基于網絡藥理學與分子對接探析肝升肺降散治療支氣管哮喘的作用機制

中圖分類號：R285 文獻標識碼：A文章編號：1006-1959（2025）15-0009-07

DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2025.15.002

Mechanism of Gansheng Feijiang Powder in the Treatment of Bronchial Asthma Based onNetworkPharmacologyandMolecularDocking

HETengfei1，SUNXue2，ZHANGChangxi2，WUTong1 （1.CollegeofTraditional ChineseMedicine，NingxiaMedicalUniversity，Yinchuan75oo4，Ningxia，China;2.DepartmentofPulmonaryDisease，NingxiaMedicalUniversityAfliatedAutonomousRegionTraditionalChineseMedicineHospital/NingxiaHuiAutonomousRegionHospitalofTraditionalChineseMedicine/NingxiaHuiAutonomousRegionAcademyofTraditional Chinese Medicine，Yinchuan ，Ningxia，China）

AbstractOjectieTexploeeetieompontsndpotetialtargetsofasngFejaoderintetreamentofroalst （BA）bynetwokpharmacologndmoleculardocking，sostoprovidetheoreticalbssforitsapplcationintraditioalCnesedicine. MethodsThefectivecomponentsndtargetsofGnshengFejiangPowderereobtaiedfroTMSPdatabaseandtransfoedintognas byUniProtTeeaediseasetesereetrieeddeVeagaateteentesetiogesApoeotn interaction（oscedifeoddd enrichentanalysisaspfoAutoocksoftareasedforeulardocingtvauatetdingfoebetwencmponsdaets ResultsGanshgFejingoweroaid3ctieompontsd3itesetioargetsoreargetsicudL6 IL1B，TP53，PG2PndSGOfuctioalichealysissowdthatitivoledolgicalproesesschse exogeousstiidal signalingataidbdaeds active ingredients such as quercetin，kaempferol， β -sitosterol，stigmasterol and isorhamnetin can regulate targets such as PTGS2，MMP9 and TP53， participate in multiple key pathways，and thus play a therapeutic role in BA.

KeyWords：Bronchial asthma;Molecular docking;Network pharmacology;Gansheng FeijiangPowder

支氣管哮喘（bronchialasthma，BA）是一種常見的慢性肺部疾病，與中醫的“哮喘\"概念相符合，其特征性癥狀包括間歇性呼吸困難、胸悶和咳嗽[1]。現代醫學認為，哮喘的病理生理涉及多種細胞成分的復雜相互作用，包括肥大細胞和不同類型的白細胞。臨床上通常分為慢性期、急性加重期和緩解期2。依據流行病學數據，全球哮喘患者人數估計達到3億，我國發病率約為 4.2% ，面臨診斷和治療哮喘的挑戰。治療哮喘面臨傳統藥物干預效果不佳或產生不良事件，以及精準的疾病評估和治療依從性問題5這兩大挑戰。傳統中醫療法憑借其溫和的副作用和長期治療效果，在支氣管哮喘的治療中越來越受到重視。肝升肺降散是導師張常喜主任醫師經過多年臨床實踐并結合臨床發病特點總結而成的經驗方，該方以宣肺降逆、祛風清熱止咳為主，主治BA熱哮證。然而，中藥復方的復雜性源于其包含的多樣藥材和每味藥材的多重藥理作用，目前對于其配伍原則、作用靶點和療效機制的認識還不夠深入。《黃帝內經》等古代醫學文獻指出，哮喘與肺臟的宣發肅降功能失調密切相關，治療應促進肺臟氣機升降，清除氣道痰液，并協調脾、肝、腎等臟器的氣機[7]。網絡藥理學強調藥物活性成分對多靶點和信號通路的影響，與中醫治療理念相輔相成。本研究采用網絡藥理學方法結合分子對接技術進行探索，旨在闡明肝升肺降散的治療機制，為臨床提供科學支持，助力新藥研發及用藥策略的精準制定提供參考。

1材料與方法

1.1材料本研究利用TCMSP篩選肝升肺降散的活性成分和靶點，并通過Uniprot數據庫將相應的靶基因名（人類）轉換。同時，采用GeneCards、OMIM和DisGeNET數據庫篩選與BA相關的疾病靶點，利用Venny2.1平臺分析中藥與疾病的交集靶點。使用STRING平臺、Cytoscape3.10.2軟件、AutoDockTools軟件、PubChem、PDB數據庫，通過AutoDock1.5.6軟件和PyMOL軟件進行蛋白質相互作用（PPI）網絡構建和分子對接驗證。最后，應用Metscape和DAVID數據庫對肝升肺降散與BA交集靶點進行GO和KEGG富集分析，并通過微生信平臺對富集結果進行可視化。

