“一带一路”国家抗感染传统药物数据库构建△

张方博，唐璇，唐仕欢*，杨洪军

1.中国中医科学院 中药研究所，北京 100700；

2.中国中医科学院 医学实验中心，北京 100700

“一带一路”倡议旨在形成“陆海内外联动、东西双向互济”的开放格局，构建国内国际双循环相互促进的新发展格局，打造健康丝绸之路，推进全球公共卫生平台建设[1]。自古以来，东南亚各国就是“海上丝绸之路”的重要组成部分，传统医药在“海上丝绸之路”沿线国家和地区应用历史悠久，并各具本地特色。随着医药贸易和服务行业的不断发展，传统医药成为众多东南亚国家新的经济增长点。

“一带一路”倡议给沿线各国传统医药研究带来全新的机遇，促进了我国与沿线国家在传统医药研究领域中的交流与合作，共同提升传统医药研究的科技创新能力和行业技术水平，推进中医药的国际传播、交流和应用。在“一带一路”倡议的背景下，应加强中医药与各国传统医药相关的科研合作，同时结合各国本地的特色和优势中医药，在中医药的国际化发展方面达到合作共赢[2]。

感染性疾病严重危害人类的健康和生命，抗生素在防治感染性疾病中发挥重大的作用，但细菌耐药性的产生、病毒的快速变异和抗生素的滥用使抗感染药物的研究面临巨大的挑战。在感染性疾病中，病毒感染是全球传染病致死的主要病因。自20 世纪70 年代以来，新发传染病不断涌现，种类繁多，其中大部分是病毒性疾病，从埃博拉病毒感染、艾滋病、拉沙热，到人禽流感、重症急性呼吸综合征（SARS）和新型冠状病毒肺炎，传播速度快、影响范围广、发病率和病死率高，严重威胁了公共卫生安全，影响了世界经济的发展。现有的抗病毒药物存在易产生耐药性、不良反应大等问题，因此亟须研制出疗效确切、针对性强、不良反应小的新型抗病毒药物。

中药治疗病毒性疾病已有数千年历史，在治疗感染性疾病方面具有独特效果，近年来国际上也掀起研究抗病毒中药的热潮，从而挖掘出更多有效的抗病毒药物[3]。“一带一路”国家人民在临床实践中积累的丰富的传统药物知识是新药研发的重要信息来源。本研究构建了抗感染传统药物信息数据库，并选取代表性药物，通过网络药理学方法解析其作用机制，以形成“一带一路”国家抗感染传统药物筛选的研究范例，为外来药物的研发提供借鉴。

1 方法

1.1 “一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库构建

1.1.1 数据收集和整理 基于“一带一路”国家的范围，以《世界药用植物速查辞典》为基础[4]，搜集相关的药用植物文献资料，整理其基本信息，并确定药物入选原则。所选取的药物必须满足以下2 点：1）药用植物分布范围在“一带一路”国家，包括印度、泰国、缅甸、印度尼西亚、马来西亚、老挝、柬埔寨、越南、菲律宾等；2）药物的主治病症中至少包括感染性相关疾病或相关症状，如发热、感冒、肺炎、咳嗽、腹泻等，或药理作用如抗炎、抗菌、抗病毒等。通过以上原则筛选药物并整理其基本信息，药物名称、拼音、别名、拉丁名、产地、药用部位、功效、临床应用、毒性和药理作用等。

1.1.2 数据库构建 基于筛选得到的药物基本信息逐条录入系统，构建“一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库。

1.2 “一带一路”国家抗感染传统药物机制研究

1.2.1 化学成分整理 检索中国知网、万方、PubMed等数据库文献，对1.1.1 项下筛选得到的药物中有明确药理作用的药物进行化学成分的收集。

1.2.2 药物选择 根据化学成分收集的情况，结合其功效及其药理研究，选取代表性的药物，选取条件为收集的化学成分数＞30 个，利用网络药理学方法进行作用机制的预测。

