抗新型冠狀病毒五種中藥方活性成分和作用靶點的網絡藥理學分析*

賈佩霖 田紅英 劉曉龍 符兆英 韓小東 鄭軍

(延安大學醫學院,陜西 延安 716000)

2019年12月以來,全球出現了新型冠狀病毒(新冠病毒)的大流行,該病毒傳播性強,引起的疾病主要為新型冠狀病毒肺炎(新冠肺炎),亦稱嚴重急性呼吸窘迫綜合征[1]。該病屬于中醫“疫”病范疇,為感受“疫戾”之氣所致,其病位在肺,以“濕、熱、毒、瘀”為該病的基本病機[2]。目前對該病尚無特效的治療方法,中國中藥協會呼吸病藥物研究專業委員會、世界中醫藥學會聯合會呼吸病專業委員會等,均提倡采用中西醫結合的綜合治療方案[3]。中華人民共和國國家衛生健康委員會聯合國家中醫藥管理局,自2020年1月起,先后發布了九個版本的新型冠狀病毒肺炎診療方案,推薦了用于治療該病的幾種中藥方劑,并建議各地可根據該病病情和證候以及季節氣候等情況,進行辨證論治[4-5]。本文對國家衛健委和中醫藥管理局于2022年3月最新推出的新型冠狀病毒肺炎診療方案第九版所推薦的治療新冠肺炎的五大中藥方劑(藿香正氣方、金花清感方、連花清瘟方、疏風解毒方、清肺排毒方)所含活性成分、潛在作用靶點和作用機制等,根據網絡藥理學和生物信息學的研究成果做了綜述。

1 治療新冠肺炎推薦方藥

新冠疫情出現以來,中華人民共和國國家衛生健康委員會聯合中華人民共和國國家中醫藥管理局制訂了新型冠狀病毒肺炎診療方案,迄今已經修訂發布了九個版本。新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第九版),即最新一版,于2022年3月14日發布,該方案中推薦了用中醫治療新型冠狀病毒肺炎的幾種中成藥或中藥方劑[5]。對處于醫學觀察期的新冠病毒感染者推薦了四種中成藥:乏力伴胃腸不適服用藿香正氣膠囊(包括其他劑型:丸、散、水、口服液);乏力伴發熱者服用金花清感顆粒、連花清瘟顆粒或膠囊和疏風解毒顆粒或膠囊。對臨床治療期的新冠病毒感染者(即確診病例),首先推薦了清肺排毒湯和清肺排毒顆粒(各種癥型均可使用),然后根據不同癥型和疾病輕重程度推薦使用不同的方劑或成藥,并介紹了中藥的兒童用藥[5]。以下根據近兩年網絡藥理學及生物信息學的研究成果,總結了藿香正氣方、金花清感方、連花清瘟方、疏風解毒方、清肺排毒方的藥物活性成分、潛在作用靶點以及作用機制。

2 新冠病毒的基本性狀與復制周期

新冠病毒為冠狀病毒科β屬的病毒,是一類有包膜的單正鏈RNA病毒,球形或近球形,大小80～120 nm。病毒基因組約由30000個核苷酸組成,基因組RNA與核蛋白(N蛋白)一起構成螺旋對稱的核衣殼,病毒包膜中鑲嵌著三種蛋白質:刺突蛋白(S蛋白)、基質蛋白(M蛋白)和包膜蛋白(E蛋白)。冠狀病毒經刺突蛋白與細胞表面相應受體,血管緊張素轉換酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2),結合而進入細胞,進入細胞后,病毒基因組利用宿主細胞的翻譯系統合成RNA指導的RNA聚合酶(RDRP)和其他的非結構蛋白及輔助蛋白。RDRP和其他幾種非結構蛋白,組成一個復制與轉錄復合體,利用親代病毒的基因組復制出全長的互補RNA鏈(-RNA鏈),在該-RNA鏈復制出子代病毒的基因組和幾種亞基因組mRNA,這些亞基因組mRNA利用宿主細胞的翻譯系統翻譯出子代病毒的結構蛋白(N蛋白、S蛋白、M蛋白和E蛋白)。N蛋白與子代病毒基因組組裝成子代病毒核衣殼, S蛋白、M蛋白和E蛋白鑲嵌入內質網膜并形成內質網-高爾基體中間室(ERGIC),新裝配成的核衣殼從ERGIC鑲嵌有S蛋白、M蛋白和E蛋白的膜部位向內出芽進入ERGIC形成子代病毒體,經ERGIC膜與細胞膜的融合(出胞作用),子代病毒體被釋放出細胞而完成病毒復制周期[1]。

