基于网络药理学的家蚕抗2型糖尿病分子机制研究※

许光辉 万慧琪 陈佩璐 黄亦琦 李 明，3

家蚕（幼虫）的药用价值一直受到人们的重视，古代医籍《中华本草》《本草纲目》均记载家蚕体入药可止消渴（糖尿病），现代医药学也进一步证明了家蚕幼虫体具有保肝、提高免疫、降血糖、降血脂等多种功效。但目前关于家蚕抗2 型糖尿病（T2DM)的作用机制研究并不充分。因此，本研究通过网络药理学对家蚕活性成分抗T2DM 的潜在靶点和分子机制进行解析，为更全面地研究家蚕抗T2DM的作用机制指明方向。

1 材料与方法

1.1 数据库与软件中国知网（https://www.cnki.net/）；Medline 数据库（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）；TCMSP 数据库（https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php）；PubChem 数据库（https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）；Swiss Target Prediction 数据库（http://www.swisstargetprediction.ch/）；Gene Card 数据库（https://www.genecards.org/）；在线韦恩图（https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html）；STRING数据库（https://string-db.org/）；DAVID 6.8数据库（https://david.ncifcrf.gov/）；Cytoscape 3.8.0软件。

1.2 家蚕主要活性成分与T2DM疾病相关靶点数据集构建通过查阅文献对家蚕中的主要活性成分进行归类，建立家蚕活性成分集。通过检索PubChem、Swiss Target Prediction 和Gene Card 数据库获取家蚕活性成分与T2DM对应的靶标。

1.3 家蚕抗T2DM潜在靶点筛选利用在线韦恩图获取家蚕活性成分与T2DM 靶点的交集则为家蚕抗T2DM的潜在靶点。

1.4 蛋白-蛋白网络互作分析（PPI）将潜在靶点上传至STRING 平台，设置最高置信区间和隐藏离散靶点进行蛋白相互作用关系分析，计算相应的拓扑参数。

1.5 家蚕活性成分抗T2DM的核心靶点筛选将家蚕活性成分抗T2DM 的潜在靶点导入Cytoscape 3.8.0软件中，根据点度中心值（degree）、接近中心值（closeness）和中介中心值（betweenness）筛选TOP 30个靶点作为家蚕活性成分抗T2DM 的核心靶点并进行可视化展示。

1.6 GO 与KEGG 富集分析将核心靶点上传至DAVID 6.8 在线数据分析平台，以P＜0.01 为显著性差异筛选家蚕活性成分抗T2DM 涉及的生物过程及信号通路，分析其可能的作用机制。

2 结果

2.1 家蚕活性成分及与T2DM相关靶点数据集现有文献检索结果[1-19]表明，家蚕主要活性成分包括生物碱、黄酮类、氨基酸、维生素、脂肪酸等，各成分的口服生物利用度、类药性及与T2DM 相关的靶基因数目见表1。

表1 家蚕活性成分

2.2 家蚕活性成分抗T2DM 潜在靶点通过PubChem、Swiss Target Prediction 和Gene Card 数据库获得T2DM对应靶标12272个，氨基酸对应靶点19400个，脂肪酸对应靶点1067 个，生物碱对应靶点3822个，维生素对应靶点7832个，黄酮类对应靶点714个。161个交集靶点则为家蚕活性成分抗T2DM的潜在靶点。见图1。

图1 家蚕活性成分与T2DM的靶基因映射

2.3 靶蛋白PPI将161个潜在靶点上传至STRING数据库进行蛋白互作分析。PPI 结果显示，家蚕活性成分抗T2DM 功效PPI 网络节点161 个，平均度值7.25，584条边，P＜1.0e-16。见图2。

图2 潜在靶点PPI网络

2.4 核心靶点GO 富集分析对家蚕活性成分抗T2DM 的30 个核心靶点进行GO 富集分析。根据P＜0.01，筛选得出家蚕活性成分抗T2DM 核心靶点显著富集的生物过程（BP）、细胞组分（CC）、分子功能（MF）分别为39 条、6 条和16 条，其中P值最小的Top 10 条生物过程（BP）、细胞组分（CC）、分子功能（MF）见图3。结果显示，家蚕活性成分抗T2DM 靶点显著富集的生物过程包括RNA聚合酶II启动子转录的正调控、药物反应、一氧化氮生物合成过程的正调控、平滑肌细胞增殖的正调控、药物代谢过程、ERBB2信号通路、类固醇代谢过程、细胞缺氧反应、环氧化酶P450 途径、单萜代谢过程等；显著富集的细胞组分有胞质溶质、内质网膜、胞内包膜细胞器、细胞器膜、内体腔、内吞囊泡腔等；显著富集的分子功能包括酶结合、蛋白质结合、血红素结合、类固醇羟化酶活性、氧结合、单加氧酶活性、铁离子结合、氧化还原酶活性、蛋白磷酸酶结合、花生四烯酸环氧化酶活性等。

