基于网络药理学研究五味子抗心力衰竭作用

徐嘉豪，刘成琳，武子敬，夏清瑶，童华利，刘雪坤

（通化师范学院•吉林 通化•134002）

心力衰竭（HF）是各类心脏病的最终过程。发病率和致死率均较高，五年内存活率小于50%，与恶性肿瘤相仿，正在成为21 世纪最严重的心血管病症[1-3]。中药具有辨证论治、整体观念的特点，可以更好的发挥治疗效果。五味子具有收敛固涩，益气生津，补肾宁心等功效，主要分布在东北、华北地区。五味子最早见于《神农本草经》，列为上品。现代药理学研究发现五味子能起到保护心血管细胞的作用[4-6]。

网络药理学是从生物网络的角度，研究疾病发生和发展的过程，认识药物化学成分与机体靶点的相互作用，并指导新药研发的新学科。应用高通量组学数据、分子网络数据，对药物-靶点网络整体的分析，有利于理解药物的多靶点、多途径网络作用模式，研究药物的药理作用机制及新药研发，将药物作用重新定位的同时开展老药新用的研究[7-10]。通过网络药理学研究五味子治疗心力衰竭的潜在作用靶点，探讨五味子治疗心力衰竭的作用机制，为后续的研究提供数据支持和科学依据。

1 材料与方法

1.1 五味子化学成分的筛选与靶点预测

使用TCMSP（http://tcmspw.com/tcmsp.php）数据库，以口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18、渗透性（Caco-2）>-0.4 为筛选条件，得到五味子的化学成分。将得到的化学成分信息通过TCMSP 数据库进行靶点提取，进一步使用Uniprot 数据库(http://www.uniprot.org/) 中的搜索功能，将物种设置为human，对搜集筛选得到的靶点蛋白与基因信息进行校正，获得靶点的Uniprot ID，运用Cytoscape3.9.2 软件构建“化合物-靶点”网络图。

1.2 疾病靶点筛选

通过GeneCards 数据库以”heart failure”为检索词，检索与HF 相关的疾病基因，并通过Uniprot 数据库进行基因注释。

1.3 成分作用靶点网络构建

通过Venny 2.1（https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/）将筛选出的有效成分潜在作用靶点与疾病相关靶点取交集，获得五味子治疗HF 的潜在作用靶点。再运用STRING 11.0 数据库获得这些靶点间的相互关系，并通过Cytoscape3.9.2 软件构建“活性成分-基因-疾病”网络。网络中节点(node)分别代表活性成分和靶基因，它们之间的相互关系以边(edge)相连表示。

1.4 功能分析

利用Metascape（http://metascape.org/）数据库对五味子治疗HF 关键靶蛋白进行GO 功能富集分析和KEGG 通路富集分析。

2 结果

2.1 靶点网络

五味子药物-化学成分-靶点建立网络中有30 个节点，38 条边，结果见图1，Venn 图见图2，五味子“化学成分-疾病-靶点-通路”网络图见图3，其中2 个节点，55 条边，可以清晰地看出五味子的多靶点多通路作用，且与疾病的相关性较强。

图1 五味子药物-化学成分-靶点网络

图2 药物-疾病Venn 图

图3 药物-成分-靶点-疾病-通路网络

2.2 GO 富集分析及KEGG 通路注释分析

将预测出的11 个潜在靶点导入Metarscape 数据库中进行KEGG 通路注释分析和GO 富集分析，得到影响显著的通路（P＜0.01）有8 条，筛选出主要抗心力衰竭的分别为hsa04020（Calcium signaling pathway）钙离子信号通路和hsa05200（Pathways in cancer）癌症通路，结果见图4。通过GO 富集分析，在生物学过程中这些靶点主要涉及乙酰胆碱受体信号、血压调节、低氧反应等方面调节，详见图5。

图4 KEGG 富集分析结果

图5 GO 功能富集分析结果

3 讨论

近年来，网络药理学方法表明，整体分析策略已从“一种药物，一个靶点，一种疾病”转变为结合多个靶点的思路。Andrew L.Hopkins 引入了网络药理学的概念，其核心思想是识别疾病特征、生物活性剂和药物目标相互关联的生物网络，优化治疗策略。网络药理学还可预测受个体影响的靶点和通路，尤其适用于中药多种成分且作用机制尚不完全明确的药物。

本次研究筛选五味子化学成分时，根据TCMSP数据库推荐标准和参考文献，以口服生物利用度（OB）≥30%、类药性（DL）≥0.18 和渗透性（Caco-2）>-0.4 为条件[7-9]，避免筛选到含量高，但口服效率低的成分。

通过网络药理学的方法筛选出五味子的8 个化学成分，并对其进行了靶点预测。通过分析五味子药物-成分-靶点网络图发现，五味子具有多分子、多靶点的作用特性，并预测其化学成分可能与ACHE、PTGS2、NOS3等相关。将靶点进行KEGG 富集分析，发现其治疗HF 可能跟钙离子信号通路（Calcium signaling pathway）和癌症通路（Pathways in cancer）相关。Ca2+广泛存在于机体细胞中，起到调节细胞内钙离子浓度的作用，从而起到产生和传递兴奋，介导兴奋-收缩偶联等作用。钙离子信号通路是心力衰竭发生发展的中心环节。NOS3的活性受Ca2+浓度的调控，当细胞内Ca2+浓度升高时，Ca2+诱导钙调蛋白与NOS3二聚体结合，促进NOS3活性升高并刺激产生NO。CHRM2 可通过与G 偶联，调节Ca2+离子通道，从而调节心肌收缩。心力衰竭时交感神经兴奋性增强，心脏β 肾上腺素受体激活，使心肌细胞钙离子通道开放，代偿心脏负荷变化，导致心脏重构，可预测其作用机制为通过调控钙离子通道，拮抗心肌过度收缩，拮抗心室重构[10-11]。研究发现，癌症与心力衰竭之间可能存在着因果关系，因此预防癌症可能会降低心力衰竭的发生率。其中五味子的核心靶点PTGS2 可参与炎症反应、肿瘤细胞的增殖和凋亡等多种病理过程，因此可以推测五味子通过抑制癌症通路达到治疗HF 的作用。GO 富集分析表明五味子治疗HF 与乙酰胆碱受体信号、血压调节、低氧反应等生物学调节相关。

综上所述，本次研究基于网络药理学阐述了五味子治疗HF 的作用机制，通过对具有多成分、多靶点特点的五味子与HF 复杂网络关系的研究，阐述了五味子治疗HF 的有效成分、关键靶点、涉及的生物学过程和通路，使“药物-靶点”网络可视化，为后续研究五味子治疗HF 提供了理论依据。