基于網絡藥理學與動物實驗探究桂花醇提物對慢性腦缺血神經損傷的保護作用及機制

程 芳，張 杰，胡加成，徐 歡，先勁燃，謝興亮，盛艷梅

? 藥理與臨床 ?

基于網絡藥理學與動物實驗探究桂花醇提物對慢性腦缺血神經損傷的保護作用及機制

程 芳，張 杰，胡加成，徐 歡，先勁燃，謝興亮*，盛艷梅*

成都醫學院藥學院，四川 成都 610500

基于磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）通路探究桂花醇提物抗慢性腦缺血性神經損傷的保護作用與機制。借助文獻檢索、TCMSP、BATMAN數據庫篩選桂花活性成分及靶點；OMIM、GeneCards疾病數據庫檢索疾病靶點。取交集靶點構建蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction，PPI）網絡。借助DAVID數據庫進行基因本體（gene ontology，GO）功能和京都基因和基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析，并建立“成分-靶點-通路”網絡。采用右側頸總動脈結扎法建立慢性腦缺血小鼠模型，隨機分為假手術組、模型組、腦絡通（195 mg/kg）組和桂花醇提物低、高劑量（125、375 mg/kg）組。采用曠場實驗評價各組小鼠自發能力及探索行為；檢測各組小鼠海馬組織膽堿乙酰化酶（choline acetylase，ChAC）和膽堿酯酶（cholinesterase，ChE）水平；采用蘇木素-伊紅（HE）和TUNEL染色觀察腦組織病理結構變化及神經元凋亡情況；采用Western blotting檢測海馬組織PI3K/Akt信號通路及凋亡相關蛋白表達。網絡藥理學篩選得到12種桂花活性成分及潛在靶點289個，慢性腦缺血疾病靶點3014個，桂花與慢性腦缺血的交集靶點198個，其中AKT1、血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cystein-asparate protease-3，Caspase-3）等為核心靶點。通過KEGG和GO分析進一步發現，PI3K/Akt信號轉導通路可能是桂花發揮慢性腦缺血神經保護的重要途徑。采用右側頸總動脈結扎法復制慢性腦缺血小鼠模型，結果顯示，桂花醇提物可顯著升高腦組織ChAC水平（＜0.001），降低ChE水平（＜0.001），增強中樞膽堿系統功能；明顯提高腦缺血小鼠站立次數及中央區域運動距離（＜0.001），以改善認知等神經功能障礙，并抑制缺血區腦組織的神經元凋亡（＜0.001）。其作用機制與調控PI3K/Akt信號通路，上調p-PI3K、p-Akt、B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白表達（＜0.05、0.01），同時下調促凋亡細胞色素C（cytoehrome C，Cyt-C）、Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）、cleaved Caspase-3蛋白表達相關（＜0.01）。桂花醇提物可有效抑制腦缺血性神經細胞損傷，改善神經功能障礙，其腦神經保護作用與調控PI3K/Akt通路、抑制細胞凋亡有關。

桂花醇提物；慢性腦缺血；網絡藥理學；毛蕊花糖苷；紅景天苷；細胞凋亡；PI3K/Akt通路

慢性腦缺血是大腦灌注不足所引起的腦功能障礙疾病[1]。近年來，慢性腦缺血的患病率逐年攀升，其引發進展性的認知、學習、記憶能力下降使患者及家屬的生命質量都受到巨大沖擊[2]。然而，目前臨床治療慢性腦缺血尚缺乏理想藥物。慢性腦缺血起病慢、防治時間長，及早識別和干預可以有效地阻止疾病的發展，提高患者生活質量。研究表明，慢性腦缺血的病理機制十分復雜，包括神經細胞凋亡、氧化應激、炎性損傷等[3]。長期腦組織血流量低灌注引發神經元死亡，細胞凋亡便是其中主要的死亡形式，而腦白質和海馬CA1區的神經元凋亡又將引起認知、學習記憶功能障礙[4]。因此抑制或減少腦缺血后的神經元凋亡，對恢復缺血后神經功能至關重要。