图3 核心靶点GO富集分析

2.5 药物-成分-疾病-核心靶点-通路分析图4为家蚕抗T2DM的成分-疾病-核心靶点-通路网络拓扑图。结果显示，家蚕体中活性成分主要通过作用于CYP1A1、SRC、AKT1、PPARGC1A、PIK3CA、APOA1、TP53、CYP2C19、INS、CYP3A4、MAPK8、CTNNB1、EDN1、PPARA、CYP2E1、IRS1、PLCG1、EGF、HSP90AA1、APOB、APP、CYP2B6、EGFR、EP300、KNG1、TNF、MTOR、JUN、MAPK14、CYP2C9 等靶点，进而调节癌症通路、ErbB信号通路、HIF-1信号通路、胰岛素抵抗、FoxO 信号通路、非酒精性脂肪肝（NAFLD）、Rap1 信号通路、甲状腺激素信号通路、神经营养因子信号通路、脂肪细胞因子信号通路、TNF信号通路、胰岛素信号通路、2 型糖尿病、mTOR 信号通路等多条途径参与改善T2DM。

图4 药物-成分-疾病-核心靶点-通路网络图

3 讨论

家蚕作为一种经济资源昆虫，其药用价值一直受到人们的重视，古代医籍《中华本草》《本草纲目》中均有家蚕体入药可治疗糖尿病的相关记载[20]。现代医药学也进一步证明了家蚕体的药用价值，揭示了其具有保肝、提高免疫、抗肿瘤、降血糖、降血脂等作用[1]。网络药理学是基于多种技术的综合应用，利用多种数据库和平台，阐释疾病的发生、发展过程或者疾病与药物的相互作用关系并指导新药发现的一门学科，在新药研究、药效物质基础和作用机制的研究等方面提供了诸多便利[21]。本研究利用网络药理学技术对家蚕体中的生物碱、黄酮类、氨基酸、脂肪酸、维生素5大类共31种主要活性成分抗T2DM的作用靶点、分子机制进行解析，结果表明家蚕可通过作用于PI3K-Akt信号通路、非酒精性脂肪肝通路、FoxO信号通路、TNF信号通路、脂肪细胞因子信号通路、胰岛素信号通路、II 型糖尿病、mTOR 信号通路等多条途径改善2 型糖尿病。

氨基酸和维生素是机体进行正常生理活动所必需的物质，根据既往研究发现，氨基酸代谢异常与T2DM的发生密切相关。张志军等[22]通过氢谱磁共振代谢组学技术对2 型糖尿病患者尿液中的代谢物进行监测，发现患者体内氨基酸、脂肪代谢异常和维生素B12 缺乏导致尿液中的甲基丙二酸水平升高。有文献报道，长期服用二甲双胍、罗格列酮等药物会导致T2DM 患者体内缺乏维生素B12[23]。另外，孙爱丽等[14]发现，维生素B12 的缺乏会导致T2DM 患者更容易发生周围神经病变。王晋飞[24]通过研究发现，T2DM 小鼠血清中的谷氨酰胺、缬氨酸、异亮氨酸、甘氨酸和丙氨酸5种氨基酸含量较正常小鼠明显降低。家蚕不仅有显著的降血糖作用，而且富含高蛋白和维生素，对糖尿病患者大有裨益。

亚麻酸和亚油酸为人体必需脂肪酸，对维持机体正常生命活动起着至关重要的作用。α-亚麻酸为ω-3 系列多不饱和脂肪酸，具有显著的药理作用和营养价值。从食物中获取的α-亚麻酸可在体内合成一系列代谢产物，其中最重要的是具有调节血脂、抗炎、抗氧化、提高免疫力等生理活性的二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）[25]。朱丽丽等[26]通过研究发现，富含亚麻酸的膳食亚麻籽油可显著增加T2DM 大鼠外周血和脾脏中的髓源抑制细胞，降低血浆中白介素1β 和TNF-α 水平，减少炎症反应，改善T2DM。此外，α-亚麻酸能够显著降低糖尿病大鼠血清中炎症因子含量和丙二醛水平，增加血清一氧化氮含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，具有抗炎和抗氧化作用[27]。另有研究[28]表明，共轭亚油酸可通过激活PPARα转录因子，下调肝脏CD36表达水平，调节脂代谢异常，明显改善ob/ob小鼠脂肪肝和糖耐量异常，对糖尿病并发症具有一定的防治作用。

黄酮类化合物主要通过清除机体自由基，调节脂质代谢紊乱，减少炎症反应，进而改善T2DM，是具有极高应用价值的天然活性产物。生物碱类主要通过调节胰岛素信号通路相关蛋白的表达，提高外周组织对胰岛素的敏感性，减少氧化应激以及胰岛素抵抗等参与糖尿病的发展进程[29]。张立雯[30]通过研究发现，桑叶生物碱类成分荞麦碱在糖尿病大鼠体内的吸收较DNJ 更快，且停留时间更长，对疾病改善有良好的作用。

综上，本研究通过网络药理学技术阐释了家蚕可通过多成分-多靶点-多途径调控机制改善T2DM。