基于GC-MS和网络药理学探究茉莉花根挥发油镇静安神作用

陈睿 潘小芳 杨楠 霍丽妮 陈姎玲 梁天坚

摘要：基于GC-MS（氣相色谱质谱联用仪，Gaschromatography-mass spectrometry）和网络药理学探究茉莉花（Jasminum sambac）根挥发油镇静安神的作用机制。利用GC-MS技术分析茉莉花根挥发油成分；借助TCMSP、Swiss Target Prediction等数据库筛选出潜在靶点，再通过CTD（http：//ctdbase.org/）数据库查询“insomnia”的相关靶点；利用Venny作图软件（https：//bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html）取交集靶点，利用STRING数据库（https：//string-db.org/cgi/input.pl）构建蛋白互作网络（Protein-protein interaction network，PPI），筛选核心作用靶点；利用Cytoscape 3.7.2软件绘制活性成分-靶点-通路网络图，经GO注释和KEGG富集分析预测主要靶点及信号通路；最后，利用分子对接软件SYBYL对主要活性成分与其核心靶点进行对接验证。结果表明，从茉莉花根中共鉴定23个化合物，筛选出12个活性成分，77个靶点。主要作用于CYP19A1、NCOA2、PTGS1、AR、SLC6A2、CA1等多个靶点，影响神经活性配体受体相互作用、癌症通路等多条信号通路，从而发挥作用。分子对接结果显示，大部分活性成分与其核心靶点结合性能较好，主要通过疏水键和氢键相互作用。

关键词：茉莉花（Jasminum sambac）； 根； 挥发油； GC-MS（气相色谱质谱联用仪）； 网络药理学；镇静安神作用

中图分类号：R965.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2023）11-0084-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.015 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

The sedation and hypnosis effect of volatile oil from the root of Jasminum sambac based on the GC-MS and network pharmacology

CHEN Rui1，2， PAN Xiao-fang1， YANG Nan2， HUO Li-ni1， CHEN Yang-ling1， LIANG Tian Jian2

（1.College of Pharmacy， Guangxi University of Chinese Medicine， Nanning  530001， China；2.Faculty of Chinese Medicine Science， Guangxi University of Chinese Medicine， Nanning  530222， China）

Abstract： The mechanism of sedation and hypnosis effect of volatile oil from the root of Jasminum sambac based on the GC-MS and network pharmacology was explored. The volatile oil components in the roots of Jasminum sambac were analyzed using GC-MS technology； potential targets were screened using databases such as TCMSP and Swiss Target Prediction， and relevant targets of “insomnia” were queried using the CTD （http：//ctdbase.org/） database； intersection targets were obtained using the Venny mapping software（https：//bioinfogp.cnb.csic.es/tools/Venny/index.html）， and a protein-protein interaction network （PPI） was constructed using the STRING database （https：//string-db.org/cgi/input.pl） to screen core targets of action； an active ingredient-target-pathway network diagram was created using Cytoscape 3.7.2 software， and main targets and signaling pathways were predicted through GO annotation and KEGG enrichment analysis； finally， the docking between the main active ingredients and their core targets was verified using the molecular docking software SYBYL. The results showed that a total of 23 compounds were identified from the roots of Jasminum sambac， and 12 active components and 77 targets were screened. It mainly acted on multiple targets such as CYP19A1， NCOA2， PTGS1， AR， SLC6A2 and CA1， and affected multiple signaling pathways such as neuroactive ligand receptor interactions and cancer pathways， thereby exerting its effects. The molecular docking results showed that most active ingredients had good binding performance with their core targets， mainly interacting through hydrophobic bonds and hydrogen bonds.

