葦莖湯治療支氣管擴張癥作用機制的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析及分子對接驗證

摘要：目的" 探究葦莖湯治療支氣管擴張癥的潛在作用機制。方法" 首先在TCMSP數(shù)據(jù)庫篩選葦莖湯組方藥物的活性成分及作用靶點，從GeneCards數(shù)據(jù)庫和DrugBank數(shù)據(jù)庫中獲取支氣管擴張癥的靶點；其次分別運用STRING數(shù)據(jù)庫和Cytoscape軟件構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)和“藥物-成分-靶點”網(wǎng)絡(luò)；然后采用R軟件進行GO功能及KEGG通路富集分析；最后通過Autodock軟件對關(guān)鍵活性成分及靶點進行分子對接。結(jié)果" 篩選出藥物活性成分31個，藥物靶點49個，疾病靶點1365個，“藥物-疾病”交集靶點9個，富集信號通路69條。結(jié)論" 葦莖湯中豆甾醇、谷甾醇、β-谷甾醇等活性成分可能作用于PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等關(guān)鍵靶點，通過調(diào)節(jié)IL-17信號通路、AGE-RAGE信號通路、TNF信號通路等治療支氣管擴張癥。

關(guān)鍵詞：葦莖湯；支氣管擴張癥；作用機制；網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

中圖分類號：R285" " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.14.002

文章編號：1006-1959（2024）14-0006-06

Network Pharmacological Analysis and Molecular Docking Verification of the Mechanism

of Weijing Decoction in the Treatment of Bronchiectasis

YANG Xiao-liang1，YUAN Yu-lai2，AO Su-hua2

（1.College of Integration of Traditional Chinese and Western Medicine，Southwest Medical University，Luzhou 646000，Sichuan，China;

2.Department of Respiratory Medicine，Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University，

Luzhou 646000，Sichuan，China）

Abstract：Objective" To explore the potential mechanism of Weijing decoction in the treatment of bronchiectasis.Methods" Firstly， the active ingredients and action targets of Weijing decoction were screened in TCMSP database， and the targets for bronchiectasis were obtained from GeneCards database and DrugBank database. Secondly， PPI network and “drug-component-target” network were constructed using STRING database and Cytoscape software. Then， the GO function and KEGG pathway enrichment analysis were performed using R software. Finally， molecular docking of key active ingredients and targets was performed through Autodock software.Results" A total of 31 active components， 49 drug targets， 1365 disease targets， 9 \"drug-disease\" intersection targets and 69 enriched signal pathways were screened out.Conclusion" The active ingredients such as stigmasterol， sitosterol and β-sitosterol in Weijing decoction may act on key targets such as PTGS2， HSP90AA1 and ADRB2， and treat bronchiectasis by regulating IL-17 signaling pathway， AGE-RAGE signaling pathway and TNF signaling pathway.

Key words：Weijing decoction;Bronchiectasis;Mechanism;Network pharmacology

支氣管擴張癥（bronchiectasis）簡稱支擴，是指由各種原因引起支氣管病理性、不可逆性的擴張，以反復(fù)咳嗽、咯膿痰和（或）咯血為主要臨床表現(xiàn)[1]。支擴是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)術(shù)語，根據(jù)其病因、病位、病性、癥狀等，可將其歸屬于中醫(yī)“肺癰”范疇。葦莖湯出自唐代醫(yī)家孫思邈的《千金要方》，全方共由葦莖（蘆根）、瓜瓣（冬瓜子）、薏苡仁、桃仁四味藥物組成，是治療肺癰的經(jīng)典名方，在臨床治療支擴中應(yīng)用廣泛[2，3]，但其相關(guān)作用機制尚未完全清楚。本研究擬采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法和分子對接技術(shù)探究葦莖湯治療支擴的作用機制，以期為臨床治療提供一定的參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1篩選葦莖湯的活性成分及作用靶點" 在TCMSP數(shù)據(jù)庫（https：//tcmspw.com/tcmsp.php）檢索蘆根、冬瓜子、薏苡仁、桃仁的化學(xué)成分，以O(shè)B≥30%和DL≥0.18為條件進行初步篩選，獲得其活性成分及作用靶點，然后在Uniprot蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（https：//www.uniprot.org）查詢與藥物活性成分相對應(yīng)的靶點基因名。

1.2獲取支氣管擴張癥的靶點" 以“Bronchiectasis”為關(guān)鍵詞，種屬限定為“Homo sapiens”，在GeneCards數(shù)據(jù)庫（http：//www.genecards.org/）和DrugBank數(shù)據(jù)庫（http：//www.drugbank.ca/）檢索，刪除重復(fù)靶點后，得到支擴的疾病靶點。

