文章信息
- 陈广山, 李玲玲, 白春晓
- CHEN Guangshan, LI Lingling, BAI Chunxiao
- 基于网络药理学分析牡丹皮-赤芍治疗银屑病的作用机制
- Study on the mechanism of cortex moutan-radix paeoniae rubra in the treatment of psoriasis based on network pharmacology
- 天津中医药, 2021, 38(5): 659-665
- Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2021, 38(5): 659-665
- http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2021.05.24
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文章历史
- 收稿日期: 2020-12-26
银屑病是一种自身免疫相关的炎症性皮肤病,因其容易反复发作,迁延难愈,严重影响患者的生活质量。银屑病的发病机制尚不清楚,现代研究认为可能涉及遗传、感染、免疫、精神等多方面因素[1]。中医将银屑病称之为“白疕”,在《证治准绳》中曾记载: “遍身起如风疹、疥、丹之状,其色白不痛,但搔痒,抓之起白疕。”[2]在治疗上将银屑病分为血热证、血燥证、血瘀证3型,其中血热证最为常见,因此清热凉血是治疗银屑病的核心思路之一[3]。
牡丹皮-赤芍是临床上常用的药对。牡丹皮有清热凉血,活血化瘀的功效,《本草经疏》中记载: “牡丹皮,其味苦而微辛,其气寒而无毒,辛以散结聚,苦寒除血热,入血分,凉血热之要药也。”《药品化义》中曰: “赤芍,味苦能泻,带酸入肝,专泻肝火。盖肝藏血,用此清热凉血。”两者都是清热凉血的常用药物。有研究统计了327首治疗银屑病的方剂,牡丹皮、赤芍的用药频次均位于前列,是治疗银屑病的要药[4]。但其治疗银屑病的具体作用机制仍不清楚。
网络药理学是基于大数据技术的一门新兴学科,主要涉及系统生物学,生物信息学以及药理学。利用网络药理学大数据的特性,可以对中药复方的作用机制进行预测,为基础研究提供思路[5]。本研究通过网络药理学的方法筛选出牡丹皮、赤芍的成分群,通过中药系统药理数据库和分析平台(TCMSP)、The Human Gene Database(GeneCards)等数据库查找牡丹皮-赤芍治疗银屑病的相关靶标,构建“中药-靶点-疾病”的网络,最后筛选出药物治疗疾病的关键通路,为进一步研究牡丹皮-赤芍治疗银屑病的作用机制提供理论基础。
1 资料与方法 1.1 牡丹皮-赤芍有效成分及其作用靶点的筛选方法将牡丹皮、赤芍分别作为关键词,以口服生物利用度(OB)≥30%,类药性(DL)≥0.18作为筛选标准,在TCMSP(http://tcmspw.com/tcmsp.php)平台上搜索两种药物的有效活性成分,并进一步提取这些成分所对应的作用靶点。
1.2 银屑病的靶点检索与收集方法依托GeneCards(https://www.genecards.org)平台,以“Psoriasis”为关键词进行检索,筛选疾病的相关靶点。
1.3 明确牡丹皮-赤芍治疗银屑病的潜在作用靶点的方法为明确牡丹皮-赤芍作用靶点与银屑病的疾病靶点之间的关系,利用ClusterProfiler R软件绘制韦恩图,得到两者之间的交集,即牡丹皮-赤芍治疗银屑病的潜在作用靶点。
1.4 构建蛋白质相互作用(PPI)网络的方法依托STRING平台(https://string-db.org),将牡丹皮-赤芍及银屑病的共同靶点上传,构建靶蛋白相互作用网络。
1.5 构建药物-有效成分-靶点-疾病网络的方法利用Cytoscape3.7.2软件,上传药物、有效成分、药物与疾病共同作用靶点、疾病信息构建药物-有效成分-靶点-疾病网络。得到药物与疾病靶点相互作用关系。
1.6 GO功能富集分析和KEGG通路分析的方法为进一步研究牡丹皮-赤芍治疗银屑病的生物学过程,利用ClusterProfiler R软件平台对牡丹皮-赤芍及银屑病的共同作用靶点进gene ontology(GO)功能富集分析和Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)代谢通路富集分析,并进行可视化处理,以探讨牡丹皮-赤芍治疗银屑病的相关生物学过程。
