基于网络药理学探究参附注射液治疗慢性心力衰竭的作用机制∗

唐福星 张久亮 李春岩

（1.北京中医药大学，北京 100029；2.中日友好医院，北京 100029）

慢性心力衰竭（CHF）是一种因多种心脏基础疾病引起心脏结构功能变化，致使心脏充盈与射血功能不全，循环血量不足以满足组织器官代谢的综合征，其发病率高，患者5年生存率与恶性肿瘤相近。目前中药静脉制剂参附注射液已被广泛应用于CHF治疗中，并被纳入专家共识［1］。大量临床研究显示，在常规药物治疗基础上加入SFI能够改善血流动力学及心衰相关化验指标、减轻患者证候、提高生活质量［2］。联合中医辨证施治较单纯西医治疗有着诸多优势，故研究中医治疗CHF具有一定前景。

现代药理研究发现，人参皂苷和乌头类生物碱是参附注射液的主要成分［20］，本研究采用网络药理学对参附注射液主要成分进行分析，筛选疾病与药物共同靶点，从靶点、信号通路角度研究其治疗CHF的机制，并结合诸多学者药理分析与动物实验予以佐证，旨在为后续实验研究和临床应用提供思路。

1 资料与方法

1.1 中药活性成分筛选及靶点预测 通过TCMSP（https：//tcmspw.com/tcmsp.php）数据库，以“RENSH⁃EN”“FUZI”为关键词，依据口服生物利用度（OB）≥30%和药物相似性（DL）≥0.18，筛选人参与附子两味中药全部化学成分，并统计两者活性成分所作用的靶点。

1.2 数据获取与网络构建 本研究以“chronic heart failure”为关键词检索Genecards（https：//www.gene⁃cards.org/）数据库，结合疾病相关score值筛选与心力衰竭相关程度较高、信息来源可靠的靶点；经Uniprot（https：//www.uniprot.org/）数据库对靶点进行统一标准化命名，分析得出疾病与药物间重叠靶点；将共同靶点导入 STRING（https：//string-db.org/）蛋白质互作数据库，进行分析并构建成分中药-疾病靶点的PPI网络；将结果导入Cytoscape3.8.0软件绘制中药-疾病靶点网络，根据各节点Degree值筛选出重要药物与靶点，分析PPI网络拓扑属性参数，计算网络整体的“节点度值”和“介数中心性”，两者是判断网络节点重要性的主要参数，筛选度值和介数同时在中位数以上的靶点为核心靶点，由此研究核心靶点可能作用机制。

1.3 信息与信号通路富集分析 将药物-疾病共同靶点输入 Metascape（http：//metascape.org/gp/index.html#/main/step1）数据库分别进行GO生物学过程（Biologi⁃cal Process，BP）、分子功能（Molecular Function，MF）功能富集分析；同时进行KEGG分析靶基因组中的信号通路及代谢网络，查询 KEGG（https：//www.kegg.jp/）、AmiGO2（http：//amigo.geneontology.org/amigo/landing）数据库得到以上通路详细信息，综合预测SFI与慢性心衰关键靶点的生物学特性及调控通路。

2 结 果

2.1 参附注射液活性成分靶点及CHF疾病靶点筛选 根据OB与DL阈值，经多个数据库确认，剔除缺少靶点数据的化合物，筛除缺乏标准化命名的靶点后，共获取人参活性成分17个、附子活性成分5个、药物靶点共119个，见表1。共得到13 194条CHF相关靶点，以SCORE≥7.69为节点，筛选出前25%的疾病靶点共3 227条。充分体现SFI多成分、多靶点的作用机制。

表1 SFI活性成分筛选

2.2 药物成分-疾病靶点网络构建 经统计分析，药物成分与疾病靶点交集共78个。将其导入Cytoscape软件，见图1。单一节点与其他节点联系越多说明该节点在网络中作用越重要，参附注射液药物成分排名前5分别为山柰酚、β谷甾醇、原阿片碱、豆甾醇和苏齐内酯；网络中相关程度最高的基因包括环加氧酶1、2（PTGS1、2）、β2肾上腺素受体（ADRB2）、心脏钠通道基因（SCN5A）、热休克蛋白90（HSP90AA1）、毒蕈碱受体M3（CHRM3）等，初步推测SFI治疗CHF的机制与这些药物成分及靶点有关。

图1 药物成分-疾病靶点网络图

2.3 参附注射液与慢性心力衰竭潜在靶点PPI网络相关分析 见图2。越是处在网络中心区域、与其他节点交汇越多者则表明该靶点在本疾病中越重要，将PPI数据导入Cytoscape软件综合分析degree值，前5位依次为：蛋白激酶B（AKT1）、肿瘤坏死因子（TNF）、环加氧酶（PTGS2）、JUN基因、CASP3基因等，推测这些靶点可能是参附注射液治疗CHF的关键靶点。

图2 参附注射液作用与CHF靶点的PPI网络

2.4 生物信息学GO分析 见图3。将药物-疾病重合靶点输入Metascape数据库进行GO富集，其中与CHF较为相关的生物过程（BP）包括：影响血液循环、调节神经递质水平、凋亡信号通路、调节离子转运、对类固醇激素的反应、正向调节MAPK联级反应；分子功能（MF）包括：G蛋白偶联受体活动、神经递质受体活动、半胱氨酸型内肽酶活性参与的凋亡信号通路、类固醇激素受体活动、钙调蛋白结合等。因而我们推测参附注射液中人参皂苷及生物碱类成分可能通过这些途径治疗CHF。