桂花屬藥食同源類中藥[5]，目前對其資源開發主要集中在浸膏、精油和食材應用方面，而對于其藥用價值還缺乏深入探討[6]。傳統醫學研究發現，桂花性溫，味辛、無毒，富含多種芳香成分，具芳香開竅藥的特性[7]。芳香開竅藥易通過血腦屏障、改善腦微循環、減輕腦水腫等途徑抵抗腦缺血損傷，已成為治療中樞神經系統疾病的常用藥物[5,8]。已有研究報道桂花醇提物可有效改善半乳糖引起的小鼠記憶力減退現象，并抑制小鼠大腦中神經膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、神經營養因子-3（neurotrophin-3，NT-3）的產生，從而發揮神經損傷的保護作用[9]。Lee等[10]研究表明桂花醇提物可通過抗氧化作用保護大鼠皮層神經元免受6-羥多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）和谷氨酸誘導的神經元損傷。此外，桂花醇提物中的苯乙醇苷也能有效抵抗氯化鈷誘導的PC12神經細胞缺氧損傷[11]。目前關于桂花抗缺血損傷的機制尚未闡明，其藥用價值的開發與應用受限。基于以上研究推測桂花醇提物或能成為改善慢性腦缺血神經損傷的潛力藥物。網絡藥理學是一門從多層次、多角度分析藥物與疾病關系，預測活性藥物靶點、作用機制等問題的新興學科[12]。本研究擬借助網絡藥理學方法探究桂花治療慢性腦缺血的活性成分及作用靶點，并結合動物實驗評價桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠神經損傷的主要保護機制，為后期桂花相關產品的研發提供理論依據。

1 材料

1.1 數據庫

TCMSP2.3數據庫（http://tcmspw.com/tcmsp. php）、SwissTargetPrediction數據庫（http:// swisstargetprediction.ch/）、BATMAN數據庫（http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/index.php）、OMIM數據庫（https://www.omim.org）、GeneCards數據庫（https://www.genecards.org）、VENNY2.1數據庫（https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny）、STRING數據庫（https://string-db.org）、DAVID數據庫（https://david.ncifcrf.gov）。

1.2 動物

SPF級雄性KM小鼠60只，體質量18～25 g，購自成都達碩實驗動物有限公司，許可證號SCXK（川）2020-030，飼養于成都醫學院動物實驗中心，適應性飼養7 d后進行實驗。動物實驗遵守成都醫學院動物倫理委員會的倫理要求（批準號：成醫動倫[2022]第015號）。

1.3 藥品與試劑

桂花購自廣西桂林，經成都醫學院中藥學教研室游元元教授鑒定為木犀科木犀屬植物木犀(Thunb.) Lour.的花；腦絡通膠囊（批號20210601）購自廣東云方制藥有限公司；RIPA裂解液（批號P0013B）、PMSF（100 mmol/L，批號ST506）、磷酸酶抑制劑（批號P1082）、一抗稀釋液（批號P0023A）、二抗稀釋液（批號P0023D）、剪切型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cleaved cystein-asparate protease-3，cleaved Caspase-3）抗體（批號AF1150）購自上海碧云天生物科技有限公司；膽堿酯酶（cholinesterase，ChE）試劑盒（批號20211221）、膽堿乙酰化酶（choline acetylase，ChAC）試劑盒（批號2021220）購自上海酶聯生物科技有限公司；TUNEL細胞凋亡檢測試劑盒（批號C1088）購自上海碧云天生物科技有限公司；磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）抗體（批號20584-1-AP）、p-PI3K抗體（批號10176-2-AP）、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）抗體（批號60203-2-Ig）、p-Akt抗體（批號66444-1-lg）、細胞色素C（cytochrome-C，Cyt-C）抗體（批號10993-1-AP）、B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）抗體（批號26593-1-AP）、Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）抗體（批號60267-1-lg）、β-actin抗體（批號66009-1-Ig）購自武漢三鷹生物技術有限公司；HRP標記的山羊抗兔二抗（批號BA1054）、山羊抗鼠二抗（批號BA1050）購自武漢博士德生物工程有限公司；水合氯醛（批號190420）購自成都市科龍化工試劑廠；注射用青霉素鉀（批號20190102）購自江西省科達動物藥業有限公司。