Key words： Jasminum sambac； root； volatile oil； gaschromatography-mass spectrometry（GC-MS）； network pharmacology； the sedation and hypnosis effect

失眠是一种较常见的睡眠障碍，主要表现为睡眠时间不足和睡眠质量差。较多失眠患者常伴有抑郁、暴躁、焦虑症状，长期失眠易使人精神状态差，身体机能紊乱，免疫力下降、增加老年痴呆症、高血压等的患病风险［1］。治疗失眠的药物主要有苯二氮卓类、非苯二氮卓类及具有镇静作用的抗抑郁药，长期使用易出现依赖性、耐受性等不良反应［2］。因此，寻找疗效好、副作用少的药物是治疗失眠的当下目标。

茉莉花［Jasminum sambac （L.） Aiton］为木犀科素馨属植物，又名茉莉、香魂、莫利花、末莉、末利等，广泛分布于中国江苏、福建、广西等地［3，4］，其根、茎、叶均有较高药用价值。茉莉花根具有麻醉、止痛等功效，对失眠、头疼、龋齿等疾病有较好的治疗作用［5］，茉莉花根的主要成分是挥发油、脂肪酸类、萜类、糖苷类、黄酮类等［6-8］。茉莉根醇浸膏能减少小鼠自主活动、抑制扭体反应及延长戊巴比妥钠阈上剂量睡眠时间的作用，提示茉莉根醇提物对中枢神经系统具有抑制作用［9］。宁天等［10］研究发现茉莉花根醇提物能使小鼠的自主活动减少，明显延长小鼠睡眠时间。以上成果对研究挥发油类药物治疗失眠具有一定的价值。Burman［1］、Takemoto等［11］研究发现，沉香、佩兰等植物精油具有较好的镇静催眠作用，能改善睡眠。挥发油作为茉莉花根主要成分，不仅具有脂溶性高、易透过血脑屏障等优点，而且在传统功效上茉莉花根具有镇静、麻醉作用，这对开發茉莉花根挥发油，改善睡眠作用具有重要意义。且挥发油中还含有大量脂肪酸，可为物质代谢提供所需的能量，并具有广泛的药理活性［12］。

茉莉花在医疗保健和食品行业被广泛应用，现代学者对茉莉花的研究多局限于不同品种、不同花期之间的挥发性成分，或对食用茉莉花挥发性成分等方面的研究［13-15］，但茉莉花根挥发油的成分分析和药理作用机制尚不明确。因此，本研究运用GC-MS（气相色谱质谱联用仪，Gaschromatography-mass spectrometry）方法对茉莉花根挥发油进行分析，利用网络药理学和分子对接预测其根部挥发油镇静安神的物质基础和作用机制，以期为茉莉花其他部位开发研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材来源 茉莉花根药材于2019年6月在广西横县购入。

1.1.2 仪器 TSQ 8000 Evo型三重串联四级杆气质联用仪，美国赛默飞世尔科技公司；挥发油提取器，天津泰斯特仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 茉莉花根部挥发油的测定 分别取茉莉花根部药材适量，置于挥发油提取器中，加热至微沸，提取3 h后收集蒸馏液，加入适当无水硫酸钠除去水分，即得油状提取物。取茉莉花根茎挥发油以色谱级乙酸乙酯稀释后，过滤，采用气相色谱-质谱联用技术对其进行定性定量分析，得到不同生长部位总离子流图，通过标准质谱库对比，确定其化学成分，并用峰面积归一化法计算各组分的相对含量。

色谱条件：色谱柱为TG-SQC（30 m×0.25 nm× 0.25 μm）；进样口温度250 ℃，初始温度50 ℃保持  1 min，以10 ℃/min的速率升至180 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min速率升至250 ℃保持10 min。载气为氦气，流速为1.5 mL/min，进样量：1.0 μL。分流比为40∶1。

质谱条件：EI离子源；电子能量为70 eV，离子源温度为250 ℃；传输线温度为250 ℃；扫描范围为50～550 amu。

1.2.2 化学成分及疾病相关靶点预测 从TCMSP、Swiss Target Prediction数据库（http：tcmspw.com/tcmsp.php、http：www.swisstargetprediction.ch/）检索获取各成分相关靶点，将各靶点基因导入UniProt（https：//www.uniprot.org/）数据库校正。用CTD数据库搜索“insomnia”，得到失眠相关靶点，利用Venny 2.1.0软件取得茉莉花根挥发油的活性成分靶点与失眠疾病靶点交集靶点。

1.2.3 交集靶点蛋白互作（Protein-protein interaction，PPI）网络分析 将交集靶点导入STRING数据库，获得PPI网络。以tsv格式保存后将其相互作用信息上传至Cytoscape 3.7.1软件进行拓扑分析，筛选出degree值≥平均度值的靶点作为核心靶点，此时的核心靶点有可能是茉莉花根挥发油发挥镇静安神的关键靶点。