1.2肝升肺降散有效成分及靶點的篩選利用TCM-SP法提取了肝升肺降散中蟬蛻、柴胡、升麻、姜黃、枳殼和當歸的化學成分。以口服生物利用度 ?30% ，藥物相似性 ?0.18 作為篩選藥物有效活性成分及相應靶點的條件。相應的目標基因名稱通過Uniprot數據庫轉換[1]。

1.3疾病相關靶點的篩選及交集分析利用GeneCards、OMIM和DisGeNET數據庫，以“bronchialasthma”為關鍵詞搜索相關疾病靶點。隨后，通過Venny2.1平臺，將\"1.2\"中獲得的活性成分靶點與疾病靶點取交集，即為GSFJS治療BA的潛在靶點。

1.4PPI 分析和主要靶點篩選將1.3中篩選出的交集靶點上傳至STRING平臺，選擇\"Homo sapiens\"作為研究物種，并下載蛋白質相互作用關系的\"tsv\"格式文件。隨后，將結果導人Cytoscape3.10.2軟件進行可視化和分析，然后使用CytoNCA插件工具進行拓撲分析。根據軟件分析結果中的“Degree”\"Be-tweenness\"和\"Closeness\"值，逐一篩選出超過中位數的核心靶點，并構建PPI網絡圖。

1.5\"活性成分-靶點-信號通路”網絡分析將“1.2”節中篩選出的有效成分和靶點導人Cytoscape3.10.2軟件進行可視化分析。利用NetworkAnalyzer功能，基于大于中位數的度值（Degree），篩選出藥物的核心成分。構建“中藥-成分-靶點\"網絡圖，分析藥物成分與疾病靶點的關系。

1.6GO和KEGG通路富集分析將\"1.3\"節中獲得的藥物-疾病交集靶點上傳至DAVID和Metascape數據庫，物種選擇“Homosapiens\"進行GO富集分析，包括生物過程（BP）分子功能（MF）和細胞組成（CC）3個方面。利用生物信息學在線平臺（Bioinfor-matics），將GO富集結果繪制成“BP、CC、MF三合一\"柱狀圖進行可視化。隨后進行KEGG通路富集分析，同樣應用Bioinformatics平臺對分析結果進行可視化。

1.7化合物與關鍵靶點的分子對接采用分子對接方法確定肝升肺降散治療BA的有效成分與關鍵靶點之間的分子間相互作用。利用PubChem、PDB蛋白質數據庫和AutoDockTools，對蛋白質部分進行了順序脫水、氫化和電荷定量。根據蛋白質原配體的位點確定分子對接活性口袋，利用遺傳算法（4.2）進行了分子對接。最后，采用AutoDock1.5.6軟件將目標格式pdb轉換為復合格式pdbqt。對接可視化是通過PyMOL軟件完成的。

2結果

2.1肝升肺降散活性成分及靶點的檢測獲得肝升肺降散主要活性成分共30種，其中柴胡13種，蟬蛻1種，升麻6種，姜黃3種，枳殼5種，當歸2種。通過檢索30種活性成分對應的靶點，將靶點名稱轉化為對應的GeneName，并排除了重復條目，最終獲取213個靶基因。

圖1肝升肺降散與哮喘共同靶點的維恩圖

2.3PPI 網絡構建及核心靶點篩選將篩選得到的133個交集靶點導入軟件進行網絡拓撲分析，結果顯示網絡圖包含33個節點（node）、524條邊（edge），根據Degree值篩選出排名前8位的靶點：IL6、TNF、AKT1、IL1B、TP53、PTGS2、其質金屬蛋白酶9（MMP9）和CASP3，并繪制PPI網絡圖見圖2。

2.4\"活性成分-靶點-信號通路\"網絡分析將篩選得到的有效成分和靶點導入軟件，構建肝升肺降散和BA的網絡圖（圖3），每個節點的度值表示網絡中連接到該節點的總線數，度值越大表明活性成分發揮作用的可能性越大。篩選得到7個核心成分，中位數度值 gt;2 次（表1）。

