基于网络药理学探讨冬虫夏草预防慢性支气管炎急性发作的可行性研究*

李钰昕 张洪春 李 云 疏欣杨 △

（1.北京中医药大学，北京 100029；2.中日友好医院，北京 100029；3.国家呼吸医学中心，北京 100029；4.中国医学科学院呼吸病学研究院，北京 100029；5.国家呼吸疾病临床医学研究中心，北京 100029；6.世界卫生组织戒烟与呼吸疾病预防合作中心，北京 100029）

慢性支气管炎急性加重（AECB）是急诊或呼吸科临床常见疾病。抗生素是治疗AECB的常用选择，但其无法改变AECB反复发作的特点，且常因AECB的反复发作引起抗生素耐药的发生［1］。预防AECB的反复发作才能从根本上解决其对患者生命健康的威胁。AECB常由细菌或病毒感染诱发，多见于抵抗力下降的老年患者，因此免疫调节成为防治AECB的新方向［2］。冬虫夏草是我国有两千多年历史的传统补益药，现代药理学研究表明冬虫夏草具有免疫调节、抗炎、抗氧化应激、抗癌等药理作用［3］。冬虫夏草作为具有调节免疫功效的药食两用中药材，在防治AECB方面具有广阔的前景，多项临床研究已证实冬虫夏草不仅可显著改善患者的肺功能，还可以提高患者免疫力［4］，从而达到减少AECB的发生的目的。

网络药理学是基于系统生物学的理论，以中药化学成分、作用靶点为信号节点，整合系统生物学、基因学、计算机分析科学等学科的理论，分析药物活性成分与作用靶点之间的联系，探讨药物治疗疾病的信号通路，在整体角度上预测药物与疾病之间的关联性，可以针对疾病的靶点，有效提高药物治疗疾病的疗效，减少毒副作用。本研究通过网络药理学探讨冬虫夏草预防AECB的可能性及相关分子机制，以期为AECB的免疫调节治疗提供一定的理论依据，为后期的深入研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 冬虫夏草活性化合物和靶点的筛选 基于TCMSP（https：//old.tcmsp-e.com/tcmsp.php）及《中华人民共和国药典》（2020版），筛选冬虫夏草的化学成分及分子结构信息等。纳入符合口服生物利用度≥30%、类药性≥0.18［5］的标准化合物，筛选出候选活性化合物。通过Pub-Chem（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）获得药物活性化合物的标准结构，利用SwissTargetPrediction（http：//www.swisstargetprediction.ch/）预测活性成分靶点并纳入Probability＞0.02［6］的靶点。将获得的冬虫夏草相关的活性化合物及靶点导入Cytoscape3.7.1绘制冬虫夏草-化合物-靶点网络图。

1.2 预测目标靶点 利用GeneCards（https：//www.genecards.org/）数据库检索AECB疾病相关靶点，取冬虫夏草活性化合物和AECB疾病集合的靶点交集作为目标靶点。

1.3 PPI蛋白互作网络 基于STRING工具（https：//www.string-db.org/）构建PPI蛋白互作网络，并通过Cytoscape3.7.1绘制PPI网络图。利用Cytoscape3.7.1插件CytoHubba筛选重点靶点，纳入最大集团中心性法分析得到的前10个靶点。

1.4 GO和KEGG富集分析 将目标靶点列表导入DAVIDE 工 具（https：//david.ncifcrf.gov/），选 择 GO 和KEGG分别进行通路和疾病的富集分析。结果用R软件（version 3.6.2）绘制的气泡图展示。

2 结果

2.1 冬虫夏草的活性成分 共筛选出冬虫夏草的主要活性成分7个，主要可分为脂肪酸类［花生四烯酸（Arachidonic acid）、乙酸亚油脂酸（Linoleyl acetate）、棕榈酸胆固醇酯（Linoleyl acetate）］，以及甾醇类化合物［β-谷甾醇（Beta-sitosterol）、麦维甾醇（Cerevisterol）、过氧麦角甾醇（Peroxyergosterol）、35，6-胆甾醇-3β-醇（CLR）］。通过SwissTargetPrediction工具预测冬虫夏草活性成分的靶点234个，绘制冬虫夏草-化合物-靶点网络图，见图1。图中圆圈节点代表化合物预测的靶点，长方形节点代表化合物，6边形节点代表冬虫夏草。甾醇类化合物中以麦维甾醇靶点最多，脂肪酸类化合物中以花生四烯酸靶点最多。

2.2 目标靶点 GeneCard数据库收集AECB的相关靶点697个，将冬虫夏草的234个靶点与之进行映射，得到共同靶点61个，这61个靶点即为冬虫夏草防治AECB的目标靶点，目标靶点占冬虫夏草靶点的26%，因而日常服用冬虫夏草提高免疫力对预防AECB有一定意义。

2.3 PPI网络构建 将61个目标靶点输入STRING工具，构建目标靶点的蛋白质互作PPI网络图见图2，共有61个节点，385条边，节点越大，颜色越暖代表度值（Degree）越大。将PPI网络导入Cytoscape3.7.1并用CytoHubba插件筛选重点靶点，节点越大代表度值越大，节点越红代表最大集团中心性算法后的分值越高。重要的靶点有 TP53、TNF、MAPK1、EGFR、MAPK8、MAPK14、PTGS2、SRC、AR、NR3C1。见图2。