1.2.3 网络药理学研究 根据筛选条件，以兰桑山檨子、牛蒡凤毛菊及锡兰鸭嘴花为例进行网络药理学研究。

1.2.3.1 靶点收集与筛选 将搜集到的3 味药材中含有的化合物输入SwissTargetPrediction网站（http://www.swisstargetprediction.ch/）进行药物靶点筛选，根据筛选条件为Probability＞0，得到药物靶点。以关键词“influenza”在DisGeNET数据库（https://www.disgenet.org/）中检索流感相关靶点，以基因的疾病特异性指数（DSI，disease specificity index for the gene）＞0.5为筛选标准。

1.2.3.2 核心靶点筛选与富集分析 将药物靶点与流感病毒靶点分别取并集后导入STRING 11.0 数据库中，构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，最低要求的互动分数（minimum required interaction score）为0.7，计算网络中度（degree）、中心性（betweenness centrality）、紧密度（closeness centrality）值，依次根据网络中度值≥2 倍中位数，中心性值和紧密度值也分别不低于各自中位数，最终筛选得到核心靶点。将筛选得到的核心靶点导入Metascape数据库（http://metascape.org/gp/#/main/step1）进行基因本体（gene ontology，GO）功能的生物学过程（biological process，BP）富集分析。将筛选得到的核心靶点导入Metascape数据库进行京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析。

1.2.3.3 成分-靶点-通路网络构建 筛选得到的核心靶点由药物核心靶点和疾病核心靶点组成，根据收集得到的化合物与靶点属性文件中的对应关系，靶点与富集通路形成属性文件，运用Cytoscape 3.7.1 软件绘制网络，构建成分-靶点-通路网络。

2 结果

2.1 “一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库的构建

通过1.1.1项下原则共筛选得到384个药物，对药物的基本信息进行梳理，选取其中50 个药物的主要信息作为研究示例，见表1。基于以上药物基本信息，构建了“一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库，除了药物的查询功能外，还添加了分析功能，可以分别统计分析发热、咳嗽、腹泻等症状的传统药物，为筛选抗感染传统药物提供参考（图1）。

图1 “一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库界面

续表1

续表1

2.2 “一带一路”国家抗感染传统药物机制研究

2.2.1 化学成分的整理及代表性药物选择 对已收集的384 个药物，检索相关数据库和文献报道，对有明确药理作用的65 个药物进行化学成分的收集，其中24 个药物的化学成分数量超过30 个（表2）。有文献报道兰桑山檨子、牛蒡凤毛菊及锡兰鸭嘴花在防治流感方面均具有潜在的药理活性[5-7]，因此，以此3 种药物为例，运用网络药理学方法开展抗流感的作用机制研究。

表2 化学成分数超过30个的“一带一路”国家抗感染传统药物

2.2.2 药物靶点-疾病靶点网络 为阐明兰桑山檨子、牛蒡凤毛菊及锡兰鸭嘴花的作用机制，首先分别构建3 味药材的药物靶点-疾病靶点网络，利用网络拓扑特征，筛选得到3 味药材药物靶点-疾病靶点的核心靶点网络。网络中包含的靶点数量见表3。

表3 “一带一路”国家抗感染传统药物中3种代表性药物的药物-流感核心靶点网络的靶点数量与共有靶点名称

兰桑山檨子与流感病毒的共有靶点为CXC 趋化因子受体1（CXCR1）、血小板激活因子受体（PTAFR）、鞘氨醇1 磷酸酯受体1（S1PR1），分别与免疫反应、炎症和平滑肌收缩、细胞黏附及血管生成等生物学过程有关。锡兰鸭嘴花与流感病毒的重叠靶点与兰桑山檨子相同。牛蒡凤毛菊与流感病毒的重叠靶点共有2 个，分别为PTAFR 和信号转导和转录激活因子2（STAT2），抗流感机制主要与炎症通路有关。

2.2.3 核心靶点GO-BP分析 分析结果显示，兰桑山檨子、牛蒡凤毛菊及锡兰鸭嘴花治疗流感的作用机制均不相同。兰桑山檨子主要与炎症和免疫相关（图2A），如丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应的正调控（GO：0043410）及白细胞迁移（GO：0051223）等。牛蒡凤毛菊（图2B）主要与抗病毒通路相关，如对病毒的反应（GO：0009615）及γ-干扰素介导的信号通路（GO：1901699）等。锡兰鸭嘴花（图2C）主要与抗病毒及抗氧化活性相关，如Ⅰ型干扰素信号通路（GO：0060337）及活性氧代谢过程的正调控（GO：2000379）。