1.2.4 GO基因功能注释和KEGG通路富集分析 将交集靶点录入到生物学信息注释数据库DAVID 6.8（http：david. Ncifcrf.gov/）中进行基因本体（Ggene ontology， GO）注释和京都基因与基因百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析，选定靶基因名称为“Homo sapiens”，取P＜0.01的富集结果，进而研究各靶点在基因功能上的富集情况和参与的主要通路。

1.2.5 网络模型构建及分析 利用Cytoscape 3.7.2软件对上述预测结果进行编辑和分析，得到活性成分-靶点（Compound-target，C-T）网络、活性成分-靶点-通路（Compound-target-pathway， C-T-P）网络。由此网络反映茉莉花根挥发油活性成分涉及的潜在作用靶点与通路间的联系。

1.2.6 分子对接 选取茉莉花根挥发油的主要活性成分与核心靶点，利用RCSB Protein data bank 数据库（https：//www.rcsb.org/）下载关键蛋白及其共结晶，利用SYBYL 2.0软件进行分子对接，取对接得分以预测二者的结合性能，从而验证网络药理学研究结果。

2 结果与分析

2.1 茉莉花根茎叶挥发油成分的气相色谱-质谱分析

对茉莉花根挥发油成分进行气质联用分析，结果如图1所示。从挥发油成分中共解析鉴定得到23种化合物（表1），利用面积归一化法计算各组分相对含量。结果显示，从茉莉花根中共鉴定出的化合物分别为糠醛、苯甲醛、N-甲基苯胺、2-乙烯基吡啶、（S）-芳樟醇、桉叶油醇、1-十三烯、油醇、2-（4-甲基-3-环己烯-1-基）丙醛、对苯二酸二肼、二苯醚、2，6-二叔丁基苯醌、全反式视黄醛、2，2，7，7-四甲基-5，6-环氧三环［2.2.1.01，6］十一烷、11α-孕酮、（9Z）-9-十六碳烯-1-醇、1，2，3，4，5，6-六氢-1，1，5，5-四甲基-7H-2，4alpha-甲桥萘、肉豆蔻酸、二氢莎草醌、棕榈酸甲酯、棕榈酸、（Z）-油酸甲酯、蓖麻油酸。茉莉花根中相对质量分数较高的化合物为棕榈酸（30.24%）、桉叶油醇（16.23%），表明茉莉花根挥发油主要化学成分为脂肪酸类、酯类、萜类等。

2.2 化学成分、疾病相关靶点预测及化合物-靶点网络

通过GC-MS成分分析共得到23个挥发性成分。经过TCMSP、Swiss Target Prediction数据库检索获取各成分相关靶点，设置Probability*>0.5，再借助CTD数据库查找到35 361个镇静、助眠靶点，经Venny分析，最后得到12个活性成分，77个交集靶点。

2.3 交集靶点蛋白互作（Protein-protein interaction，PPI）网络分析

将77个交集靶点导入STRING数据库进行蛋白互作分析，可信度为 0.7，得到靶点间相互作用关系，如图2所示。将 PPI 网络节点信息导入Cytoscape 3.7.2 软件，利用软件插件cytoHubba选择top值为10，显示核心蛋白有ADRA1B、CHRM1、ADRA1A、CHRM3、FFAR1、ADRA1D、ADRA1B、NCOA1、IL6、F2、TNF（图3）。

