基于网络药理学探讨新冠肺炎初期用药清肺排毒汤的作用机制

任星 杨静 张菀桐 高蕊

摘要 目的：利用网络药理学方法研究清肺排毒汤（QFPDT）治疗新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的物质基础和作用机制。方法：通过中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）數据库，GeneCards数据库获得药物有效成分、靶点蛋白及相关疾病，运用Uniprot数据库查询靶点蛋白对应的基因名称。借助Cytoscape 3.7.2软件构建药物活性成分-潜在靶点，主要作用靶点-相关疾病的网络模型;运用Cytoscape 3.7.2软件中的ClueGo插件对主要潜在靶点进行基因本体（GO）富集分析和京都基因和基因组百科全书（KEGG）富集分析。结果：经筛选得到278个化合物，177个QFPDT调控的靶点蛋白。根据度（Degree）值得到QFPDT主要有效成分为槲皮素、豆甾醇、β-谷固醇和山柰酚。相关疾病较多的靶点为PTGS2、PPARG、MAPK14和CDK2，与COVID-19相关的疾病包括炎症、哮喘、肺癌、发热、病毒感染等。QFPDT作用的主要通路为IL-17信号通路，雌激素信号通路，血小板活化通路及小细胞肺癌等通路。结论：对QFPDT的物质基础和作用机制进行了初步预测，为QFPDT在COVID-19的临床治疗中提供了依据。

关键词 清肺排毒汤;网络药理学;新型冠状病毒肺炎;物质基础;作用机制

Abstract Objective：To explore the material basis and action mechanism of Qingfei Paidu Decoction（QFPDT） and coronavirus disease（COVID-19） by using network pharmacology.Methods：The active ingredients，target proteins and related diseases were obtained through TCMSP Database.Uniprot database was used to query the gene names corresponding to the target proteins.Cytoscape 3.7.2 software was used to build a network model of drug active ingredients-potential targets and main targets-related diseases; ClueGo plugin of Cytoscape 3.7.2 software was used to perform GO biological processes on main potential targets and KEGG metabolic pathway analysis.Results：After screening，278 compounds and 177 target proteins regulated by QFPDT were obtained.According to the degree value，the main active ingredients of QFPDT were quercetin，stigmasterol，β-sitosterol and kaempferol.The targets of related diseases were PTGS2，PPARG，MAPK14，and CDK2.The diseases related to COVID-19 pneumonia included inflammation，asthma，lung cancer，fever，and viral infection etc.According to the analysis of GO biological processes and KEGG metabolic pathways，the main pathways of QFPDT action were IL-17 signaling pathway，estrogen signaling pathway，platelet activation pathway，and small cell lung cancer.Conclusion：This paper makes a preliminary prediction of the material basis and mechanism of QFPDT，and provided a basis for QFPDT in the clinical treatment of COVID-19.

Keywords Qingfei Paidu Decoction; Network pharmacology; COVID-19; Material basis; Action mechanism

中图分类号：R289.5;R285文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.19.007

新型冠状病毒（2019-nCoV）引起的肺炎自2019年12月出现后迅速蔓延全国，其具有潜伏期长、传染性强、各类人群普遍易感的特点。随着疾病在全国的蔓延，人们的日常生活及工作受到了一定的影响，同时对人民健康带来的威胁，引起了国家的高度重视。2020年2月12日，世界卫生组织宣布，将2019-nCoV引发的疾病正式命名为COVID-19，即Corona Virus Disease 2019，目前国家卫生健康委员会将其暂命名为新型冠状病毒肺炎，即新冠肺炎[1]。初期感染新冠肺炎患者临床症状多见发热、干咳、乏力，后期重症患者可见呼吸困难甚至严重性呼吸衰竭[2]。新冠肺炎尚无特效药，且发病机制不明确，目前以中西医结合对症治疗为主。湖北省一半以上的确诊病例都使用中医药治疗并取得一定成效[3]，体现了中医药治疗在此次抗击新冠肺炎中的优势。

中医强调整体观念和辨证论治，国家大力发挥中医药的优势特色，国家中医药管理局推荐在中西医结合救治中使用清肺排毒汤（QFPDT）[4]。QFPDT是由《伤寒杂病论》中多个经方融合創新而成，以麻杏石甘汤、射干麻黄汤、小柴胡汤、五苓散、橘枳姜汤加减化裁，共21味药物组成[5]。该复方在山西、河北、黑龙江、陕西4省试点期间初步有效率达到90%以上，取得了较为理想的疗效，对当前中医药治疗新冠肺炎起到了积极的指导作用。

网络药理学作为研究中药单体及复方的作用及作用机制的新兴学科，通过对药物成分、作用靶点及对应疾病等信息进行数据整合及建模的方式进行分析[6-7]。本研究旨在基于网络药理学的方法筛选出QFPDT中药物成分及作用的靶点，预测与QFPDT主要作用靶点相关的疾病，构建靶点网络，并进行富集分析。初步探索QFPDT治疗COVID-19的物质基础及作用机制。