图2 “一带一路”国家抗感染传统药物中3种代表性药物的药物-流感核心靶点GO-BP富集分析

2.2.4 核心靶点KEGG 通路富集分析 根据P值由大到小排名前20 位的生物学过程分析，结果显示，兰桑山檨子与甲型流感的关系更为明显（图3A），如甲型流感A（ko05164：influenza A）。牛蒡凤毛菊（图3B）主要与病毒感染相关，如对病毒性心肌炎（has05416：viral myocardial）等。锡兰鸭嘴花（图3C）抗病毒活性主要与丙型肝炎（hsa05160：hepatitis C）、EB病毒感染（ko05169：Epstein-Barr virus infection）相关。KEGG 富集分析结果表明，兰桑山檨子治疗流感主要与炎症和免疫通路相关，牛蒡凤毛菊主要与抗病毒通路相关，锡兰鸭嘴花主要与抗病毒及抗氧化活性相关，与GO-BP的分析结果较为一致。

图3 “一带一路”国家抗感染传统药物中3种代表性药物的药物-流感核心靶点KEGG富集分析

2.2.5 成分-靶点-通路网络 为了筛选治疗流感的活性化合物，构建成分-靶点-通路网络。3 味代表药材的潜在活性物质与作用的潜在靶点见图4。兰桑山檨子与炎症及免疫相关的活性化合物共有21 个（图4A 和表4），其潜在活性主要与MAPK 的正调控、白细胞迁移、防御的积极调节等环节有关。且其含有的化学成分，如强心酸、山柰酚、槲皮素、肉豆蔻酸也与上述生物学过程的调控相关，这4 个化合物在抗流感的相关实验中证明具有一定活性[8-10]。牛蒡凤毛菊与抗病毒相关的活性化合物共有11 个（图4B 和表5），关联靶点数量最多的胡萝卜素主要对干扰素的产生及信号转导具有潜在活性（γ-干扰素信号通路、Ⅰ型干扰素生成的调节、α-干扰素生成的正性调节）。锡兰鸭嘴花与抗病毒及抗氧化相关的活性化合物共有24 个（图4C 和表6），其中也包括山柰酚及槲皮素。此外，木犀草素对干扰素的信号转导及白细胞也具有潜在活性，对病毒具有一定的抑制活性[11]。

表4 兰桑山檨子的化学成分与流感关联靶点

表5 牛蒡凤毛菊的化学成分与流感关联靶点

表6 锡兰鸭嘴花的化学成分与流感关联靶点

图4 “一带一路”国家抗感染传统药物中3种代表性药物抗流感的成分-靶点-通路网络

3 讨论

传统医药是各国人民与自然和疾病作斗争的宝贵经验总结，具有地域性、人文性、实践性和传承性等特点[12]。各国传统医药存在不同程度的交流和影响，对传统药物的研究不仅可以促进优秀的中医药产品和文化输出，同时也可以吸收和融合外来的优质资源，对外来的传统药物加以开发利用。以临床应用为导向，从“一带一路”国家传统药物中筛选出具有开发前景的药物，产生良好的社会价值和经济效益。感染性疾病仍是全球面临的重大疾病，2019 年新型冠状病毒肺炎的全球爆发向抗病毒药物的研发提出了新的挑战。如何快速筛选并利用“一带一路”国家传统药物资源，值得探索和研究。

3.1 信息化促进研发

对“一带一路”国家传统药物的开发研究，首先需要整理已有的药物资料，用信息化的手段构建相应的数据库，便于查询、检索和分析。在资料整理的过程中，除了药物的基本信息外，还应对具体药物的传承历史、分布范围、药物基原、药材标本等进行考察，结合当地传统认识，重视应用经验的收集，将其进行信息化处理，构建“一带一路”国家传统药物数据库，为后期的开发研究奠定基础。

