基于网络药理学探讨黄连-肉桂药对改善精神分裂症患者肥胖症状的作用机制*

朱 晶 黄 平 李 华

精神分裂症是一种慢性致残性精神疾病，终生患病率约1%。精神分裂症患者伴发肥胖或代谢综合征的发生率分别为33.3%[1]和32.5%[2]。肥胖会显著增加患者罹患Ⅱ型糖尿病、心脑血管并发症和早逝的风险。国内外学者试图使用雷尼替丁、倍他司汀、托比酯、瑞波西汀、奥利司他、阿立哌唑、二甲双胍等药物对抗精神分裂症患者肥胖，迄今仍未发现专家公认的特别有效的药物干预靶点。研究显示，黄连-肉桂药对改善精神分裂症患者肥胖症状的效果显著[3]，但涉及多成分、多靶点的作用机制尚不清楚。网络药理学是基于“疾病-基因-靶点-药物”相互作用网络的基础上，通过网络分析，系统研究药物对疾病网络的干预与影响，可揭示多分子药物作用于人体的可能机制[4]，与中药多成分、多靶点、多途径的“整体性”特点不谋而合。本研究基于网络药理学探讨黄连-肉桂药对改善精神分裂症患者肥胖症状的活性成分和潜在作用靶点，以期为后续药效物质基础和分子作用机制的探索提供理论指导。

1 对象与方法

1.1 对象 黄连-肉桂药对的活性成分筛选使用中药系统药理学分析平台(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform, TCMSP)(http://tcmspw.com/tcmsp.php)数据库以及文献检索获得药物成分信息，包括两味药的多种成分、分子名称(Molecule Name，MN)、口服生物利用度(Oral Bioavailability，OB)、血脑屏障(Blood Brain Barrier，BBB)、药物相似性(Drug-likeness，DL)、药物半衰期(Half-life，HL)等。筛选黄连-肉桂药对活性分子时，设定参数为：OB≥30%；BBB≤-0.3；DL≥0.18；HL≤4 hours。依照筛选标准筛选出来的化学成分作为候选活性成分。

1.2 方法

1.2.1 黄连-肉桂药对活性成分的靶蛋白分析 基于TCMSP 和DrugBank数据库(https://www.drugbank.ca/)预测筛选出的黄连-肉桂药对活性成分所对应的靶蛋白，并利用Uniprot数据库(http://www. Uniprot.org/)的Uniprot ID将对应靶蛋白的全称转化为基因简称gene symbol。利用STRING数据库(https://shengxin.ren/article/164)和Cytoscape软件构建药物-蛋白的关联网络。

1.2.2 精神分裂症相关蛋白的蛋白质互作网络(Protein-Protein Interaction Networks，PPI)分析 在CTD数据库(http://ctdbase.org/)中以“精神分裂症”为关键词搜索相关蛋白，分析基因-疾病关系的信息，以帮助制定关于精神分裂症相关蛋白的信息。筛选inference score在50分以上的相关基因，利用STRING(http://string.embl.de/)将筛选出的相关基因进行PPI分析。

1.2.3 肥胖症相关蛋白的PPI分析 在CTD数据库中以“肥胖”为关键词搜索相关蛋白，分析基因-疾病关系的信息，以帮助制定关于肥胖症相关蛋白的信息。筛选inference score在50分以上的相关基因，利用STRING将筛选出的相关基因进行PPI分析。

1.2.4 精神分裂症、肥胖症与黄连-肉桂药对的相关蛋白的Venn图构建 收集精神分裂症与肥胖症相关的共同靶蛋白，并和黄连-肉桂药对的活性成分所对应的靶蛋白相比较，获得黄连-肉桂药对活性成分与精神分裂症、肥胖症的重合潜在靶蛋白。使用Cytoscape 3.6.0软件构建黄连-肉桂药对的“候选成分-作用靶标”网络，使Omicshare平台将药物靶蛋白和疾病靶点相映射，绘制Venn图。

2 结果

2.1 黄连-肉桂药对的活性成分筛选结果 通过TCMSP数据库以及文献挖掘，筛选到黄连的活性成分小檗碱(Berberine)、穆坪马兜铃酰胺(Moupinamide)共2个和肉桂的活性成分柿叶提取物(PEL)、丁香酚(Eugenol)、异丁香酚(Isohomogenol )、茴香脑(Anethole)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)共5个。小檗碱的HL大于4 h，其因在黄连中含量较高而入选。详见表1。

表1 黄连-肉桂药对中候选活性成分及部分药动学参数

2.2 黄连-肉桂药对的活性成分的靶蛋白分析结果 共分析出22个靶蛋白，通过Cytoscape软件构建药物-蛋白的关联网络。如图1所示。

2.3 精神分裂症相关蛋白的PPI分析结果 共搜索到与精神分裂症疾病相关的蛋白159个，在图中用nodes表示。其中蛋白之间关联关系共有868个，在图中用edge表示。如图2所示。

