基于網絡藥理學的家蠶抗2型糖尿病分子機制研究※

許光輝 萬慧琪 陳佩璐 黃亦琦 李 明，3

家蠶（幼蟲）的藥用價值一直受到人們的重視，古代醫籍《中華本草》《本草綱目》均記載家蠶體入藥可止消渴（糖尿病），現代醫藥學也進一步證明了家蠶幼蟲體具有保肝、提高免疫、降血糖、降血脂等多種功效。但目前關于家蠶抗2 型糖尿病（T2DM)的作用機制研究并不充分。因此，本研究通過網絡藥理學對家蠶活性成分抗T2DM 的潛在靶點和分子機制進行解析，為更全面地研究家蠶抗T2DM的作用機制指明方向。

1 材料與方法

1.1 數據庫與軟件中國知網（https://www.cnki.net/）；Medline 數據庫（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）；TCMSP 數據庫（https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php）；PubChem 數據庫（https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）；Swiss Target Prediction 數據庫（http://www.swisstargetprediction.ch/）；Gene Card 數據庫（https://www.genecards.org/）；在線韋恩圖（https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html）；STRING數據庫（https://string-db.org/）；DAVID 6.8數據庫（https://david.ncifcrf.gov/）；Cytoscape 3.8.0軟件。

1.2 家蠶主要活性成分與T2DM疾病相關靶點數據集構建通過查閱文獻對家蠶中的主要活性成分進行歸類，建立家蠶活性成分集。通過檢索PubChem、Swiss Target Prediction 和Gene Card 數據庫獲取家蠶活性成分與T2DM對應的靶標。

1.3 家蠶抗T2DM潛在靶點篩選利用在線韋恩圖獲取家蠶活性成分與T2DM 靶點的交集則為家蠶抗T2DM的潛在靶點。

1.4 蛋白-蛋白網絡互作分析（PPI）將潛在靶點上傳至STRING 平臺，設置最高置信區間和隱藏離散靶點進行蛋白相互作用關系分析，計算相應的拓撲參數。

1.5 家蠶活性成分抗T2DM的核心靶點篩選將家蠶活性成分抗T2DM 的潛在靶點導入Cytoscape 3.8.0軟件中，根據點度中心值（degree）、接近中心值（closeness）和中介中心值（betweenness）篩選TOP 30個靶點作為家蠶活性成分抗T2DM 的核心靶點并進行可視化展示。

1.6 GO 與KEGG 富集分析將核心靶點上傳至DAVID 6.8 在線數據分析平臺，以P＜0.01 為顯著性差異篩選家蠶活性成分抗T2DM 涉及的生物過程及信號通路，分析其可能的作用機制。

2 結果

2.1 家蠶活性成分及與T2DM相關靶點數據集現有文獻檢索結果[1-19]表明，家蠶主要活性成分包括生物堿、黃酮類、氨基酸、維生素、脂肪酸等，各成分的口服生物利用度、類藥性及與T2DM 相關的靶基因數目見表1。

表1 家蠶活性成分

2.2 家蠶活性成分抗T2DM 潛在靶點通過PubChem、Swiss Target Prediction 和Gene Card 數據庫獲得T2DM對應靶標12272個，氨基酸對應靶點19400個，脂肪酸對應靶點1067 個，生物堿對應靶點3822個，維生素對應靶點7832個，黃酮類對應靶點714個。161個交集靶點則為家蠶活性成分抗T2DM的潛在靶點。見圖1。

圖1 家蠶活性成分與T2DM的靶基因映射

2.3 靶蛋白PPI將161個潛在靶點上傳至STRING數據庫進行蛋白互作分析。PPI 結果顯示，家蠶活性成分抗T2DM 功效PPI 網絡節點161 個，平均度值7.25，584條邊，P＜1.0e-16。見圖2。

圖2 潛在靶點PPI網絡

2.4 核心靶點GO 富集分析對家蠶活性成分抗T2DM 的30 個核心靶點進行GO 富集分析。根據P＜0.01，篩選得出家蠶活性成分抗T2DM 核心靶點顯著富集的生物過程（BP）、細胞組分（CC）、分子功能（MF）分別為39 條、6 條和16 條，其中P值最小的Top 10 條生物過程（BP）、細胞組分（CC）、分子功能（MF）見圖3。結果顯示，家蠶活性成分抗T2DM 靶點顯著富集的生物過程包括RNA聚合酶II啟動子轉錄的正調控、藥物反應、一氧化氮生物合成過程的正調控、平滑肌細胞增殖的正調控、藥物代謝過程、ERBB2信號通路、類固醇代謝過程、細胞缺氧反應、環氧化酶P450 途徑、單萜代謝過程等；顯著富集的細胞組分有胞質溶質、內質網膜、胞內包膜細胞器、細胞器膜、內體腔、內吞囊泡腔等；顯著富集的分子功能包括酶結合、蛋白質結合、血紅素結合、類固醇羥化酶活性、氧結合、單加氧酶活性、鐵離子結合、氧化還原酶活性、蛋白磷酸酶結合、花生四烯酸環氧化酶活性等。