1.3制作韋恩圖及蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖" 將支擴和葦莖湯的靶點導(dǎo)入R軟件計算藥物-疾病共同靶點，并繪制韋恩圖。將共同靶點錄入STRING平臺（https：//cn.string-db.org/）構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，然后將得到的tsv文件導(dǎo)入Cytoscape軟件，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度值大小來確定葦莖湯治療支擴的關(guān)鍵靶點。

1.4構(gòu)建藥物-成分-靶點相互作用網(wǎng)絡(luò)" 將葦莖湯中藥物活性成分、藥物-疾病共同靶點的txt文件，導(dǎo)入Cytoscape中構(gòu)建藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)圖。

1.5 GO功能和KEGG通路富集分析" 將藥物-疾病共同靶點導(dǎo)入R軟件進行GO功能和KEGG通路富集分析，以P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)差異，并根據(jù)P值大小，用柱狀圖展示排名靠前的結(jié)果。

1.6分子對接" 從PDB數(shù)據(jù)庫（https：//www.rcsb.org/）下載靶點的蛋白結(jié)構(gòu)，從PubChem數(shù)據(jù)庫（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）獲取活性成分的3D結(jié)構(gòu)，然后利用Autodock軟件進行對接，最后再通過Pymol軟件將對接結(jié)果可視化。

2結(jié)果

2.1葦莖湯的主要活性成分篩" 選出藥物活性成分：蘆根1個，冬瓜子2個，薏苡仁9個，桃仁23個，刪除重復(fù)值后共獲得葦莖湯活性成分31個。主要活性成分信息見表1。

2.2藥物和疾病的靶點" 在Uniprot數(shù)據(jù)庫中校正藥物活性成分靶點名稱，刪除重復(fù)值后共獲得藥物靶點49個；在GeneCards和DrugBank數(shù)據(jù)庫共獲得疾病靶點1365個；運用R軟件取交集并制作韋恩圖，見圖1。

2.3藥物-成分-靶點網(wǎng)" 在藥物-成分-靶點網(wǎng)絡(luò)中可知，葦莖湯治療支擴的主要活性成分為β-谷甾醇（MOL000358，beta-sitosterol）、菜油甾醇（MOL000493，campesterol）、豆甾醇（MOL000449，stigmasterol）等，關(guān)鍵靶點有PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等，見圖2。

2.4蛋白互作網(wǎng)絡(luò)" 在圖3中，節(jié)點代表蛋白質(zhì)，連線表示蛋白質(zhì)之間的作用關(guān)系。其中，HSP90AA1（度值5）、CASP3（度值5）、PRKCA（度值4）、PTGS2（度值4）是度值較大的節(jié)點，可能在葦莖湯治療支擴的過程中發(fā)揮重要作用。

2.5 GO功能富集分析" 葦莖湯治療支擴的生物學(xué)過程（BP）主要涉及組織穩(wěn)態(tài)、發(fā)熱、對糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)等；細胞組成（CC）主要集中于髓鞘、細胞器外膜、核膜等；分子功能（MF）如要包括蛋白酶結(jié)合、通道調(diào)節(jié)活性、細胞周期蛋白依賴性蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制劑活性等，見圖4。

2.6 KEGG通路富集分析" 參與葦莖湯治療支擴的信號通路主要為：IL-17信號通路、AGE-RAGE信號通路、TNF信號通路、化學(xué)致癌-受體激活等，見圖5。

2.7分子對接" 將排名前3的藥物活性成分與疾病靶點進行分子對接。一般認為，配體與受體結(jié)合能力越好、產(chǎn)生的復(fù)合物結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，其對接時的結(jié)合能數(shù)值就越小[4]，見圖6。分子對接效果最佳的3種見圖7。

3討論

3.1藥物-疾病關(guān)系闡述" 支擴是由各種病因引起的反復(fù)發(fā)生的化膿性感染[5]，屬于難以根治的肺結(jié)構(gòu)性疾病。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)主要以抗感染、止咳祛痰、解痙平喘與氧療等聯(lián)合使用，能有效控制急性發(fā)作，但存在不良反應(yīng)較大及耐藥性等問題[6]。近年來有關(guān)中醫(yī)藥治療支擴的研究與日俱增，已證實其具有抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫功能、減少急性加重次數(shù)、改善癥狀并提高生活質(zhì)量等優(yōu)勢[7-9]，這表明中醫(yī)藥的應(yīng)用已成為臨床治療支擴的重要手段之一。