图3 GO富集分子功能图（上）与生物过程图（下）

2.5 通路富集分析 见图4。通过Metascape数据库进行KEGG富集，其中与CHF较为相关的通路包括：调节流体剪切力与粥样硬化通路、AGE-RAGE通路、钙离子信号通路、核因子-κB信号通路、环磷酸鸟苷（cAMP）信号通路、内皮生长因子（VEGF）信号通路、乙酰胆碱受体通路、雌激素受体信号通路等，推测参附注射液是经这些通路发挥作用而治疗CHF的。

图4 KEGG富集分析图

3 讨论

中医古籍多从证候角度描述心力衰竭，并将其归于“喘证”“水肿”“心痹”等疾病。中医认为，心衰病机可概括为本虚标实，本虚以气虚为主，《金匮要略》“劳则喘息汗出，外内皆越，故气耗矣”“味过于甘，心气喘满”，提示饮食劳倦是耗伤心气的因素；血瘀、痰饮等为标实之邪，《圣济总录》“虚劳惊悸者，甚者则悸，微者短气”“水病累血，血病累气”。心衰晚期病损及肾，则多见心肾阳虚之证［1］。参附注射液源自中药名方参附汤，最早可追溯至宋《严氏济生方》，方中黑附子大辛大热，补火助阳，红参乃大补元气之要药。《本经》中记载“人参味甘，主补五脏，安精神，定魂魄，止惊悸”“附子主风寒咳逆邪气，温中，金创，破癥坚积聚，血瘕，寒温”。二药合用有益气温阳之功，气行则血畅，而胸闷心悸、胸痹肢冷得解。本研究基于数据挖掘与网络药理学方法，通过对参附注射液分析成分，构建疾病-药物靶点网络，进而从分子生物学功能角度解释其治疗CHF的机制。目前对参附注射液有效成分的药物机理作用已进行大量动物实验，其中的许多论述可以佐证本研究结论。

研究显示，慢性心衰大鼠心肌细胞L型钙通道表达下调，肌浆网内钙离子容量减少，影响兴奋-收缩偶联过程中Ca2+的释放，导致心肌收缩力降低［3］。人参总皂苷可作用于G蛋白偶联受体影响钙通道活动，增加心肌细胞Ca2+内流［4］，故能增加小鼠肌浆网内Ca2+浓度，从而增强心肌收缩力，改善心衰小鼠血流动力学表现［5］。患病心脏常出现心肌肥厚等结构性病变，多累及电生理系统，加以慢性缺氧、血离子紊乱等原因，CHF患者常出现房颤、传导阻滞等各类心律失常，进一步影响心室收缩及舒张功能从而加重心衰。而人参有效成分山柰酚能通过cAMP/PKA途径开放大电导钙激活钾通道，继而引起HUVEC细胞膜超极化［6］，以起到稳定膜电位的作用。人参二醇组皂苷则能抑制大鼠心肌L型钙通道活动，延长心脏动作电位第二时相中Ca2+内流过程，从而影响其兴奋性、传导性和自律性［7］，这可能是参附注射液对抗心律失常作用的机制［8］。

心室重构是CHF病程进展中的另一重要部分，涉及神经、体液、免疫、细胞凋亡等诸多方面。有研究表明，细胞炎症因子TNF-α、IL-6水平异常升高与心肌肥厚程度相关［9］。核因子-kappa B受体（NF-κB）［10］与Toll样受体（TLRs）［11］可受此类炎症因子激活，进而诱导心肌细胞凋亡与心室重构。多项动物实验表明，人参皂苷Rb1能通过介导TLR4-MyD88-NF-κB/MAPK通路，减少小鼠丙二醛、IL-6、TNF-α等炎症因子的产生［12］，并提高超氧化物歧化酶活性，从而延缓复制性内皮细胞衰老［13］。山柰酚能通过干预TLR4/NF-κB信号通路，减少小鼠TNF-α、IL-6、IL-1β等炎性因子的产生［14］，改善血流动力学指标［15］，并缓解血管内皮细胞受氧化低密度脂蛋白诱导的凋亡损伤［16］。此外，在糖尿病患者中，晚期糖基化终产物与其受体所构成的AGE-RAGE通路表达上调，其下游产物涵盖IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子与血管内皮生长因子（VEGF），所致炎症反应及血管内皮异常增生被认为与糖尿病缺血性心脏病相关［17］，山柰酚可以通过抑制AGE-RAGE通路激化，减少炎症因子表达，进而减轻冠脉钳夹大鼠心肌缺血症状［18］。人参皂苷Rh2则能抑制VEGF与受体结合，抑制异常新生血管形成与移生［19］，进而发挥抗心衰作用。

综上，参附注射液治疗慢性心力衰竭具有多成分、多靶点、多途径的特征，目前现有的动物实验研究从增强心肌收缩力、抗心律失常、抑制炎症反应与细胞凋亡、改善动脉粥样硬化等途径，解释了参附注射液治疗慢性心力衰竭的分子机制，今后研究亦可能从调节类固醇激素分泌、影响肾上腺能受体及胆碱能受体激活等途径印证本文猜想。本研究尚存在局限性，原药物的部分有效成分由于不满足筛选条件而未能纳入研究，另有部分药物成分仅有少量动物实验，不足以支持本研究预测，今后还需拓展动物实验范围，优化数据筛选及处理手段，发挥中医药和现代医学之所长，让后续研究更具合理性和前瞻性。