1.4 儀器

OFT-100型大小鼠曠場活動實驗系統（成都泰盟軟件有限公司）；Varioskan Flash酶標儀（美國Thermo Fisher Scientific公司）；JW-2018H型離心機（安徽嘉文儀器裝備有限公司）；16030929型高通量快速勻漿器（美國MP Biomedicals公司）；電泳儀、成像系統儀（美國Bio-Rad公司）。

2 方法

2.1 網絡藥理學分析

2.1.1 獲取桂花活性成分及潛在靶點 通過TCMSP2.3數據庫，選擇以“Herb name”和“桂花”為檢索詞，將桂花活性成分篩選條件設為口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%、類藥性（drug-likeness，DL）≥0.18，并將候選生物活性化合物2D結構的SDF文檔導入SwissTargetPrediction數據庫，以確定桂花活性成分的靶點。再利用BATMAN數據庫，選擇“Herb or Herb list”以“GUI HUA”為關鍵詞，篩選條件設置為Score cutoff≥20、＜0.05，篩得桂花的活性成分及作用靶點。通過文獻檢索補充已報道且有藥理作用的桂花活性成分，進入化源網搜索得到其英文名，再進入PubChem輸入其英文名得到相關SMILES號。打開SwissTargetPrediction數據庫，將PubChem得到的SMILES號輸入，點擊預測即可得到化合物相關靶點。將上述數據庫結果匯總、去重，建立桂花活性成分-靶點數據集。

2.1.2 獲取慢性腦缺血疾病靶點 以“chronic cerebral ischemia”為關鍵詞，檢索疾病數據庫（OMIM、GeneCards）中的疾病靶點，將2個數據庫結果合并、去重，所得結果即為慢性腦缺血疾病靶點數據集。

2.1.3 獲取桂花與慢性腦缺血交集靶點并構建蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction，PPI）網絡 將桂花和慢性腦缺血的潛在靶點導入VENNY2.1以獲取交集靶點。將得到的交集靶點導入STRING數據庫，選擇交互作用閾值＞0.4，構建PPI網絡圖。獲得TSV格式文件，并將其導入Cytoscape軟件進行網絡拓樸分析。

2.1.4 桂花與慢性腦缺血交集靶點的基因本體（gene ontology，GO）功能及京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析 在線打開DAVID數據庫，將核心靶點導入到數據庫中，選擇官方基因名稱，物種限定為“Homo sapiens”，分析背景選擇為“Homo sapiens”，分別進行GO富集分析和KEGG通路分析并整理所得數據。獲得顯著富集且與慢性腦缺血相關的通路及生物學過程，＜0.05表示具有統計學意義，按基因數進行排序，篩選出具有顯著差異的生物過程和可靠的靶點通路，在線打開微生信繪圖網站繪制柱狀圖和氣泡圖，并將所得的通路構建“成分-靶點-通路”網絡。

2.2 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠的保護作用及機制研究

2.2.1 桂花醇提物的制備 桂花醇提物由成都醫學院國家中醫藥管理局中藥藥劑學二級實驗室制備提供。稱取200 g桂花，加入95%乙醇2400 mL，回流提取3 h，200目濾布濾過，提取液50 ℃減壓濃縮至相對密度為1.05（50 ℃）的清膏，冷凍干燥得桂花乙醇提取物64.1 g（即1 g提取物相當于3.12 g桂花生藥），采用高效液相色譜法測得其中毛蕊花糖苷、紅景天苷質量分數分別為30.03%、5.21%。