本研究發(fā)現(xiàn)葦莖湯治療支擴的主要活性成分有β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇等。其中，β-谷甾醇具有抗菌、抗炎、抗氧化等作用。研究表明[10，11]，β-谷甾醇可通過抑制蛋白激酶C的α亞型表達，使囊性纖維化支氣管上皮細胞中趨化因子IL-8、GRO-α、GRO-β表達顯著降低，從而改善炎癥和銅綠假單胞菌肺部感染。豆甾醇具有減輕氣道炎癥、抑制結(jié)構(gòu)重塑、控制氧化應(yīng)激和保持肺組織抗氧化的能力[12]。吳力超等[13]研究證明豆甾醇可能通過調(diào)節(jié)雌激素信號通路上MAPK3和PRKACA兩個核心靶點的表達，調(diào)控細胞因子水平，從而發(fā)揮抗炎作用。

3.2藥物-疾病共同靶點及潛在作用機制分析" 葦莖湯治療支擴的關(guān)鍵靶點有PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等。PTGS2是誘導(dǎo)型酶COX-2的編碼基因，促炎細胞因子、腫瘤促進劑、有絲分裂原和生長因子等可高度誘導(dǎo)COX-2，從而參與炎性反應(yīng)、細胞增殖、細胞凋亡等多種病理過程[14]。HSP90AA1作為應(yīng)激保護分子，具有細胞保護功能，當(dāng)機體受到炎癥因子、細胞缺氧、組織灌溉不足等刺激時，細胞會產(chǎn)生HSP發(fā)揮減輕炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的作用，同時可促進損傷組織修復(fù)[15，16]。PRKCA作為肺損傷的保護因子，可促進線粒體自噬，抑制細胞凋亡、炎癥反應(yīng)和ROS產(chǎn)生[17]。ADRB2對肺部疾病具有重要的遺傳影響，可刺激糾正IL-17/TNF-α的氣道表面高黏滯和黏膜纖毛轉(zhuǎn)運缺陷，使非囊性纖維化的氣道表面變?yōu)榈驼扯葼顟B(tài)，從而可能破壞感染、炎癥、黏液淤積和組織損傷的惡性循環(huán)[18]。

本研究篩選出的核心通路包括IL-17信號通路、AGE-RAGE信號通路、TNF信號通路，提示葦莖湯可能主要是通過調(diào)控炎癥反應(yīng)途徑發(fā)揮治療支擴的作用。IL-17是保護宿主免受感染的關(guān)鍵細胞因子，也是多種炎性和自身免疫性疾病的藥物靶點[19]，IL-17受體家族成員還可調(diào)節(jié)NF-κB、TNF-α活性，參與肺部炎癥反應(yīng)調(diào)控過程[20-22]；在真菌及細菌感染的動物模型中已證明IL-17能夠介導(dǎo)中性粒細胞募集、抑制微生物肽產(chǎn)生、增強粘膜屏障功能，發(fā)揮關(guān)鍵保護作用[19]。推測葦莖湯可能抑制IL-17通路的下游炎癥因子來減輕肺組織炎癥反應(yīng)。AGE-RAGE信號通路在促炎癥反應(yīng)中作用顯著，RAGE作為促炎配體的受體，在肺泡上皮細胞中高表達，可與肺組織中的AGE、HMGB1相互作用，介導(dǎo)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)[23，24]；楊麗莉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，參芪扶正注射液可改善支擴伴銅綠假單胞菌感染患者的炎癥狀況，可能與其影響HMGB1/RAGE通路表達有關(guān)；故推測葦莖湯可能抑制AGE-RAGE信號通路激活的炎癥通道，從而調(diào)控肺組織炎性反應(yīng)和抑制氧化應(yīng)激。TNF是一種促炎細胞因子，是細胞因子復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的核心角色，它參與調(diào)節(jié)促炎反應(yīng)、細胞通訊、細胞分化和細胞死亡等多種生理病理過程[26]。現(xiàn)有研究已證實[27]，葦莖湯可通過降低TNF-α含量、下調(diào)NF-κB蛋白表達，以減輕模型大鼠的肺組織損傷，對肺組織有保護作用。分子對接結(jié)果顯示，藥物活性成分與疾病靶點間的結(jié)合能均小于0 kJ/mol，提示其具有較好的親和力，發(fā)生相互作用的可能性大，所形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，進一步提高了本研究預(yù)測的準(zhǔn)確性。

綜上所述，葦莖湯治療支擴的主要活性成分豆甾醇、谷甾醇、β-谷甾醇等，可能作用于PTGS2、HSP90AA1、ADRB2等關(guān)鍵靶點，調(diào)節(jié)IL-17信號通路、AGE-RAGE信號通路、TNF信號通路干預(yù)支氣管擴張癥的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、氣道重塑等病理過程。

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收稿日期：2023-07-03；修回日期：2023-08-11

編輯/肖婷婷