圖3 核心靶點GO富集分析

2.5 藥物-成分-疾病-核心靶點-通路分析圖4為家蠶抗T2DM的成分-疾病-核心靶點-通路網絡拓撲圖。結果顯示，家蠶體中活性成分主要通過作用于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 等靶點，進而調節癌癥通路、ErbB信號通路、HIF-1信號通路、胰島素抵抗、FoxO 信號通路、非酒精性脂肪肝（NAFLD）、Rap1 信號通路、甲狀腺激素信號通路、神經營養因子信號通路、脂肪細胞因子信號通路、TNF信號通路、胰島素信號通路、2 型糖尿病、mTOR 信號通路等多條途徑參與改善T2DM。

圖4 藥物-成分-疾病-核心靶點-通路網絡圖

3 討論

家蠶作為一種經濟資源昆蟲，其藥用價值一直受到人們的重視，古代醫籍《中華本草》《本草綱目》中均有家蠶體入藥可治療糖尿病的相關記載[20]。現代醫藥學也進一步證明了家蠶體的藥用價值，揭示了其具有保肝、提高免疫、抗腫瘤、降血糖、降血脂等作用[1]。網絡藥理學是基于多種技術的綜合應用，利用多種數據庫和平臺，闡釋疾病的發生、發展過程或者疾病與藥物的相互作用關系并指導新藥發現的一門學科，在新藥研究、藥效物質基礎和作用機制的研究等方面提供了諸多便利[21]。本研究利用網絡藥理學技術對家蠶體中的生物堿、黃酮類、氨基酸、脂肪酸、維生素5大類共31種主要活性成分抗T2DM的作用靶點、分子機制進行解析，結果表明家蠶可通過作用于PI3K-Akt信號通路、非酒精性脂肪肝通路、FoxO信號通路、TNF信號通路、脂肪細胞因子信號通路、胰島素信號通路、II 型糖尿病、mTOR 信號通路等多條途徑改善2 型糖尿病。

氨基酸和維生素是機體進行正常生理活動所必需的物質，根據既往研究發現，氨基酸代謝異常與T2DM的發生密切相關。張志軍等[22]通過氫譜磁共振代謝組學技術對2 型糖尿病患者尿液中的代謝物進行監測，發現患者體內氨基酸、脂肪代謝異常和維生素B12 缺乏導致尿液中的甲基丙二酸水平升高。有文獻報道，長期服用二甲雙胍、羅格列酮等藥物會導致T2DM 患者體內缺乏維生素B12[23]。另外，孫愛麗等[14]發現，維生素B12 的缺乏會導致T2DM 患者更容易發生周圍神經病變。王晉飛[24]通過研究發現，T2DM 小鼠血清中的谷氨酰胺、纈氨酸、異亮氨酸、甘氨酸和丙氨酸5種氨基酸含量較正常小鼠明顯降低。家蠶不僅有顯著的降血糖作用，而且富含高蛋白和維生素，對糖尿病患者大有裨益。

亞麻酸和亞油酸為人體必需脂肪酸，對維持機體正常生命活動起著至關重要的作用。α-亞麻酸為ω-3 系列多不飽和脂肪酸，具有顯著的藥理作用和營養價值。從食物中獲取的α-亞麻酸可在體內合成一系列代謝產物，其中最重要的是具有調節血脂、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]。朱麗麗等[26]通過研究發現，富含亞麻酸的膳食亞麻籽油可顯著增加T2DM 大鼠外周血和脾臟中的髓源抑制細胞，降低血漿中白介素1β 和TNF-α 水平，減少炎癥反應，改善T2DM。此外，α-亞麻酸能夠顯著降低糖尿病大鼠血清中炎癥因子含量和丙二醛水平，增加血清一氧化氮含量、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，具有抗炎和抗氧化作用[27]。另有研究[28]表明，共軛亞油酸可通過激活PPARα轉錄因子，下調肝臟CD36表達水平，調節脂代謝異常，明顯改善ob/ob小鼠脂肪肝和糖耐量異常，對糖尿病并發癥具有一定的防治作用。

黃酮類化合物主要通過清除機體自由基，調節脂質代謝紊亂，減少炎癥反應，進而改善T2DM，是具有極高應用價值的天然活性產物。生物堿類主要通過調節胰島素信號通路相關蛋白的表達，提高外周組織對胰島素的敏感性，減少氧化應激以及胰島素抵抗等參與糖尿病的發展進程[29]。張立雯[30]通過研究發現，桑葉生物堿類成分蕎麥堿在糖尿病大鼠體內的吸收較DNJ 更快，且停留時間更長，對疾病改善有良好的作用。

綜上，本研究通過網絡藥理學技術闡釋了家蠶可通過多成分-多靶點-多途徑調控機制改善T2DM。