2.4 GO基因功能注释分析和KEGG通路富集分析

利用DAVID数据库分析，并按照P<0.01，共挑选出106个GO term，包括68个生物过程（Biological process，BP）、14个细胞组分（Cellular component， CC）和24个分子功能（Molecular function， MF），仅选取“count”排名前10作图分析。如图4所示，其中，生物过程主要涉及腺苷酸环化酶激活肾上腺素受体信号、对药物反应、细胞信号等；细胞组分主要涉及质膜的组成部分、突触后膜、质膜等；分子功能主要涉及肾上腺素结合、药物结合、类固醇结合等。经KEGG富集分析，设置P<0.01，共筛选出17条最显著富集通路。如图5所示，与镇静、安神相关的显著富集通路是神经活性配体受体相互作用（Neuroactive ligand-receptor interaction）、CGMP-PKG信号通路（CGMP-PKG signaling pathway）、钙信号通路（Calcium signaling pathway），相关基因包括CHRM2、GABRA2、CHRM3、GABRA1、CHRM1、CHRNA2、GABRA5、PTGER3、GABRA3、ADRA1D、ADRB1、ADRB2、F2、ADRA1B、ADRA2C、NR3C1、ADRA1A、ADRA2B、ADRA2A、DRD1、PRSS3、NOS3、NCOA1、IL6、TNF、FFAR1等。

2.5 活性成分-靶点、活性成分-靶点-通路网络构建

运用Cytoscape 3.7.2软件构建“活性成分-靶点”（C-T）网络，如图6所示，橙色长方形节点代表活性成分，蓝色长方形节点代表靶点，边表示活性成分与靶点的相互作用关系。

在网络分析中，网络度和介数是用于筛选网络节点的2个重要参数。节点的重要性与节点的网络度和介数成正比，度数越大，节点越大。由表2可知，11个化学成分共有靶标细胞色素P450芳香化酶（Cytochrome P450 arom， CYP19A1）；7个化学成分共有靶标和受体共激活因子2（Nuclear receptor coactivator 2， NCOA2）、前列腺素内过氧化物合酶1（Prostaglandin-endoperoxide synthase 1， PTGS1）和雄激素受体（Androgen receptor， AR）；6个化学成分共有靶标去甲肾上腺素转运体（Norepinephrine transporter， NET， SLC6A2）和碳酸酐酶1（Carbonic anhydrase，CA1）；5个化学成分共有靶标碳酸酐酶2（Carbonic anhydrase，CA2）；糖皮质激素受体（Glucocorticoid receptor， NR3C1）、盐皮质激素受体（Mineralocorticoid receptor， NR3C2）、核受体亚家族1Ⅰ组成员3［Nuclear receptor subfamily 1 group I member 3 （by homology），NR1I3］。上述结果表明，茉莉花根挥发油中的每个活性成分可对应多个靶点，同时，1个靶点对应多个成分，构建了茉莉花根挥发油成分与靶点间复杂的网络关系。

茉莉花根挥发油“活性成分-作用靶点-通路”（C-T-P）网络模型如图7所示。12个活性成分（橙色椭形节点）共对应82个交集靶点（绿色长方形节点），相關生物信号通路17条（蓝色三角形节点），节点越大表示其度数越大。分析发现，网络度排名靠前的靶点和通路在上述GO和KEGG富集分析结果中也靠前。表明茉莉花根挥发油的每种活性成分可作用于多个靶点，每个靶点对应不同成分，涉及多条信号通路，各靶点、通路之间相互协调、共同参与药理作用的发挥。

2.6 分子对接验证

将茉莉花根活性成分与关键靶点进行分子对接，分子对接得分越高，则表示活性成分与靶标蛋白的结合性能越好。当得分高于4.25分时，说明茉莉花根挥发油与其靶点具有一定的结合活性，当对接得分高于5分时，则表明二者结合活性较好，当对接得分高于7分时，则具有强烈的结合活性，对接结果（表3）仅选取得分大于7分的活性成分与相关靶点进行展示，大部分活性成分与其核心靶点具有较好的结合活性。茉莉花根挥发油中的棕榈酸与NCOA2分子对接示意如图8所示，可见二者主要通过疏水接触产生相互作用。

3 讨论

茉莉花根挥发油中存在多种挥发性成分，均具有广泛的药理作用，是一种极具开发空间和利用价值的中药，拥有广阔的市场前景。本研究通过GC-MS技术对茉莉花根挥发油进行成分分析，发现其挥发油中主要为脂肪酸类、酯类、萜类等化学成分。脂肪酸类化合物有较强的抗氧化作用，且兼具调节血脂、降血压、改善微循环等作用［16，17］。该类化合物在茉莉花根挥发油中的相对百分含量较高，根还含有较多的酯类和萜类成分，酯类成分是茉莉花根的气味来源。萜类成分如芳樟醇，具有镇痛、抗炎、抗肿瘤等作用［18］。此外，茉莉花根挥发油部分化合物结构未能鉴定，有待进一步研究。