3 網絡藥理學對中藥方劑的研究

網絡藥理學是在系統生物學基礎上將生物信息學與藥理學結合的產物,屬于大數據研究在醫學領域應用的成果。網絡藥理學的特點是其多成分、多靶點和多通路的網絡構建;該特點使得這一技術不僅能為單味中藥的藥理作用提供豐富的化合物和靶點及疾病等信息,特別是克服了單一成分或靶點傳統分析的不足,更適用于中藥組方藥理作用復雜性的研究。網絡藥理學為作為一種新的技術,從現代藥理學的角度出發對傳統中藥方劑的作用機制進行分析研究,并能為中藥新藥和中藥新劑型的研發提供思路和幫助。此外,網絡藥理學方法能對中醫學理論的整體觀念、辨證論治、同病異治、異病同治等經典思維進行現代科學論證,能為中醫的精準醫療提供科學的數據支持,可以對中醫傳統上的君臣佐使、藥對、相佐、相使、相須等中藥配伍理論進行科學論證,也可以對中藥材在方劑中由于配伍而產生的功效變化進行比較明確的分析[6]。

4 藿香正氣方治療新冠肺炎的活性成分、潛在靶點及作用機制

藿香正氣方是宋代《太平惠民和劑局方》中的一個成方,該方具有解表化濕及理氣和中的作用,是歷代中醫名家推崇的一個處方。鄧燕君等[7]運用網絡藥理學與分子對接方法,研究了藿香正氣口服液中蒼術、陳皮、厚樸、白芷、茯苓、大腹皮、半夏、甘草、廣藿香、紫蘇防治新冠肺炎的活性化學成分和作用靶點,結果發現藿香正氣口服液中的活性化學成分能通過與新冠病毒的ACE2受體結合并作用于前列腺素內過氧化物合酶2 (prostaglandin-endoperoxide synthase 2,PTGS2)、熱休克蛋白90AB1(heat shock protein 90 kDA alpha-class B-member 1,HSP90AB1)、雄激素受體(androgen receptor,AR)、鈣調蛋白調節血影蛋白關聯蛋白2C(calmodulin regulated spectrin associated protein family member 2,AMSAP2)等靶點而調節多條信號傳導通路,從而發揮對新冠肺炎的預防和治療作用。顧昱昊等[8]亦探究了藿香正氣液治療新冠肺炎的網絡調控機制,結果發現,藿香正氣液中的槲皮素、柚皮素、山柰酚、β-谷甾醇、漢黃芩苷、甘烏內酯和2-hydroxyisoxypropyl-3-hydroxy-7-isopentene-2,3-dihydrobenzofuran-5-carboxylic等活性化學成分,能通過調控鞘脂信號通路、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)信號通路和缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)信號通路中的絲裂原激活蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1,MAPK1)、絲裂原激活蛋白激酶3(MAPK3)和RelA原癌基因等靶點,作用于與抗炎、免疫殺傷和氣道重塑等相關的多個生物功能,從而發揮治療新冠肺炎的作用。紀敬敏等[9]利用網絡藥理學方法分析了藿香正氣液干預新冠肺炎的化合物成分、潛在作用靶點與機制,結果亦顯示,藿香正氣液是通過多種化合物、多個靶點和多條通路而發揮作用。孫瑩等[10]用網絡藥理學方法分析了藿香正氣方治療妊娠期新冠肺炎的作用機制,探究其對妊娠期新冠肺炎的多成分多靶點多通路的相關關系,結果顯示,藿香正氣方的有效化學成分能通過作用于MAPK1、MAPK3、MAPK8、TNF、白細胞介素-6(IL-6)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)等靶點調節多條信號通路,發揮對妊娠期新冠肺炎的治療作用。施敏等[11]采用網絡藥理學方法,分析了藿香正氣散治療新冠肺炎伴有胃腸道癥狀時的作用機制,結果發現,藿香正氣散所含的224 個活性化學成分與新冠肺炎胃腸道癥狀相關的JUN原癌基因、MAPK8、MAPK14、EGFR、IL-6、促生存因子基因BCL2L1等50 個靶基因相互作用;分子對接分析顯示,藿香正氣散所含柚皮素與靶基因IL-6 的親和力較強。