2.4 肥胖症相关蛋白的PPI分析结果 共搜索到与肥胖症相关的蛋白195个。如图3所示。

2.5 精神分裂症、肥胖症与黄连-肉桂药对相关蛋白的Venn图构建 通过整理黄连-肉桂药对活性成分的共同靶蛋白和精神分裂症及肥胖症的靶蛋白发现，有3个蛋白出现交集：HTR1A、ABCB5和INPP5A。如图4所示。

图4 精神分裂症、肥胖症与黄连-肉桂药对相关蛋白的Venn图

3 讨论

《本草正义》记载“黄连大苦大寒，苦燥湿，寒胜热；心、脾、肝、肾之热，胆、胃、大小肠之火，无不治之”。《素问·奇病论》描述“肥者令人内热(火)”。黄连苦寒入心经、清降心火以下交肾水，肉桂辛热入肾经、温升肾水以上济心火；一寒一热，一阴一阳，清心降火，引火归源。黄连-肉桂药对用于治疗肥胖有着坚实的中医理论基础。本研究基于TCMSP数据库及文献挖掘，筛选到黄连2个潜在活性成分、肉桂5个潜在活性成分，通过Cytoscape软件构建药物-蛋白的关联网络，获得黄连-肉桂药对活性成分涉及的22个靶蛋白。精神分裂症、肥胖症相关蛋白的PPI分析，共搜索到与精神分裂症、肥胖症相关的蛋白分别为159个和195个。通过精神分裂症、肥胖症与黄连-肉桂药对活性成分相关蛋白的Venn图构建，发现黄连-肉桂药对的活性成分、精神分裂症、肥胖症均涉及到ABCB5、INPP5A和HTR1A，提示黄连-肉桂药对可能通过作用于这些蛋白进而发挥改善精神分裂症患者肥胖的作用。然而，网络预测仅仅提示了黄连-肉桂药对的可能药理学机制，后续仍需要通过开展动物实验进一步论证该预测结果。

精神分裂症患者肥胖的病因包括疾病因素、抗精神病药物影响、不良生活方式和饮食习惯等[5]。精神分裂症患者HTR1A基因单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs)可能导致患者对阿立哌唑等抗精神病药的激动作用产生不同反应， T-C-G单倍型与阴性症状改善程度较差相关，而相对少见的T-G-T单倍型与阴性症状改善程度较好相关[6]。以阴性症状为主的精神分裂症患者因活动量少等不良生活方式容易出现肥胖，推测HTR1A基因缺陷可能是精神分裂症伴发肥胖的共同病因。奥氮平等第二代抗精神病药可通过拮抗5-HT2A/2C受体诱导中缝背核5-HT神经元释放5-HT，5-HT代谢增加[7]，引起活性氧自由基(Reactive Oxygen Species，ROS)生成大于消除。积累的ROS可氧化5-HTT的半胱氨酸残基[8]，损伤中枢5-HT神经元及其突触[9]，导致5-HT神经元合成和释放5-HT减少。因此，奥氮平可能通过降低中枢5-HT神经元活性下调5-HTR1A表达，增加摄食、减少能量消耗[7]，进而导致精神分裂症患者伴发肥胖。

小檗碱能提高脑源性神经营养因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)表达[10]，修复中枢5-HT神经元及其突触损伤[11]。在中枢神经细胞中过表达INPP5A，其轴突承载细胞的百分比增加[12]，结合网络药理学预测，黄连-肉桂药对的活性成分可能通过上调INPP5A表达促进中枢5-HT神经元及其突触修复再生，增加5-HT神经元合成和释放5-HT，激活5-HT信号通路，上调5-HTR1A表达。

黄连-肉桂药对可协同改善精神分裂症伴发肥胖症状[3]，其协同作用机制尚不清楚。BBB是指由脑毛细血管内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞终足等连接构成的屏障系统。BBB几乎使所有大分子药物和98%的小分子药物都不能进入脑组织[13，14]，影响中枢神经系统疾病治疗。ABCB5是一种新的ABC多药耐药转运体，可携药物排出细胞外[15]，抑制药物透过BBB。黄连配伍肉桂可延长小檗碱与肌体细胞酶系、靶点相互作用时间以及药效维持时间[16]，结合网络药理学预测，黄连-肉桂药对的活性成分可能通过调节ABCB5表达抑制小檗碱消除、促进小檗碱透过BBB，浓集于脑组织作用靶点以增加药效。

综上所述，黄连-肉桂药对的活性成分可通过多靶点直接和间接作用改善精神分裂症伴发肥胖症状，且靶点与精神分裂症患者肥胖的发病机制有一定的重合性，提示黄连-肉桂药对的活性成分可能通过作用于ABCB5、INPP5A和HTR1A等靶点发挥临床疗效。本研究不足之处是未能就药物对治疗靶点的作用路径进行分析，有待进一步深入研究及实验验证。