圖2PPI網絡圖及關鍵靶點的篩選

圖3肝升肺降散治療BA“活性成分-靶點-信號通路”網絡

注：六邊形代表靶點，圓形代表藥物活性成分，四邊形代表信號通路，CT、DG、JH、ZQ、SM、CH分別代表蟬蛻、當歸、姜黃、積殼、升麻、柴胡。

表1肝升肺降散的主要活性成分

2.5GO和KEGG通路富集分析對肝升肺降散治療BA的133個預測靶點進行富集分析，結果顯示，在GO功能富集分析中（ Plt;0.05 ，得到了68個CC項、691個BP項和149個MF項。根據Count值篩選出三類G0功能富集分析結果的前10項（圖4），揭示了一系列關鍵的生物過程，包括對外界刺激的反應、氧化應激、細菌感染以及化學應激等機制。此外，KEGG富集分析發現了173條不同的通路。根據Count值篩選出前10條通路（圖5）。分析表明，肝升肺降散可能通過影響包括IL-17信號通路、TNF信號通路、脂質代謝和動脈粥樣硬化及癌癥相關途徑在內的多個通路來發揮其治療效果

圖4GO通路富集分析BP、MF、CC前10項（ Plt;0.05）

圖5KEGG環形圖（ Plt;0.05）

2.6主要化合物與關鍵靶點的分子對接為評估核心靶點與活性成分之間的結合親和力，選取度值最高的7種主要活性成分：槲皮素、山奈酚（kaempferol，KAE）β-谷甾醇、川陳皮素、豆甾醇、柚皮素、異鼠李素（isorhamnetin，ISO）作為配體。同時，將8個核心靶點：IL6、TNF、AKT1、IL1B、TP53、PTGS2、MMP9和CASP3作為受體。利用AutoDockVina進行分子對接，并得到了結合能譜（圖6A）。圖中顏色越深表示結合能值越低，構象越穩定。從結果中可以看出，所有GSFJS的活性成分與核心靶點的結合能均 ?- 4.6kcal/mol 。其中，大部分結合能甚至低于 mol ，表明這些活性成分與BA病理過程的核心靶點之間具有緊密的結合關系。分子對接結果的可視化分析顯示，槲皮素、山奈酚和異鼠李素與PTGS2和MMP9等關鍵蛋白的結合效果較好（圖6B）。

圖6主要化合物與關鍵靶點的分子對接圖

3討論

在中醫學中，哮喘被歸類為“哮病\"或“喘證”，通常由宿痰伏肺、遇感引觸，痰阻氣道，肺失肅降，痰氣搏結，氣道攣急而導致的發作性痰鳴氣喘疾患。2023年的《支氣管哮喘中西醫結合診療中國專家共識》指出支氣管哮喘急性發作期可分為風哮、痰哮、冷哮及熱哮等證型。研究表明，哮病的實證多以熱哮、痰濁阻肺及痰熱郁肺證候來分布，虛證多以肺脾兩虛、氣陰兩虛，以及肺脾腎虛證候分布。肝升肺降散是總結運用升降散的經驗，在臨床實踐中已被證實對支氣管哮喘患者具有顯著的治療效果，主要用于治療BA急性發作期之熱哮證。其中，蟬蛻味咸辛平，祛風止痙；枳殼以其苦味降逆，能導氣下行，緩解胸悶；當歸以其甘辛之性，能平喘止咳，同時滋養肝血；姜黃歸入肝脾兩經，能活血行氣，通經活絡；柴胡與升麻相配，能疏肝解郁，調和氣機。肝臟在五行中屬木，象征著生長與升發之力，姜黃與蟬蛻的結合，能強化陽氣的上升之勢，而柴胡與升麻則進一步促進肝氣的順暢，積殼與當歸則能調和肺氣的下降，使得整個方劑在升降之間取得平衡。這樣的配伍，旨在調和人體的氣機，以達到舒緩痙攣、止咳化痰的治療效果。

本研究采用網絡藥理學方法揭示了肝升肺降散治療哮喘的潛在機制，強調了中草藥配方在多成分、多靶點和多途徑調節模式中的獨特性。關鍵基因如IL6、TNF、AKT1、IL1B、TP53、PTGS2、MMP9和CASP3在該中藥配方中具有顯著特征。這些靶點在治療支氣管哮喘中發揮著重要作用，參與炎癥調控及氣道重塑等作用機制。