2.2.2 慢性腦缺血模型復制、分組及給藥 采用右側頸總動脈結扎法制作慢性腦缺血小鼠模型[13]，模型復制成功評判標準[14]：①結扎后小鼠右眼變為淺白色，自然蘇醒后，右眼半閉且顏色轉變成微紅；②激光散斑血流檢測小鼠右側腦血流較左側下降20%～30%，將造模符合標準的小鼠納入研究。小鼠隨機分為假手術組、模型組、腦絡通（195 mg/kg）組和桂花醇提物低、高劑量（125、375 mg/kg）組，每組10只。腦絡通膠囊成人給藥劑量為1.5～3 g/d，取1.5 g/d；桂花取人用生藥量3、9 g[15]，成人體質量以70 kg計，依據人與小鼠體表面積換算系數得到小鼠桂花低、高劑量組生藥量分別390、1170 mg/kg。并根據提取物得率（即1 g桂花相當于0.32 g提取物）換算得到小鼠的給藥劑量分別為125、375 mg/kg。各給藥組連續30 d ig相應藥物（10 mL/kg），假手術組和模型組ig等體積的生理鹽水。

2.2.3 神經行為評價 給藥結束后，采用大小鼠曠場活動實驗系統評估各組小鼠自發行為及探索行為。曠場箱底部由40 cm×40 cm的光滑黑板構成，側壁由高40 cm的光滑黑板構成，配有動物行為學數據自動采集和處理系統。數碼攝像頭置于曠場箱正上方1 m處，用于記錄小鼠整個曠場箱視野內的運動影像。曠場實驗參考文獻方法[16]，將底部20 cm×20 cm的正方形區域劃分為中央區，小鼠放入中央區的格子，打開攝像頭開始計時。每只小鼠實驗時間5 min，第1分鐘為適應時間，不進行計數，第2分鐘開始計錄小鼠在4 min內的站立次數及中央區域運動距離，連續測試3 d。

2.2.4 蘇木素-伊紅（HE）染色觀察腦組織病理變化 曠場實驗結束后，小鼠ip 10%水合氯醛麻醉后斷頭后取腦，置4%多聚甲醛浸泡1周固定，常規脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、HE染色，光學顯微鏡下觀察腦組織海馬區細胞結構變化并拍攝圖片。

2.2.5 TUNEL染色觀察腦組織神經細胞凋亡情況 腦組織經固定、包埋、切片后，按照TUNEL細胞凋亡檢測試劑盒說明書進行操作，在200倍光鏡下，觀察大腦皮層神經細胞凋亡情況，統計正常及凋亡神經細胞數量，計算細胞凋亡率。

細胞凋亡率＝細胞凋亡數/(細胞凋亡數＋正常細胞數)

2.2.6 小鼠海馬組織ChAC和ChE含量檢測 小鼠處死后，迅速取腦，冰上剝離海馬組織，加入預冷的生理鹽水，冰浴條件下勻漿處理，3000 r/min離心10 min，取上清按照試劑盒說明書進行檢測。

2.2.7 Western blotting檢測海馬組織PI3K/Akt信號通路及凋亡相關蛋白表達 取各組小鼠海馬組織，加入RIPA裂解液（RIPA∶PMSF∶磷酸酶抑制劑100∶1∶1），提取總蛋白，BCA法測定蛋白含量。蛋白樣品經12%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳，轉至PVDF膜，5%脫脂奶粉封閉1.5 h，加入一抗，4 ℃過夜孵育；TBST洗膜后，加入二抗（1∶5000），37 ℃孵育1.5 h；TBST洗膜后，結合ECL化學發光法顯影，凝膠成像系統采集圖像，Image J軟件進行分度值分析。