2.4 GO和KEGG富集分析 GO富集分析结果显示生物过程主要包括蛋白质改变、细胞周期调节、炎症反应以及免疫调节，细胞成分主要涉及质膜和细胞表面，分子功能主要有激酶活性和蛋白质结合。KEGG富集分析显示的条目包括免疫调节相关通路如NOD样受体信号通路、Toll样受体信号通路、RIG-I样受体信号通路、T细胞受体信号通路；感染相关通路如肺结核、百日咳、单纯疱疹病毒感染、HTLV-I感染、志贺菌病、幽门螺杆菌感染、美国锥虫病、弓形虫病等病毒、细菌以及寄生虫感染通路等；炎症相关通路如TNF信号通路、EGFR信号通路、PI3K-Akt信号通路、NF-κB信号通路、p53信号通路、MAPK信号通路、ErbB信号通路、FcεRI信号通路、TRP通道的炎症介质调节、花生四烯酸代谢通路；以及癌症相关的通路如前列腺癌、膀胱癌、胰腺癌、癌症蛋白多糖、小细胞肺癌、癌症中枢碳代谢、癌症microRNA、神经胶质瘤、细胞周期、Rap1信号通路等；富集分析的结果提示了冬虫夏草可能通过影响免疫调节、抗感染、抗炎及抗癌等通路发挥防治AECB的作用。见图3。

3 讨 论

本研究基于网络药理学研究方法得到了冬虫夏草防治AECB的目标靶点和信号通路，发现冬虫夏草可以通过调节机体免疫和营造不利于病原微生物的生存环境发挥防治AECB的作用。AECB属于中医学“咳嗽”范畴，多由肺卫功能不足，六淫外邪侵袭肺系，肺失宣降所致。因此补肺益气固卫、止咳化痰平喘是预防AECB反复发作的根本手段。冬虫夏草是传统补益药，具有“百药之王”的称号，用于久咳虚喘，劳嗽咯血，通过补肺肾、益精气增加人体的御邪能力，化痰平喘改善气道缓解，从而发挥防治AECB的作用。

现代医学认为免疫力低下、病原微生物感染及气道炎症环境在AECB的发病中起着重要作用。麦维甾醇可以通过对MAPK/NF-κB/AP-1和Nrf2/HO-1炎症信号通路的抑制缓解气管慢性炎症环境［7］。花生四烯酸则可通过对促炎因子和抑炎因子的调节、对包膜病毒的灭活、对细菌结构及活动的破坏，发挥免疫调节和抗感染的作用［8］。重要靶点 PTGS2、MAPK、NR3C1、TP53、TNF、EGFR、SRC均与免疫调节、感染调控及炎症反应密切相关。其中PTGS2与慢性炎症的形成关系密切［9］；MAPK家族参与感染［10］、炎症［11］、免疫［12］的调节；NR3C1参与糖皮质激素对气道上皮炎症的调节［13］；TP53的突变会削弱机体的免疫功能［14］；TNF可触发多条炎症途径；EGFR是细菌［15］、病毒［16］等微生物感染诱导的炎症和相关致癌作用的潜在治疗靶点；SRC在巨噬细胞介导的先天免疫中发挥多重作用［17］。

呼吸道感染是AECB最常见的病因，而感染常发生于免疫力低下时。既往研究表明冬虫夏草可以通过对NOD样受体、RIG-I样受体、Toll样受体和T细胞信号通路的调节，发挥抗感染和提高免疫力的作用［18-22］，与本研究富集结果相符。病原微生物感染导致的气道炎症反应是AECB发病的关键，既往研究表明冬虫夏草及其活性成分可以通过对NF-κB、MAPK、TNF［23］、EGFR［24］、PI3K-Akt［25］等信号通路的调控，抑制炎症反应和氧化应激［14，26］，减少嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的浸润，减轻气道壁厚度，抑制气道重塑［27］，与本研究富集结果相符。此外，本研究亦发现冬虫夏草防治AECB的信号通路中有多条癌症途径参与其中，这可能是由于癌症和感染激活生物合成途径的相似性导致的。起源于20世纪的病毒致癌说就曾提出病毒致癌的证据，临床中包括肺癌在内的多种癌症亦与感染有关［28-29］，病原体感染人体后的代谢变化与肿瘤相似，故可以推测用冬虫夏草可以通过调节人体代谢环境，营造不利于病原微生物的生存环境［6］。

本研究利用网络药理学从整体上分析了冬虫夏草预防AECB的作用机制，结果表明冬虫夏草预防AECB是通过多成分、多靶点、多通路的协同来发挥其治疗作用的。其发生作用的机制与免疫调节、抗感染和抗炎调节有关。预测的潜在活性成分、靶点、生物功能及通路与文献报道基本相一致，因此说明本研究的预测具有一定的可靠性，能为挖掘中药潜在价值提供可靠依据，为进一步深入研究冬虫夏草防治AECB提供新的思路与理论参考。