前列腺素內過氧化物合酶2（PTGS2）是病理情況下合成前列腺素的關鍵基因，被認為是鐵死亡的標志物之一，并參與炎癥級聯反應，增加TNF- σ?α?α?α?α IL-1β、IL-6等炎癥因子的釋放[。分子對接顯示，PTGS2與槲皮素之間的結合能為 -9.6kcal/mol ，表明PTGS2與槲皮素之間的親和力較強。近期的實驗研究揭示了槲皮素在抗擊氣道炎癥中的潛力，其對哮喘癥狀的緩解作用可能與其對IL-5和 miR-155 的調控有關]。此外，它還顯示出通過抑制如IL- ?1β 和IL-6等促炎細胞因子的釋放，并激發如IL-4和IL-10等抗炎細胞因子的生成，進而對MAPK和NF- ??κB 等關鍵炎癥信號通路的調節作用[13，14]。此外，槲皮素還具有抑制鐵死亡路徑，促進細胞凋亡的能力[5]。

本研究結果顯示，PTGS2與山奈酚和異鼠李素的結合能分別為-9.3和 -9.2kcal/mol ，提示這些化合物可能調節PTGS2蛋白活性，進而影響炎癥過程。山奈酚是天然類黃酮化合物，是黃酮類化合物的一種，研究表明山奈酚通過抑制Toll樣受體4（TLR4）/核轉錄因子 -κB （ NF-κB ）信號通路改善PM2.5誘導的老齡大鼠肺損傷。進一步的研究還表明[，該成分具備緩解由過敏原引發的氣道炎癥的能力，能夠減輕哮喘動物模型中的氣道壁厚度增加。異鼠李素這種源自沙棘與銀杏葉的天然黃酮類化合物，已被證實具備顯著的抗氧化與抗炎特性。研究發現，異鼠李素能夠在體內外減輕煙草煙霧引起的氣道上皮鐵死亡，進而緩解COPD氣道炎癥；進一步發現，NRF2/SLC7A11/GPX4通路在異鼠李素減輕COPD氣道炎癥中起著關鍵作用[18]。現代藥理研究揭示[19]，異鼠李素通過干預TLR4/NF- ??κB 信號通路，有助于緩解由高氧條件誘發的急性肺損傷（AL-I）大鼠模型中的炎癥過程，展現出其對肺臟的保護作用。

PPI分析顯示，MMP9在其中扮演關鍵角色。分子對接結果顯示，MMP9與槲皮素、異鼠李素和山奈酚的結合能力分別為-9.7、-9.4和 -9.1kcal/mol ，表明它們與MMP9具有較高的結合穩定性。MMP9是一種在細胞外基質（ECM）的特異降解中發揮關鍵作用的酶，已被發現在氣道結構的重塑過程中發揮重要作用20]。研究表明，MMP9不僅能夠重構ECM結構，還能促使嗜氧化物粒細胞的運動和增殖，并調節其他細胞因子和蛋白酶活性，從而調控炎性因子及其相關蛋白酶的水平，進而引發哮喘氣道的重構。抑制MMP9活性是減輕哮喘氣道重塑的重要機制之二[21]。此外，支氣管哮喘急性發作時，FeNO、血清 IgE和MMP9水平均會顯著升高，其中MMP9的高水平可能有助于預測和監測支氣管哮喘的急性發作，從而實現早期干預和預防，降低其發生率和嚴重性[22]。

綜上所述，肝升肺降散通過多成分、多靶點、多途徑發揮治療BA作用，有助于控制慢性炎癥和減緩氣道重塑。本研究探究了肝升肺降散治療BA的作用機制，為臨床應用及進一步研究提供了思路。然而，本研究存在一些需要改進的關鍵點。首先，藥物劑量和復方方法對靶標預測的準確性至關重要。肝升肺降散的網絡藥理分析顯示，其靶點主要是基于單一中藥成分的預測靶點進行疊加。但實際應用中，藥物療效受劑量、煎劑和時間等因素的影響，使得中藥復方的組成更為復雜。未來研究應深人探討肝升肺降散中的單一成分，以豐富藥效學研究，為臨床應用提供更準確的藥理學依據。其次，需要實驗驗證目標預測結果。網絡藥理學和分子對接技術雖然能預測BA的活性組分和靶點，但這些預測結果需要通過細胞和動物實驗來驗證。這將有助于深入了解肝升肺降散治療BA的藥理機制，為其臨床應用提供更有力的科學支持。

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收稿日期：2024-07-19;修回日期：2024-11-21

編輯/肖婷婷