血管内NO 释放来舒张血管。Mercuro 等[17]发现，在绝经后妇女中的雌激素对血压正常者影响较小，但是对高血压患者则可降低其收缩压和舒张压。相关研究发现[18]，Akt1 通过激活内皮一氧化氮合酶磷酸化和随后产生一氧化氮来调节血管舒张，从而调节血压。血管紧张素Ⅱ浓度常用作高血压诊断及研究的重要指标。曾武涛等[19]研究显示，血管紧张素Ⅱ可诱导心肌细胞原癌基因c-fos表达，并呈量效关系。卡地尔江·牙生等[20]通过实验表明，模型组c-fos 与c-jun 基因mRNA 表达水平有下调趋势，心肌舒张因子SERCA-2a 蛋白的表达量跟c-jun 表达量有关。

GO 生物过程分析结果显示，黄芩治疗高血压与氧化应激反应、类固醇激素受体活性、儿茶酚胺结合等相关，提示黄芩通过多种途径来发挥降压作用。KEGG分析结果显示，黄芩治疗高血压最为显著的信号通路为卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染、人巨细胞病毒感染、PI3K-Akt 信号通路。目前对卡波西肉瘤相关疱疹病毒的研究主要涉及卡波西肉瘤、肿瘤、皮肤病等，尚未涉及高血压，其发病机制影响细胞的正常周期，而促使疾病的发生发展[21]。人巨细胞病毒感染[22-23]可导致氧化应激及内皮功能障碍，而内皮功能障碍和炎症反应是高血压发生发展的关键机制。血管的收缩舒张功能不仅受到膜上离子通道调控，也与信号通路调控有关，其中PI3K/AKT 信号通路的异常活化是调节血管平滑肌收缩与舒张的重要信号转导通路之一[24]。研究表明，P13K/AKT 信号通路引起平滑肌细胞上钙离子内流而致血管收缩[25]。

本研究通过网络药理学方法探讨了黄芩通过多成分、多靶点、多途径降压的作用机制，为黄芩治疗高血压提供了一定依据。但本研究只是通过理论预测，尚缺乏相应的实验来验证。