5 金花清感方治療新冠肺炎的活性成分、潛在靶點及作用機制

金花清感方是我國中西醫專家近年新研制的一種用于治療甲型流感H1N1的中藥方劑,主要成分為金銀花和玉葉金花。司馬依等[12]通過網絡藥理學及分子對接方法,對金花清感顆粒治療新冠肺炎的活性成分及其作用機制的研究發現,金花清感顆粒中的黃芩素、山柰酚和千層紙黃素A 等活性成分,可能通過與新冠病毒的ACE2受體結合而作用于PTGS2、BCL2和半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶(Caspase 3,CASP3)等靶點調節多條信號通路,發揮對新冠肺炎的治療作用。龔普陽等[13]用網絡藥理學與分子對接技術研究了金花清感顆粒防治新冠肺炎的潛在藥效物質,結果發現金花清感顆粒可能通過其多種成分結合新冠病毒的3CL(3C-like)蛋白酶(為新冠病毒復制所必須的一種蛋白水解酶)及ACE2受體,從而作用于PTGS1、PTGS2、HSP90AA1、HSP90AB1、核受體輔激活劑2(nuclear receptor coactivator 2,NCOA2)等靶點調節相應的信號通路,從而對新冠肺炎發揮防治作用。沈浮等[14]采用網絡藥理學及高通量分子對接方法篩選了金花清感顆粒中與新冠病毒的3CL蛋白酶及ACE2受體結合較好的活性化合物,并對其干預新冠病毒的機制做了預測分析,認為金花清感顆粒所含的3-甲氧基光甘草定、粗毛甘草素C、甘草查爾酮B等活性化合物與新冠病毒的3CL蛋白酶及ACE2受體蛋白的結合力較強并通過多種通路發揮干預新冠病毒的作用。彭文潘等[15-16]亦運用網絡藥理學和分子對接技術探討了金花清感顆粒治療新冠肺炎的潛在作用靶點及機制,初步揭示了金花清感顆粒多途徑、多靶點治療新冠肺炎的可能作用機制,為金花清感顆粒的進一步研究和臨床應用提供了科學依據。

6 連花清瘟方治療新冠肺炎的活性成分、潛在靶點及作用機制

連花清瘟方是我國現代醫藥學家借鑒我國古代名醫治療呼吸道外感熱病的經驗,結合現代藥理學的研究成果而研制而出的一種中成藥,主要由金銀花、連翹、麻黃、板藍根、苦杏仁、甘草組成。凌曉穎等[17]采用TCMSP(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology)數據庫、Batman數據庫和Swiss Target Prediction數據庫等檢索分析了連花清瘟方藥材的化學成分和作用靶點,挖掘出連花清瘟方藥材的活性成分100個和作用靶點636個,冠狀病毒的疾病靶點347個,得到67個藥物-疾病共同靶點,其關鍵性靶點包括PTGS2、ACE2、CASP3、IL6、MAPK1、EGFR等。分子對接分析顯示:山柰酚、槲皮素和木犀草素與3CL水解酶有較好結合力,豆甾醇、甘草次酸和靛藍與ACE2有較好結合力。王法財等[18]用網絡藥理學構建了連花清瘟顆粒作用于新冠病毒的多活性成分、多基因靶點和多治療通路的特點,篩選了連花清瘟顆粒干預新冠病毒的基因靶點和信號通路,探討了連花清瘟顆粒對新冠肺炎的臨床治療效果及機制,結果發現,連花清瘟顆粒治療新冠肺炎療效確切,該研究為進一步研究連花清瘟顆粒治療新冠肺炎的作用機制提供了參考依據。王林等[19]運用網絡藥理學探討研究了連花清瘟方治療新冠肺炎的作用靶點、信號通路以及作用機制。結果獲得連花清瘟方的活性成分378種、潛在的作用靶點282個、與新冠病毒共同靶點55個;獲得392條GO(Gene Ontology)生物學過程和105條KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)信號通路。作者認為,連花清瘟方治療新冠肺炎的作用機制與其廣譜抗病毒、退熱、止咳化痰和調節免疫功能等活性有關。馬穎等[20]用網絡藥理學方法探討了連花清瘟膠囊的有效成分防治新冠肺炎的作用機制,結果顯示連花清瘟膠囊對新冠病毒結合ACE2受體有一定的阻斷作用,同時亦具有抑制炎癥風暴和調節機體免疫功能的作用。