2 结果 2.1 牡丹皮-赤芍有效成分及其作用靶点的筛选利用TCMSP平台,分别以牡丹皮、赤芍为关键词检索两种中药的有效成分,并以OB≥30%,DL≥0.18为标准进行筛选,共获得40个有效化合物,其中牡丹皮11个,赤芍29个,去除重复成分后共获得37个有效成分,以OB值大小进行排序,列出前20位有效成分,见表 1。继续利用TCMSP平台,检索出37个有效成分所对应的作用靶点,去除重复后共得到178个作用靶点。
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以“Psoriasis”为关键词在GeneCards进行检索,筛选出银屑病的相关靶点3 729个。
2.3 牡丹皮-赤芍治疗银屑病的潜在作用靶点使用ClusterProfiler R软件绘制韦恩图,得到牡丹皮-赤芍治疗银屑病的潜在作用靶点112个,见图 1。
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图 1 牡丹皮-赤芍治疗银屑病靶点的韦恩图 Fig. 1 Wayne diagram of therapeutic target of pcortex moutan-radix paeoniae rubra on psoriasis |
将牡丹皮-赤芍与银屑病的共同靶点上传至STRING平台,得到靶蛋白PPI网络,见图 2。图中各节点代表靶蛋白,连线代表相互之间的作用,连线越多的节点,越有可能是牡丹皮-赤芍治疗银屑病的关键靶点,经过统计得到各节点的连线数量,见图 3,排名前5位的分别是JUN、AKT1、RELA、丝裂原活化蛋白激酶1(MAPK1)、白介素(IL)-6。
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图 2 牡丹皮-赤芍与银屑病蛋白质相互作用网络图 Fig. 2 Network diagram of protein interaction between pcortex moutan-radix paeoniae rubra and psoriasis |
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图 3 PPI网络中各节点连线的数量 Fig. 3 Number of connections of each node in the PPI network |
将药物、有效成分、药物与疾病共同作用靶点、疾病信息上传至Cytoscape3.7.2软件,得到药物-有效成分-靶点-疾病相互作用网络,见图 4。
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图 4 药物-有效成分-靶点-疾病相互作用网络图 Fig. 4 Network diagram of drug-active ingredient-target-disease interaction |
使用ClusterProfiler R软件平台,将牡丹皮-赤芍治疗银屑病潜在的112个作用靶点进行GO功能富集分析和KEGG通路分析。GO功能富集分析显示牡丹皮-赤芍治疗银屑病涉及134个生物学过程(P<0.05),将排名前20的条目进行可视化处理,绘制柱状图,见图 5。其中富集较为集中的生物学过程有细胞因子受体结合、细胞因子活性、血红素结合、四吡咯结合、RNA聚合酶II转录因子结合、受体配体活性等。KEGG通路分析经筛选共得到155条通路(P<0.05),将排名前20的条目进行可视化处理,绘制柱状图,见图 6。其中富集较多的通路有糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、血流剪切应力和动脉粥样硬化通路、IL-17信号通路、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染通路、肿瘤坏死因子(TNF)信号通路、乙型肝炎通路、前列腺癌通路等。
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图 5 牡丹皮-赤芍作用靶点的GO功能富集分析 Fig. 5 GO function enrichment analysis of pcortex moutan-radix paeoniae rubra target |
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图 6 牡丹皮-赤芍作用靶点的KEGG富集分析通路图 Fig. 6 KEGG enrichment analysis pathway of pcortex moutan-radix paeoniae rubra target |
