基于網絡藥理學探討溫中益氣方抗胃潰瘍的作用機制

馬寶柱，馬晨曦，周國興，遲文成*

(1.黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫藥大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

胃潰瘍(Gastric ulcer，GU)是消化系統常見病，以長期反復發作的節律性、周期性的上腹疼痛為主要臨床表現，其發生是一種或者多種侵襲損害因素對黏膜破壞超過黏膜抵御損傷和自身修復能力所引起的綜合結果，是發生于賁門與幽門之間的炎性壞死性病變[1]。

溫中益氣方是由人參、白術、大棗、茯苓、黃連、黃芩、半夏、干姜和甘草組成，是臨床治療胃潰瘍的有效經驗方劑，臨床療效確切，前期實驗研究，也證明該方具有明顯的防治胃潰瘍作用。中醫學認為胃潰瘍屬“胃脘痛”范疇，脾胃虧虛是發病的根本因素，外感邪氣、飲食不節、情緒不暢為主要病因，主要病機為本虛標實，以脾胃虧虛為本，痰濕、瘀血、寒熱等為標，發病部位多在脾、胃、肝。臨床治療常用補益藥、理氣藥、清熱藥、止血藥、活血化瘀藥。溫中益氣方具有溫中益氣、清熱燥濕之功效,用于胃炎、胃潰瘍等屬脾胃虛弱證者。

西藥在治療疾病的過程中，具有藥物作用效果明顯、作用途徑單一的特點。隨著系統生物學的發展和藥物研究的深入，發現阻斷單一通路，生物信號可以通過旁路進行傳導，往往只能收效甚微。胃潰瘍的發病因素和致病機制繁瑣復雜，單一的西藥就無法達到臨床上滿意的治療效果。中藥復方現對于西藥的單一治療效果來說，具有針對病癥多成分起效、多靶點作用、多通路調節的整體作用。中藥復方在中醫理論的整體觀和辨證觀的指導思想下，能夠做到因人制宜、因時制宜、因地制宜，將理法方藥與整體觀念和辨證論治相結合，從而取得良好的治療效果[2]。

1 方法

1.1 溫中益氣方主要化學成分收集

參考文獻[3]和[4]進行收集。溫中益氣方中人參、大棗、甘草、半夏、白術、干姜、茯苓、黃連、黃芩九味中藥，以生物利用度(OB)≥30%，類藥性(DL)≥0.18篩選TCMSP數據庫，并將初次篩選的溫中益氣方生物活性成分與PubChem數據庫一一查閱對比，最終得到唯一的溫中益氣方有效成份數據集。

1.2 胃潰瘍潛在靶點提取

通過Drug Bank數據庫，結合溫中益氣方初步研究成果，逐個驗證之前篩選的有效成分分子結構相對應的潛在靶點，剔除重復或非人源以及不規范的靶點，最終得到溫中益氣方不同活性成分潛在的作用靶點編號(Gene Symbol)。通過對OMIM數據庫與GeneCards數據庫檢索篩選胃潰瘍的疾病靶點。以“Gastric ulcer”為檢索關鍵詞，篩選檢索OMIM數據庫和GeneCards數據庫，獲取基因數據綜合匯總后去除重復基因。利用R3.5.2制作藥物靶點與疾病基因靶點交互的Venn圖，獲得匯總相關靶點的結果。

1.3 構建調控網絡

通過對溫中益氣方中藥物所有有效成分分析結果以及所有獲得的預測靶點進行匯總，并用Cytoscape3.7.1構建溫中益氣方-靶點-效應通路的模型網絡，通過該模型網絡闡述溫中益氣方治療胃潰瘍的多成分作用、多靶點、多個相關信號通路的作用特點。

1.4 構建溫中益氣方與胃潰瘍蛋白互作網絡

溫中益氣方與胃潰瘍的蛋白互作網絡圖(protein-protei ninteraction，PPI)采用STRING數據庫構建，研究過程中，利用STRING數據庫探索溫中益氣方與胃潰瘍之間已證實的蛋白質互作關系網絡，下載制作蛋白互作關系網絡圖，從而揭示疾病與藥物之間的蛋白互作關系。

1.5 生物信息分析

本研究中采用R3.5.2(依托于“clusterProfiler”“org.Hs.eg.db”以及“pathview”程序包)進行GO與KEGG基因功能富集分析。