1 材料与方法

1.1 获取QFPDT候选靶点 利用中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP），搜索并获取QFPDT的药物（除石膏外）化学成分，根据口服生物利用度（OB）≥30%和类药性（DL）≥0.18进一步筛选QFPDT的有效化合物。根据药物已知成分，在TCMSP数据库及GeneCards数据库获取成分作用靶点，将获取的靶点进行去重处理，排除重复靶点。运用Uniprot数据库查询靶点蛋白对应的基因简称，得到QFPDT调控的潜在靶点。

1.2 QFPDT药物成分-候选靶点网络的构建 应用Cytoscape 3.7.2软件构建QFPDT药物成分-候选靶点网络图。通过对候选靶点度（Degree）值分析，获得大于平均Degree值的靶点。

1.3 QFPDT主要作用靶点-相关疾病网络的构建 应用TCMSP数据库，筛选获得上述大于平均Degree值的靶点的相关疾病。运用Cytoscape 3.7.2软件构建QFPDT主要作用靶点-相关疾病网络图。

1.4 基因本体（GO）富集分析和京都基因和基因组百科全书（KEGG）富集分析 将QFPDT中主要靶标基因，即上述获得的大于平均Degree值的靶点导入Cytoscape3.7.2软件的ClueGO插件中进行GO生物过程及KEGG通路富集分析。

2 结果

2.1 QFPDT药物化学成分筛选 筛选共得到310个有效活性成分，部分筛选结果见表1。

2.2 QFPDT药物候选靶点筛选 将上述获得的310个QFPDT活性成分引入TCMSP数据库及GeneCards数据库，获得278个活性成分对应182个疾病靶点（其中有32个活性成分的疾病靶点未被TCMSP数据库及GeneCards数据库收录）。将上述获得的QFPDT作用靶点输入到Uniprot数据库中查询靶点蛋白对应的基因简称，剔除非人源靶点后最终得到QFPDT调控的疾病靶点177个。构建QFPDT药物成分-候选靶点网络。该网络共包含455个节点，6 724条边。其中278个粉色圆形节点代表QFPDT活性成分，177个蓝色方形节点代表活性成分作用的疾病靶点，6 724条边代表成分与靶点之间的相互作用关系。在网络中，一个节点的度（Degree）表示网络中和节点相连路线的条数。在化合物方面，越靠近中心形状越大的节点表示该化合物的Degree值越高，与其对应的靶点越多，说明这些化合物可能是QFPDT中起主要作用的化合物。见图1。

其中有4个化合物的Degree值≥300，分别是MOL000098槲皮素（Quercetin），MOL000449豆甾醇（Stigmasterol），MOL000358 β-谷固醇（beta-sitosterol），MOL000422山柰酚（Kaempferol）。在化合物作用的疾病靶点方面，节点形状越大表示该靶点的Degree值越高。177个靶点的平均Degree值为38，网络图中深蓝色的节点共40个，为Degree≥38的靶点。见表2。

2.3 QFPDT主要作用靶点-相关疾病网络模型的构建 将上述获得的40个重要靶点分别引入TCMSP数据库，获取各靶点对应的相关疾病。利用Cytoscape 3.7.2软件构建QFPDT主要作用靶点-相关疾病网络图。该网络包括187个节点（40个作用靶点和147个疾病）和228条边。橘黄色节点表示QFPDT的主要作用靶点，蓝色节点表示相关疾病。节点形状越大，表示该节点的Degree值越高，即相关疾病越多。其中Degree值最大的靶点为PTGS2（Degree=32），与炎症、炎症性疾病、肺癌、发热等疾病密切相关，其次是PPARG（Degree=21），与哮喘、炎症、慢性炎症性疾病等密切相关，MAPK14（Degree=13）与成人呼吸窘迫综合征、炎症相关，CDK2（Degree=13）与病毒感染有关，以上Degree值较高的靶点相关疾病的症状，均与新冠肺炎相关症状如发热、咳嗽、呼吸困难相符，表明QFPDT作用的主要靶点可能在新冠肺炎治疗中发挥重要作用，为进一步机制探索提供依据。见图2。

2.4 GO生物过程及KEGG通路富集分析

将已获得的40个QFPDT主要作用靶点导入Cytoscape3.7.2软件的ClueGO插件中进行GO生物过程及KEGG通路富集分析，设置P≤0.05，得到QFPDT相关的GO生物过程及KEGG通路结果。

2.4.1 生物过程聚类分析结果 通过GO生物过程分析，获得18个QFPDT相关生物过程，聚类至此生物功能的映射靶点越多，面积越大，得出QFPDT可能主要是参与影响氧化还原酶活性、类固醇激素受体活性、对感冒的反应调节、端粒酶活性的调节等体内生物过程。见图3。