2.3 統計學分析

3 結果

3.1 網絡藥理學分析結果

3.1.1 桂花活性成分-慢性腦缺血潛在靶點及PPI網絡構建 通過TCMSP、BATMAN數據庫及文獻檢索共檢索到桂花活性成分12種（表1），可能作用于289個潛在靶點。從OMIM、GeneCards數據庫獲得的3014個慢性腦缺血相關靶點，通過Venn圖對桂花成分靶點與慢性腦缺血疾病靶點進行映射，得二者交集靶點198個（圖1-A）。將交集靶點導入STRING數據庫，選擇交互作用閾值＞0.4，去除游離節點，借助Cytoscape軟件得到包含198個節點、2207條邊的PPI網絡（圖1-B），再按度值大小篩選前20個靶點作為核心靶點，得到包含20個節點、323條邊的核心靶點PPI網絡圖，其中核心靶點分別為AKT1、血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、非受體酪氨酸激酶（sarcoma receptor coactivator，SRC）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cystein-asparate protease-1，CASP1）、CASP3等（圖1-C）。

表1 桂花活性成分

Table 1 Active ingredients of O. fragrans

編號成分OB/%DL GH1柚皮素42.360.21 GH21-羥基-2,3,5-三甲氧基呫噸酮101.060.30 GH36-羥基山柰酚62.130.27 GH4黃芩苷33.520.21 GH5芒柄花素69.670.21 GH6山柰酚41.880.24 GH7木犀草素36.160.25 GH8槲皮素46.430.28 GH9*毛蕊花糖苷2.940.62 GH10*紅景天苷7.010.20 GH11*異類葉升麻苷1.520.66 GH12*松果菊苷3.140.38

*基于文獻檢索補充已報道的桂花活性成分

*supplement the reported active ingredients ofbased on literature

3.1.2 桂花的GO功能與KEGG通路富集分析 在線打開DAVID數據庫，導入20個“桂花-慢性腦缺血”共同靶點，分別從生物過程（biological process，BP）、分子功能（molecular function，MF）、細胞組成（cellular component，CC）3個方面進行功能富集分析，根據基因數進行排序，對富集結果排名靠前且＜0.05的條目進行分析。結果顯示，桂花治療慢性腦缺血靶點的生物過程與細胞凋亡過程的負調節、RNA聚合酶II啟動子轉錄的正向調節、信號轉導、蛋白質磷酸化的正向調節等相關，細胞組分主要富集于細胞質、質膜、胞質、核、核質、膜筏等，分子功能則與蛋白質結合、酶結合、蛋白激酶活性等密切相關（圖2-A）。KEGG結果顯示共有131條信號通路被顯著富集，包括癌癥通路、PI3K/Akt信號通路、EGFR酪氨酸激酶抑制劑耐藥、VEGF信號通路、催乳素信號通路、Ras信號通路、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）信號通路等（圖2-B）。將結果可視化構建“成分-靶點-通路”網絡（圖2-C）。

圖1 桂花成分靶點與慢性腦缺血疾病靶點交集Venn圖 (A)、桂花與慢性腦缺血共同靶點PPI網絡及核心網絡(B)、度值排名前20位的核心靶點(C)

3.2 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠的神經保護作用

3.2.1 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠神經行為的影響 曠場實驗結果（表2）顯示，腦缺血模型小鼠出現抑郁情緒及探索能力減弱等認知功能障礙，表現為站立次數及中央區域運動距離顯著減少（＜0.001）；與模型組比較，桂花醇提物能明顯提高小鼠的站立次數與中央區域運動距離（＜0.01、0.001），提示其能有效改善小鼠的抑郁情緒。同時曠場運動軌跡結果（圖3）顯示，模型小鼠活動具邊緣周圍活動傾向，而桂花醇提物可提高小鼠向中央區域探索的能力，改善其認知功能。

圖2 桂花治療慢性腦缺血靶點的GO功能 (A)、KEGG通路富集分析(B) 和“成分-靶點-通路”網絡(C)

表2 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠神經行為的影響(, n = 10)

與假手術組比較：###＜0.001；與模型組比較：**＜0.01***＜0.001，下表同

###< 0.001sham group;**< 0.01***< 0.001model group, same as below tables

圖3 各組小鼠曠場實驗運動軌跡

3.2.2 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠海馬組織ChE和ChAC水平的影響 如表3所示，與假手術組比較，模型組小鼠海馬中ChE水平顯著升高（＜0.001），ChAC水平顯著降低（＜0.001）；與模型組比較，桂花醇提物高、低劑量組可通過升高ChAC水平（＜0.001），降低ChE水平（＜0.001），增強中樞膽堿系統功能，改善認知功能障礙。