7 疏風解毒方治療新冠肺炎的活性成分、潛在靶點及作用機制

疏風解毒膠囊源于民間驗方,是湘西老中醫向楚賢祖傳百年的經驗成方“祛毒散”,經研發人員改造而成;該方經國家藥品監督管理局批準于2003年8月—2005年4月進行了多中心、隨機雙盲、陽性藥平行對照試驗;具有疏風清熱,解毒利咽的功效。曹燦等[21]借助網絡藥理與分子對接方法研究了疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的潛在作用機制與活性成分,用TCMSP數據庫檢索了該方的組成藥材板藍根、虎杖、連翹、蘆根、敗醬草、馬鞭草、柴胡、甘草的化學成分和作用靶點,結果發現,疏風解毒膠囊的活性成分能通過與新冠病毒3CL蛋白酶及ACE2結合作用于PTGS2、雌激素受體1(estrogen receptor 1,ESR1)、AR等靶點調節人巨細胞病毒(hMCV)和卡波西肉瘤相關皰疹病毒感染,能通過IL-17信號通路等發揮對小細胞肺癌患者新冠肺炎的治療作用。許嘉慧等[22]運用網絡藥理學探析了疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的分子機制,結果顯示,疏風解毒膠囊主要是通過黃酮類成分和植物甾醇類成分作用于IL-1B、IL-6、CCL2、MAPK1、MAPK8、MAPK14、CASP3、FOS原癌基因、ALB等靶點,調節炎癥反應、氧化應激、細胞凋亡、肺纖維化等過程,減輕肺損傷而治療新冠肺炎。許洪彬等[23]通過用網絡藥理學和分子對接法分析疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的作用機制,發現疏風解毒膠囊可以通過多組分、多靶點、多通路對新冠肺炎發揮治療作用,其機制與調控免疫和炎癥反應、抗病毒感染等相關,并且發現疏風解毒膠囊成分可以干擾新冠病毒與其細胞受體結合,發揮抗新冠病毒潛在作用。李康梅等[24]和李越峰等[25]用網絡藥理學分析疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的機制后亦發現,疏風解毒膠囊中的活性成分能夠通過多靶點和多通路治療新冠肺炎。劉梟等[26]通過網絡藥理學方法分析疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的可能機制后認為,疏風解毒膠囊所含的白藜蘆醇、葛根素和大黃素可能是作用于ACE2和細胞絲氨酸蛋白酶而影響新冠病毒的入侵,從而對新冠肺炎發揮一定的治療作用。謝平等[27]利用網絡藥理學及分子對接技術虛擬篩選了疏風解毒膠囊治療新冠肺炎的潛在活性成分,結果發現,疏風解毒膠囊通過多成分、多靶點、多通路協同作用,影響新冠病毒S蛋白和ACE2受體的結合,影響新冠病毒3CL蛋白酶的作用,實現對新冠肺炎的治療作用。

8 清肺排毒方治療新冠肺炎的活性成分、潛在靶點及作用機制

清肺排毒湯組方源于《傷寒論》中的麻杏石甘湯、五苓散、小柴胡湯以及《金匱要略》中的射干麻黃湯,經由中國中醫科學院特聘研究員葛又文化裁而成[28]。處方包括21種中藥材[29]。該方針對新冠肺炎之病機特點,將以上經典名方進行了重新融合并創新,以臻解表透邪、宣肺止咳、清熱化濕、辟穢排毒之功效[30-31]。國家衛健委等制訂的新型冠狀病毒肺炎診療方案推薦該方為新冠肺炎治療方劑,不作為預防方劑;可用于治療新冠肺炎輕型、普通型、重型患者,對危重癥患者也可根據患者實際情況使用[5]。