2.4.2 KEGG聚类分析结果 为进一步探究QFPDT的具体相关机制，开展KEGG通路探索，共获得19个信号通路，其中可能与COVID-19相关的通路包括IL-17信号通路、雌激素信号通路、血小板活化通路和小细胞肺癌通路等。见图4。

3 讨论

本研究运用网络药理学手段，通过分析QFPDT分子网络在生物功能方面的异同，初步探索QFPDT的物质基础和可能作用机制。在化合物方面及作用靶点方面，共筛选出QFPDT 278个有效活性成分和177个作用靶点。作用最强的4个化合物分别是槲皮素（Quercertin），豆甾醇（Stigmasterol），β-谷固醇（Beta-sitosterol）和山柰酚（Kaempferol）。槲皮素是一种中草药中提取的黄酮类化合物。已有研究揭示了它的抗炎、抗癌、抗氧化和抗凋亡活性[8]，能够阻断中东呼吸综合征冠状病毒3C-like蛋白酶的活性[9]。豆甾醇与β-谷固醇均属于植物甾醇，是植物的一种活性成分。药理研究表明豆甾醇可刺激网状内皮系统增生，加强巨噬细胞的能力，从而发挥抗炎作用[10]。β-谷固醇作为麻黄、桂枝、紫菀和款冬花的化学成分，在抗病毒，抗炎，免疫调节等过程中也发挥重要的药理作用[11]。万星等[12]研究表明，β-谷固醇可通过抑制TNF-α、核因子κB等信号通改善肝纤维化损伤。山柰酚作为乙醇提取物的有效抗病毒成分，能显著抑制M2病毒mRNA的合成和病毒蛋白M2的表达，从而发挥抗流感病毒的作用[13]。

QFPDT的21味药物中同时含有槲皮素、豆甾醇、β-谷固醇和山柰酚4个主要活性化合物的药物为麻黄，其中同时含有槲皮素、豆甾醇和山柰酚的药物为柴胡，同时含有槲皮素、β-谷固醇和山柰酚的药物为款冬花和紫菀。由此可以推测，QFPDT中起主要作用的药物可能为麻黄、柴胡、紫菀和款冬花。麻黄作为整个解表药中最强的发汗药，为治疗外感风寒高热、邪气在表必不可少的药物，现代药理研究也表明，麻黄具有调节机体产热与散热比例，减少机体产热增加散热的功效[14]。《神农本草经》有云：“柴胡治……寒热邪气。”记载柴胡具有解热的功效。王德山和马吉庆[15]研究表明柴胡有明显的镇静、镇咳作用，其解热作用可能与中枢抑制有关。紫菀和款冬花作为具有止咳平喘疗效的药对，在临床上被广泛应用。李聪等[16]研究发现紫菀、款冬花部位配伍后显著提高抗炎效果，符合相须、相使配伍理论。麻黄、柴胡、紫菀和款冬花发挥较为关键的解表散热，止咳平喘，镇静抗炎作用，与COVID-19表现出的发热、咳嗽等主要症状非常吻合。

在QFPDT主要作用靶点-相关疾病分析中，与疾病关联较多的靶点为环加氧酶2（PTGS2），过氧化物酶体增生激活受体γ（PPARG）、丝裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）、周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）。相关研究证实，PTGS2在中药介导的肺炎抑制中起关键作用[17]。PPARG可以介导免疫细胞（包括炎性巨噬细胞）的早期和持续的浸润致使流感病毒的致病性增强[18]。MAPK14是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成员在感染SARS-CoV时可检测到所有3个MAPK成员的磷酸化[19]，也可能被其他人类冠状病毒所激活[20]。流感病毒在感染期间通过触发宿主抗病毒反应、阻断宿主进程和抑制宿主mRNA处理改变宿主细胞蛋白质组，流感介导的宿主变化主要聚集在HLA-B、ACTB、HSP90AB1、CDK2和ANXA2周围[21]。周期蛋白依赖性激酶（CDK）调控着细胞周期各个环节的起始与进程，进而控制细胞的增殖和凋亡[22]。其在病毒感染控制中起着非常重要的作用。通过QFPDT主要作用靶点-相关疾病网络分析，PTGS2、PPARG、MAPK14和CDK2与炎症、炎症性疾病、哮喘、肺癌、发热、病毒感染等疾病密切相关，与COVID-19相关症状如发热、咳嗽、呼吸困难相符，表明QFPDT作用的主要靶点可能在新冠肺炎治疗中发挥重要作用。

通过GO生物过程聚类分析和KEGG通路聚类分析，可得知QFPDT可能主要参与氧化还原酶活性，类固醇激素受体活性，对感冒的反应调节以及端粒酶活性的调节等生物过程。在信号通路的调控方面，QFPDT可能主要调控IL-17信号通路，雌激素信号通路，血小板活化通路及小细胞肺癌等通路，对COVID-19相关症状进行干预。IL-17通路可通过激活核因子κB和MAPK诱导下游基因发挥抗炎作用[23]。冠状病毒感染机体后，COVID-19可诱导多种细胞因子和化学趋化因子产生失控过激的病理反应，即“细胞因子风暴”。“细胞因子风暴”是由细胞因子和化学趋化因子通过激活核因子κB信号通路而引发的过激、失控的免疫应答，是引起急性呼吸窘迫综合征和多器官衰竭的重要因素[24]。由此，本研究推断IL-17信号通路对在QFPDT干预COVID-19过程中起着至关重要的作用。

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（2020-12-18收稿 责任编辑：张雄杰）