根据网络药理学方法系统研究茉莉花根挥发油的活性成分及其药理作用机制。研究结果表明，油醇、棕榈酸、（S）-芳樟醇、桉叶油醇、棕榈酸甲酯等活性成分主要作用于CYP19A1、NCOA2、PTGS1、AR、SLC6A2、CA1等关键靶点，这些靶点常与神经退行性疾病、炎症、肿瘤等疾病有密切联系。

SLC6A2是一种能够调节认知功能、情绪等中枢神经系统活动的神经递质。在调控肾上腺素能神经递质和递质-受体信号传导通路中发挥重要作用［19］，Hommers等［20］研究发现SLC6A2的表达可能导致恐惧和焦虑的中枢和外周处理发生改变。说明茉莉花根挥发油的活性成分可作用于SLC6A2基因，从而发挥对神经退行性疾病的防治作用。

PTGS也称环加氧酶，是前列腺素生物合成中的关键酶。袁岸等［21］研究发现荆芥挥发油的抗炎作用机制与PTGS1、IL-1β、IL-6、TNF等靶点关系密切。向净匀等［22］研究发现降低PTGS1的活性可减轻脑缺血损伤的炎症反应。说明PTGS1是炎症通路的重要靶点，因此，茉莉花根挥发油与炎症的关系主要与PTGS1基因有关。

CA也被称为碳酸盐脱水酶或碳酸盐裂合酶［23］，在胃癌、大肠癌、肝癌等消化系统疾病中均有CA的表达，它是预测肿瘤发生及评估预后的重要生物学标志物［24］。CYPI9Al编码细胞色素P450芳香化酶，是影响雌激素生物合成的重要酶基因。甄鑫等［25］研究发现CYP19基因编码产物芳香化酶在雄激素代谢中发挥重要作用，且与多囊卵巢综合征（Polycystic ovary syndrome， PCOS）发病相关。NCOA2又名SRC-2，在发育、内分泌调节和肿瘤等生理和病理过程中发挥重要作用。Lin等［26］通过试验证明NCOA2的表达可在体内影响人胃癌的增殖和侵袭。本研究结果显示，茉莉花根挥发油的活性成分可作用于CA1、CA2、CYPI9Al、NCOA2等靶点，说明它可能通过影响此类肿瘤相关靶点的表达从而干预肿瘤的发生、发展，但具体作用机制有待进一步探究。

AR属于核受体超家族中的类固醇受体，是编码雄激素受体的基因。已有相關文献报道，该基因的遗传变异可引起雄激素不敏感综合征［27］。说明茉莉花根挥发油活性成分可作用于AR基因，从而调节性发育。

利用KEGG通路富集分析，按P<0.01，得到最显著的富集通路包括神经活性配体受体相互作用、癌症通路等。神经活性配体受体相互作用信号通路是质膜上所有与细胞内外信号通路相关的受体和配体的集合［28］。该通路与茉莉花根挥发油的PTGER1、PTGER2、GABRA2、DRD1、NR3C1等靶点有关。癌症通路是典型的信号通路，癌症由遗传和表观遗传的改变所驱动，这些改变可引起细胞过度增殖和迁移。常见癌症信号通路包括NF-KB信号通路、TNF信号通路、MAPK/ERK通路等。而茉莉花根挥发油活性成分能与EGFR、PTGER1、AR、PPARD、IL6、NOS2等靶点结合作用于癌症通路，从而发挥其抗癌作用。

综上所述，本研究借助GC-MS技术和网络药理学方法，系统筛选出了茉莉花根挥发油活性成分及潜在作用靶点，通过C-T和C-T-P网络阐述了活性成分、潜在作用靶点和通路之间的联系，揭示了茉莉花根挥发油药理作用机制，分子对接结果显示，茉莉花根活性成分与靶点具有良好的结合性能，证实了网络药理学预测靶点的准确性，为茉莉花根挥发油活性成分及后续作用机制的研究提供了线索。

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