中国银屑病的发病呈快速增长趋势,因其治疗困难,给患者的生理和心理都造成了极大的困扰[6]。西医学认为银屑病是一种免疫相关的慢性炎症性疾病,与炎症细胞的活化,角质形成细胞的增殖及血管增生迁移有关[7-8]。中医在长期的实践当中,形成了“从血论治”治疗银屑病的思路[9]。牡丹皮-赤芍药对既能清热凉血,又可活血化瘀,是中医治疗银屑病的要药[10]。
研究通过网络药理学的方法,共获得牡丹皮-赤芍治疗银屑病的有效成分37个,作用靶点178个。经过进一步筛选,得到治疗银屑病可能相关的化合物有芍药苷、槲皮素、鞣花酸、黄芩素、山奈酚、儿茶素、β-谷甾醇、豆甾醇等。现代研究显示,芍药苷既有抗炎作用,又有免疫调节作用[11]。芍药苷还可通过p38/MAPK通路抑制IL-22的表达,从而对银屑病起到治疗作用[12]。槲皮素、β-谷甾醇既可以抑制IL-6、TNF-α等炎症因子的释放发挥抗炎作用,又可以抑制淋巴细胞活化和增殖起到免疫调节作用[13-14]。鞣花酸可以通过降低丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)磷酸化,抑制核因子κB(NF-κB)活化减轻炎症反应[15]。黄芩素可以通过抑制核因子的活性和细胞因子的分泌、释放发挥抗炎的作用[16]。山奈酚可以通过调节细胞周期,介导细胞的凋亡来实现免疫调节作用[17]。儿茶素在药理上有抗菌和抗病毒的功效[18]。豆甾醇亦有抗炎的作用,研究发现其可以减轻由免疫球蛋白E诱导的皮肤过敏反应,可以显著减少皮肤的增厚和炎性细胞浸润,在治疗皮肤疾病方面很有潜力[19]。
牡丹皮-赤芍与银屑病的共同作用靶点有112个。通过PPI网络分析,发现关键靶点为JUN、AKT1、RELA、MAPK1、IL6、FOS。JUN是1号染色体的基因,FOS基因的表达可以调节细胞增殖、分化,由JUN和FOS组成的激活蛋白1(AP-1)是人体内一类重要的核转录因子,在炎症反应和免疫系统方面有重要的调节作用。T淋巴细胞在银屑病的发病中起重要的作用[20]。AP-1蛋白可调节初始T细胞向效应T细胞的分化,从而影响免疫反应和炎症过程[21]。AKT1基因编码的是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,对细胞的增殖、分化有调节作用,同时参与炎症反应的调节,多种恶性肿瘤的发生与其异常活化有关[22]。RELA是NF-κB蛋白家族成员之一,NF-κB是一种重要的转录因子,主要参与炎症反应、免疫调节以及淋巴细胞的增殖、分化、凋亡等。NF-κB信号通路调控失衡可以诱发机体感染、自身免疫性疾病、自身炎症性疾病和肿瘤等[23]。MAPK1通路可以参与中性粒细胞的活化影响炎症反应的过程[24]。IL-6与银屑病关系密切,在银屑病皮损中,多种细胞可以高表达IL-6,比如树突状细胞、巨噬细胞、内皮细胞等,IL-6可通过导致调节性T细胞/辅助性T细胞17(Treg/Th17)细胞失衡,从而导致银屑病的发生发展。同时,银屑病患者血清中IL-6水平也会显著升高,在经过治疗后,患者血清中IL-6水平显著下降,这可以作为治疗银屑病有效性的指标之一[25]。
对牡丹皮-赤芍与银屑病的共同作用靶点进行GO功能富集,涉及的生物学过程有细胞因子受体结合、细胞因子活性、血红素结合、受体配体活性等,说明这些过程在牡丹皮-赤芍治疗银屑病中起到了关键作用。通过KEGG富集分析,涉及到的通路有糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、IL-17信号通路、TNF信号通路等。现代研究显示,AGE-RAGE信号通路可能是银屑病中发病的重要机制之一,通过抑制该通路,可以减轻炎症反应,进而起到治疗银屑病的作用[26]。银屑病的发生伴有多种炎性因子的升高,这些炎性因子通过促进胰岛素抵抗、代谢异常以及内皮功能紊乱等多种生物学进程,参与动脉粥样硬化的发生[27]。IL-17可以促进多种细胞释放炎性因子,从而使银屑病加重,并且血清中IL-17水平与银屑病严重程度呈正相关[28]。TNF-α炎症通路是银屑病发病的关键通路之一,而且抗TNF-α的生物制剂在临床上治疗银屑病已取得了良好的效果。
本研究通过网络药理学的方法,发现牡丹皮-赤芍治疗银屑病是通过多种有效成分作用在多种靶点、多种通路的生物学过程实现的,体现了中药之间的相互协同作用,也为进一步研究牡丹皮-赤芍治疗银屑病的作用机制提供了理论基础。鉴于网络药理学的局限性,还需要通过更多的实验和临床数据来进一步验证牡丹皮-赤芍治疗银屑病的关键靶点和通路。
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