吳昊等[32]用中藥網絡藥理學和分子對接技術探索了清肺排毒湯抗新冠肺炎的作用機制。結合中國藥典及TCMSP、OMIM、GeneCard和STRING等在線數據庫,進行了網絡構建、核心靶點篩選及信號通路分析,最后對重要化學成分進行了分子對接預測。結果發現,清肺排毒湯的化合物-肺炎靶點網絡含有292種化學成分和214個相應靶點,核心靶點涉及AKT絲氨酸蘇氨酸激酶1、IL-6、MAPK8、MAPK1和JUN等。應用GO數據庫分析得到858個條目,應用KEGG數據庫篩選得到122條相關通路,包括已報道的與肺炎相關的HIF-1通路和Toll樣受體(Toll-likereceptors,TLRs)通路等,也包括T細胞(抗原)受體(T cell receptor,TCR)等通路。分子對接分析顯示,清肺排毒湯中核心化合物對新冠病毒的3CL蛋白酶和ACE2受體具有一定的親和力。趙靜等[33]應用網絡藥理學探討了清肺排毒湯的主要活性成分與靶標、靶標與新冠肺炎之間的聯系以及多成分多靶標的治療機制。研究發現,清肺排毒湯通過多成分多靶標對機體起整體性的調控作用,其主要作用部位為肺、其次為脾;通過調控多種與ACE2共表達的蛋白以及與新冠肺炎發生發展密切相關的一系列信號通路而發揮平衡免疫和消除炎癥的作用;通過靶向核糖體蛋白而抑制病毒mRNA的翻譯;并通過抑制與病毒蛋白相互作用的細胞蛋白而起抗病毒作用。許冬玉等[34]用網絡藥理學方法研究了清肺排毒湯在治療新冠肺炎時的作用機制,預測出清肺排毒湯治療新冠肺炎的5種主要活性成分是槲皮素、山柰酚、木犀草素、柚皮素和異鼠李堿,這些成分主要是通過MAPK1、MAPK3、MAPK8、MAPK14、IL-6、RELA原癌基因、信號轉導與轉錄激活因子1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)等靶點調控TNF、NF-κB等信號通路而抑制炎癥反應并調節免疫功能,通過減輕肺損傷和保護神經功能而達到治療新冠肺炎的目的。徐天馥等[35]和任星等[36]亦借助網絡藥理學方法研究了清肺排毒湯治療新冠肺炎的作用機制,根據研究結果,認為清肺排毒湯對新冠肺炎的治療具有多成分、多靶點、多通路的調節作用。楊亮等[37]采用網絡藥理學的技術和方法,分析了清肺排毒湯與新冠肺炎診療方案推薦的抗病毒藥物聯合應用時潛在相互作用。通過ETCM、TCMSP數據庫檢索清肺排毒湯和抗病毒藥物的化學成分和作用靶點,用STRING、DAVID進行靶點篩選、蛋白相互作用網絡構建和通路分析后,獲得清肺排毒湯作用靶點1627個,與抗病毒藥物共同作用靶點36個,KEGG信號通路富集篩選共得到15條通路。該研究為清肺排毒湯與抗病毒藥物聯合治療新冠肺炎提供了支撐。

9 討論

新冠肺炎是近年出現的由新冠病毒引起的一種急性嚴重呼吸道傳染病,年高體弱者感染后容易發展為重癥甚至死亡,該病的傳播流行目前已成為世界性的重大的公共衛生事件。盡管接種疫苗進行一級預防防止新冠病毒傳播是比較理想的措施,但是目前有許多人還沒有接種疫苗,即使接種了疫苗也不能100%地保證不受感染,所以,用藥物對感染者進行干預很有必要。特別是,新型冠狀病毒本身引起的機體免疫力下降,感染過后或病后還可以重復感染,所以,有效的藥物治療措施顯得更加重要。本文所討論的五種中藥成方,已經在新冠肺炎的控制中顯示出了較好的效果。對這些藥方的活性成分和作用靶點進行深入的研究很有必要[38-40]。網絡藥理學和生物信息學研究已經顯示,這些中藥方劑/制劑對新冠肺炎的治療有其獨特的作用或優勢。中醫藥及其方劑在新冠病毒/新冠肺炎的防治上已經發揮了較好的作用,其有效作用成分、作用靶點和作用機制,其作用效果和優勢,其對新冠病毒變異株的作用,還需要廣大科研人員和醫務工作者進一步地挖掘、證實和展示[41-43]。