3.2.3 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠海馬組織病理變化的影響 如圖4所示，假手術組海馬神經元結構完整、排列緊密且規則，染色均勻。模型組海馬神經細胞較多出現形態異常呈不規則梭形，細胞核固縮深染。桂花醇提物可不同程度地減少海馬神經細胞損傷，其中高劑量組藥效更明顯。

表3 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠海馬組織ChE和ChAC水平的影響(, n = 7)

紅色箭頭代表受損海馬神經細胞

3.2.4 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠大腦皮層神經元凋亡率的影響 如圖5和表4所示，與假手術組比較，模型組小鼠大腦皮層神經元TUNEL陽性細胞數量增多，凋亡率顯著升高（＜0.001）；與模型組比較，桂花醇提物可有效減少腦缺血小鼠腦皮層TUNEL陽性細胞數，抑制細胞凋亡（＜0.001）。

圖5 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠腦組織神經元凋亡的影響(×200)

表4 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠腦組織神經元凋亡率的影響(, n = 5)

3.2.5 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠海馬組織PI3K/Akt信號通路及凋亡相關蛋白表達的影響 如圖6所示，與假手術組比較，模型組小鼠海馬組織p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt值顯著降低（＜0.05），Cyt-C蛋白表達水平明顯升高（＜0.001）；與模型組比較，桂花醇提物高、低劑量組p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt值顯著升高（＜0.05、0.01），桂花醇提物高劑量組Cyt-C蛋白表達水平顯著降低（＜0.01）。

如圖7所示，與假手術組比較，模型組Bcl-2/Bax值及Bcl-2蛋白表達顯著降低（＜0.05、0.01），Bax和cleaved Caspase-3蛋白表達水平明顯升高（＜0.01、0.001）；與模型組比較，桂花醇提物高、低劑量組Bcl-2/Bax值和Bcl-2蛋白表達水平明顯升高（＜0.05、0.01），Bax和cleaved Caspase-3蛋白表達水平明顯降低（＜0.01）。

與假手術組比較：#P＜0.05 ##P＜0.01；與模型組比較：*P＜0.05 **P＜0.01，圖7同

圖7 桂花醇提物對慢性腦缺血小鼠海馬組織Bcl-2、Bax和cleaved Caspase-3蛋白表達的影響(, n = 3)

4 討論

近年來，慢性腦缺血患者的數量大量增加。不同年齡階段統計的慢性腦缺血發病率顯示，80歲及以上老人占80%，60歲及以上發病率為70%，45～50歲中也有1/4的人存在慢性腦缺血癥狀。由此可見，該病發生率趨向年輕化，重視和有效防治慢性腦缺血是當前亟待解決的問題[17]。目前，中藥通過多靶點、多途徑的整體調控治療腦缺血已凸顯出顯著優勢。桂花富含多種芳香成分[7]，味辛，具有發散、行氣、活血等作用特點，易通過血腦屏障、改善腦微循環等途徑抵抗腦缺血神經損傷，但其治療慢性腦缺血的具體分子機制尚不明確，因此本研究采用網絡藥理學探究桂花治療慢性腦缺血的潛在作用機制并結合動物實驗進行驗證，以為后期研究提供理論及實驗參考。