2 結果

2.1 溫中益氣方主要化學成分篩選與靶點獲取結果

基于西北農林科技大學王永華教授開發的TCMSP數據庫，本研究以生物利用度(OB)≥30%，類藥性(DL)≥0.18篩選TCMSP數據庫，篩選出人參、大棗、甘草、半夏、白術、干姜、茯苓、黃連、黃芩九味中藥中OB≥30%并且DL≥0.18的活性成分。將初次篩選的溫中益氣方生物活性成分與PubChem數據庫一一查閱對比，最終得到唯一的溫中益氣方有效成份數據集，共篩選出233個生物活性成分。

TCMSP數據庫獲取了溫中益氣方對應活性成分潛在靶點的全集合，再通過DrugBank數據平臺逐一驗證之前篩選獲得的有效成分分子結構相對應的潛在靶點，剔除非人源或重復以及不規范的靶點。最終得到溫中益氣方活性成分的潛在作用靶點編號(Gene Symbol)。再檢索GeneCards數據庫與OMIM數據庫，以“gastric ulcer”為關鍵詞，最后將搜索所得的基因數據綜合匯總后去除重復靶點，利用R3.5.2繪制疾病基因靶點與藥物靶點之間的Venn圖，并得到相關靶點的匯總結果，結果見圖1。

2.2 調控網絡構建

根據獲得的藥物有效成分與疾病相關基因靶點之間的關聯匯總結果以及靶點預測結果，采用Cytoscape3.7.1構建溫中益氣方-靶點-效應通路的模型網絡，用不同的節點分別表示溫中益氣方、篩選得到的溫中益氣方有效成分、溫中益氣方潛在抗胃潰瘍基因靶點以及胃潰瘍的病理改變。通過藥物-活性成分-基因靶點-胃潰瘍的相應連線表示溫中益氣方中的多種有效成分通過多個靶點對胃潰瘍的進展造成不同的影響。并利用該網絡結構闡明溫中益氣方治療胃潰瘍多成分起效、多靶點作用、多通路調節作用機制和特點，結果見圖2。

圖2 溫中益氣方-靶點-效應通路的網絡模型

2.3 溫中益氣方與胃潰瘍蛋白互作網絡構建

本研究中溫中益氣方與胃潰瘍的蛋白互作網絡圖采用STRING數據庫平臺構建。利用STRING數據庫探索溫中益氣方與胃潰瘍之間已驗證的蛋白質互作網絡，并下載繪制蛋白互作網絡圖，揭示疾病與藥物之間的蛋白互作關系以及與其他蛋白互作關系，結果見圖3。

圖3 溫中益氣方與胃潰瘍的蛋白互作網絡

2.4 GO與KEGG富集分析

根據GO功能富集分析顯示，溫中益氣方抗胃潰瘍的作用機制主要集中于多種細胞核因子調控，細胞內氧化還原反應與氧化應激損傷，泛素/泛素樣蛋白連接酶系統，RNA聚合酶Ⅱ近端啟動子序列等多個細胞內生命活動密切相關。KEGG功能富集分析主要集中NF-κB等信號通路，與炎癥、細胞內應激反應、自噬、細胞凋亡、纖維化信號通路、抗氧化應激，白細胞募集等密切相關，結果見圖4、圖5。

圖4 溫中益氣方抗胃潰瘍GO富集分析

圖5 溫中益氣方抗胃潰瘍KEGG通路富集分析

3 討論

網絡藥理學(network pharmacology)認為藥物和疾病的作用是一個復雜體系，涉及多成分起效、多靶點作用、多通路調節的分子功能網絡相互作用的過程，不同疾病更具有不同的復雜體系又相互聯系。因此，應該針對不同疾病采用多成分藥物協同作用才能達到更佳的治療效果，這與中醫藥理論中的整體觀和辨證觀不謀而合，把網絡藥理學與中醫理論各自的優勢充分結合，發揮各自最大的優勢[5-6]。

所以，網絡藥理學和中醫藥的研究相互滲透，兩者共同為中醫藥的現代化研究服務，共同推動中藥現代藥理學的發展[7-8]。現代中藥具有“多向藥理學”的特性，能夠作用于多個靶點和多個信號通路，達到更好的療效。網絡藥理學是基于網絡的構建和分析技術為一體，在系統生物學和多向藥理學的指導下，推動中藥現代藥理學發展[9-12]。本研究從溫中益氣方類藥性、口服利用度較好的有效成分，并預測了這些成分治療胃潰瘍的靶點及相關通路，為溫中益氣方的深入研究提供參考。