3.2 网络药理学预测筛选

中药抗感染性疾病的研究取得成效，但有效成分的研究较薄弱，物质基础不明确，成为中医药现代化和国际化的主要障碍。因此，应当以临床应用为导向，结合专业知识的判断，对“一带一路”国家传统药物进行有针对性的初步筛选，以获得深度研发的药物对象。网络药理学方法是利用计算机模拟和各种数据库筛选药物分子作用靶点，预测其发挥作用的信号通路，经过拓扑参数分析筛选关键节点，筛选防治某类疾病的药物或发现药物的新作用，可为新药研发节约成本[13]。在初步筛选的基础上，采用网络药理学的方法对研发对象的作用机制进行预测分析，为实验验证提供了分子靶标，提高了实验的准确性，为新药研发提供了新的研究策略。

经过文献调研，“一带一路”国家传统药材的研究较少，从文献中获取相关数据较为困难。本研究采用“溯源+模拟”整合的网络预测手段对“一带一路”国家传统药材进行活性挖掘。溯源指2 个方面：1）品种溯源。结合药用资源分析方法，对“一带一路”国家传统药物进行相近品种调研，通过相近品种的已知活性特点推测其可能的药理作用；2）化合物溯源。具有相似化学结构的化合物活性也可能相同，借助分析化学手段进行化合物分析，解析化合物结构，与已知活性的化合物进行比对，预测“一带一路”国家传统药物的药理作用。溯源后结合分子对接等模拟方法，筛选预防某类疾病的药物或发现药物新的作用。

3.3 模型构建与实验验证

动物模型是研究传染病致病机制及开发疫苗和药物的重要研究手段，对于加深对传染病的科学认知、研制有效的防治措施等发挥重要作用[14]。确定合适的动物模型后，对候选药物进行实验验证，是必不可少的阶段。例如，流感病毒感染的动物模型构建需选择与传播方式类似的感染方式。目前流感的传播方式主要有3 种，分别为气溶胶、飞沫和直接接触。滴鼻和气溶胶感染是流感病毒感染动物模型构建较为合理的感染方式，研究表明气溶胶感染建立的小鼠模型可用于疾病预防和发病机制的研究，滴鼻方式建立的小鼠模型用于不通过气溶胶传播的流感病毒研究[15]。本研究收集抗感染传统药物的相关信息，结合网络药理学对代表性药物进行抗流感作用机制的预测和筛选，以选择合适的动物模型进行药效评价和作用机制研究，为后续研发提供实验依据。

3.4 药用资源的评估

对于“一带一路”国家抗感染传统药物的筛选和研发，还需考察药用资源的整体情况是否满足资源的可持续利用。对于中药产品，国家有关部门提出该产品须固定其原料药来源和产地，以加强对产品原料药质量的源头控制。同时中药注册申请时，申请人应进行临床价值和资源评估，突出以临床价值为导向，促进资源可持续利用。因此对于外来的传统药物研发，还应参考和遵循《中药资源评估技术指导原则》，即坚持资源保护与产业发展相结合原则，坚持药材资源的供给与消耗平衡原则，坚持动态评估原则，通过资源评估促进原料药产地的固定，结合药材规范化生产、采收及加工，有效控制药材质量变异及有害污染物，从源头确保药材安全生产和应用[16]。

中医药作为“一带一路”倡议的重要文化载体，不仅为中国文化提供了新传播途径，也为祖国传统医药提供发展创新的新背景和对外交流的新机遇[17]。大量理论研究和临床实践表明，传统医药对病毒性疾病、代谢性疾病、心脑血管疾病等多种疾病的防治具有良好的疗效[18]。传统药物具有提高疗效、缩短疗程、降低耐药性、减轻不良反应等优势，对提高生存质量、减少不良反应及减轻脏器损害等有协同作用。传统医药中大量有待开发和研究的内容是医学理论研究和诊疗方案创新的资料库。本研究收集和整理“一带一路”沿线国家和地区的传统药物信息，归纳总结涉及传统草药的用药情况，在此基础上整合分析现有的各类基本信息，结合网络药理学分析，建立“一带一路”国家抗感染传统药物信息数据库，为科研人员和临床医生提供传统药物信息，为开发和使用“一带一路”国家和地区的传统药物提供依据。