網絡藥理學篩選出桂花潛在作用靶點289個，并預測其可作用于198個慢性腦缺血疾病靶點。通過對這198個靶蛋白進行PPI網絡分析，篩得桂花治療慢性腦缺血的關鍵靶點為AKT1、VEGFA、CASP3等。AKT1作為一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，還有AKT2和AKT3 2種亞型，其中AKT1主要存在于腦、心臟和肺中[18]。研究發現，AKT1可通過抗凋亡機制促進急性腦缺血、阿爾茨海默病等神經系統性疾病的神經元存活，發揮神經元保護作用[19]。VEGFA是一種促血管內皮細胞生長因子。腦缺血發生后，VEGFA通過促進腦部神經血管形成及重構發揮神經保護作用[20-21]。CASP3作為介導細胞凋亡發生的啟動子，其活化將觸發腦缺血神經元凋亡及細胞焦亡的發生[22]。KEGG通路富集結果表明桂花治療慢性腦缺血可能與調控癌癥通路、PI3K/Akt信號通路、VEGF信號通路等相關，結合PI3K/Akt信號通路富集靶點基因數及核心靶點中AKT1的重要性，推測桂花可能主要通過調控PI3K/Akt信號通路發揮抗慢性腦缺血神經損傷作用。為進一步驗證網絡藥理學預測結果，本研究采用動物實驗探討桂花對慢性腦缺血的神經保護作用及其機制。

長期腦組織血流量低灌注引發認知功能障礙，且慢性腦缺血所致認知功能障礙的形態學基礎是膽堿能神經元功能障礙，主要表現為ChE活性升高、ChAC活性及乙酰膽堿水平降低等[23-24]。因此，借助相關檢測方法評價桂花醇提物改善慢性腦缺血致神經功能障礙等作用是一種重要措施。右側頸總動脈結扎法因其死亡率低，可保證腦血流量（cerebral blood flow，CBF）持續輕度降低，并出現符合人體疾病進程的腦缺血認知功能障礙，現已被廣泛應用于慢性腦缺血的實驗研究[25-26]。本研究采用右側頸總動脈結扎法復制慢性腦缺血模型，結合行為學評價方法曠場實驗發現，與模型組比較，桂花醇提物組小鼠的站立次數、中央區域運動距離均明顯增加。且運動軌跡圖也顯示，模型組小鼠探索行為減少，表現明顯的趨觸性：即沿著邊緣運動，空間中央探索運動減少；相較模型組，桂花醇提物可有效改善以上功能障礙。同時，模型組ChAC活性顯著降低，ChE活性升高，而桂花醇提物給藥后可以顯著逆轉。以上結果提示，桂花醇提物可有效增強中樞膽堿能系統功能，改善腦缺血小鼠的認知功能障礙。

長期的腦灌注不足極易對大腦皮層及海馬產生影響。研究發現，因慢性腦缺血誘發的認知功能障礙大鼠海馬與皮質區的神經元大量丟失、組織結構異常[27-28]。HE染色結果表明，模型小鼠海馬區神經細胞結構發生改變，有些甚至固縮為梭形和三角形，海馬中的神經細胞較假手術組排列稀疏、紊亂，而桂花醇提物可以修復海馬區神經細胞損傷。TUNEL染色結果也進一步提示，桂花醇提物可以顯著減少腦缺血小鼠皮層區神經細胞的凋亡，從而發揮神經保護作用。

網絡藥理學結果表明桂花可能通過調控PI3K/Akt信號途徑發揮慢性腦缺血損傷保護作用。PI3K/Akt信號通路作為經典的抗凋亡、促存活信號轉導途徑，在維持細胞生存以及抑制細胞凋亡中起著重要的作用[29]。激活PI3K/Akt通路，促進Akt磷酸化，降低凋亡蛋白Bax和cleaved Caspase-3等的表達，從而抑制細胞凋亡，是促進神經元存活的重要措施[30-32]。Western blotting檢測結果表明，與假手術組比較，模型小鼠p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt、Bcl-2/Bax值明顯降低，Cyt-C和cleaved Caspase-3表達明顯增加；與模型組比較，桂花醇提物可明顯提高p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt、Bcl-2/Bax值，下調促凋亡蛋白Cyt-C、cleaved Caspase-3、Bax等的表達。本研究結果驗證了網絡藥理學分析提示的桂花通過調節AKT1、CASP3等關鍵靶點發揮抗慢性腦缺血神經損傷作用。

綜上，本研究首次報道了桂花醇提物抗慢性腦缺血小鼠神經損傷的保護作用及可能機制，為桂花用于慢性腦缺血疾病的防治提供科學依據，也為相應腦缺血神經保護藥物的研發開辟新思路。然而其主要藥效物質基礎及其多途徑、多靶點抗腦缺血神經損傷的深入機制尚待進一步探究。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Protective mechanism ofethanol extract on chronic cerebral ischemia nerve injury based on network pharmacology and animal experiments

CHENG Fang, ZHANG Jie, HU Jia-cheng, XU Huan, XIAN Jin-ran, XIE Xing-liang, SHENG Yan-mei

School of pharmacy, Chengdu Medical College, Chengdu 610500, China

To explore the protective effect and mechanism ofethanol extract against chronic cerebral ischemic nerve injury based on phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/protein kinase B (Akt) pathway.The active components and targets ofwere screened by literature, TCMSP and BATMAN database; OMIM and GeneCards disease databases were used to search for disease targets. Protein-protein interaction (PPI) network was constructed by taking intersecting targets. With the help of DAVID database, gene ontology function and Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway enrichment analysis were carried out, and “component-target-pathway” network was established. The model of chronic cerebral ischemia in mice was established by ligating the right common carotid artery. The mice were randomly divided into sham group, model group, Naoluotong (腦絡通, 195 mg/kg) group andethanol extract low- and high-dose (125, 375 mg/kg) groups. Open field experiments was used to evaluate the spontaneous ability and exploratory behavior of mice in each group; Levels of choline acetylase (ChAC) and cholinesterase (ChE) in hippocampus of mice in each group were detected; HE and TUNEL staining were used to observe pathological changes in brain tissue and neuronal apoptosis; Western blotting was used to detect PI3K/Akt signaling pathway and apoptosis-related protein expressions in hippocampal tissue.A total of 12 active ingredients and 289 potential targets of, 3014 targets of chronic cerebral ischemia disease, and 198 intersection targets ofand chronic cerebral ischemia were screened by network pharmacology, among which AKT1, vascular endothelial growth factor A (VEGFA), and cysteine aspartic protease-3 (Caspase-3) were core targets. Further analysis using KEGG and GO revealed that PI3K/Akt signaling pathway may be an important pathway forto exert neuroprotective effects on chronic cerebral ischemia. The mouse model of chronic cerebral ischemia was replicated using the ligation of the right common carotid artery. The results showed thatethanol extract significantly increased ChAC level in brain tissue (< 0.001), decreased ChE level (< 0.001), and enhanced the function of the central cholinergic system; Significantly increased the number of standing times and central area movement distance in mice with cerebral ischemia (< 0.001), improved cognitive and other neurological dysfunction, and inhibited neuronal apoptosis in the ischemic brain tissue (< 0.001). Its mechanism was related to regulating PI3K/Akt signaling pathway, up-regulating the expressions of p-PI3K, p-Akt and B-cell lymphoma-2 (Bcl-2) proteins (< 0.05, 0.01), and down-regulating the expressions of cytochrome C (Cyt-C), Bcl-2 associated X protein (Bax) and cleaved Caspase-3 proteins (< 0.01).ethanol extract can effectively inhibit the damage of cerebral ischemic nerve cells and improve the neurological dysfunction. Its protective effect on cranial nerves is related to the regulation of PI3K/Akt pathway and inhibition of cell apoptosis.

ethanol extract; chronic cerebral ischemia; network pharmacology; verbascoside; salidroside; apoptosis; PI3K/Akt pathway

R285.5

A

0253 - 2670(2023)16 - 5233 - 11

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.16.012

2023-03-19

四川省科技廳重點研發項目（2020YFS0325）；成都醫學院研究生創新科研基金項目（YCX2022-01-30）

程 芳，碩士研究生，研究方向為中藥藥效與毒理。E-mail: 1439010973@qq.com

謝興亮，碩士生導師，教授，研究方向為中藥新制劑與新劑型。E-mail: 421733038@qq.com

盛艷梅，碩士生導師，教授，研究方向為中藥腦缺血神經保護機制。E-mail: 467131233@qq.com

[責任編輯 李亞楠]