基于网络药理学的冠心舒通胶囊药效物质与作用机制研究*

时畅，孙冠男，王丹，王晗，颜久兴

(1.天津医科大学药学院，天津 300070；2.天津生物工程职业技术学院，天津 300462；3.天津医科大学总医院，天津 300070；4.天津中医药大学第一附属医院药学部，天津 300193)

冠心病是一种常见心血管疾病，已成为许多国家的主要致死原因之一，其危险因素包括高血压、糖尿病、高胆固醇、吸烟、酗酒和抑郁等[1]。目前治疗冠心病的药物包括硝酸盐、他汀类药物、钙通道阻滞剂和醛固酮受体拮抗剂，而这些药物会引起严重的不良反应，如头晕头痛、肾衰竭和心动过缓等[2]。传统中药具有对机体进行整体调节且不良反应少的特点，对于需要进行长期药物治疗的冠心病具有独特的优势[3]。冠心舒痛胶囊(GXSTC)作为传统中药方剂，由五味中药材组成：广枣，丹参，丁香，冰片和天竺黄，其中，广枣为君药，丹参为臣药，丁香与冰片为佐药，天竺黄为使药，多年来一直用于治疗冠心病[4]。然而，其具体作用机制尚不明确。冠心舒通胶囊中包含多种成分，并在体内靶向多重靶点产生治疗作用，这使得仅通过常规实验手段来探索其作用机制过于复杂，并且效率低下。Hopkins最早提出将网络药理学作为一种强大的药物作用机制分析工具，它将药物作用网络与生物网络相结合，并系统地分析网络中各节点间的相互作用，这与传统中药通过多重靶点对病患机体进行整体调节的观点相一致[5-6]。网络药理学为探究抗心血管疾病传统中药在分子水平上的多重药理机制提供新的可能性。

1 材料与方法

1.1冠心舒通胶囊的化合物数据集建立与成分比较 依托中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP，http：//lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php)；中药综合数据库(TCMID，http：//www.megabionet.org/tcmid/)；中医药资料库(http：//tcm.cmu.edu.tw/)和相关文献，检索收集冠心舒通胶囊五味药材中所含的化合物成分，同时获取每个成分的药理学性质参数，包括相对分子质量(MW)、氢键供体数目(nHDon)、氢键受体数目(nHAcc)、脂水分配系数(ALogP)、口服生物利用度(OB)、Caco-2细胞渗透性(Caco-2)和类药性(DL)，并对各参数进行类比分析。

1.2冠心舒通胶囊的候选化合物筛选 化合物的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)性质对于其在体内发挥治疗作用至关重要。此部分使用3个与ADME相关的指标，分别为OB、Caco-2和DL，阈值分别设置为：OB≥30%，Caco-2≥-0.4和DL≥0.18[7]。满足以上3个条件的化合物被筛选为候选化合物，然后将其输入到化合物数据库(PubChem Compound，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pccompound)中进行标准化处理并获取每个化合物的PubChem CID。

1.3冠心舒通胶囊的体内靶点预测与筛选 通过中药分子机制生物信息学分析工具(BATMAN-TCM，http：//bionet.ncpsb.org/batman-tcm/)获取上述候选化合物的体内靶点。BATMAN-TCM是第一个专门用于中药分子机制研究的在线生物信息学分析平台[8]。将由PubChem CID代表的候选化合物列表输入BATMAN-TCM中，参数设置如下：Score cutoff≥20且P<0.05。符合参数要求的靶点被视为候选化合物的候选靶点。随后将候选靶点输入到治疗靶标数据库(TTD，http：//bidd.nus.edu.sg/group/cjttd)，PharmGKB数据库(http：//www.pharmgkb.org)，Uniprot数据库(https：/ /www.uniprot.org)和Drugbank数据库(http：//www.drugbank.ca/)中，筛选与冠心病的发生发展有关的靶点为潜在靶点，与之存在相互作用的化合物为潜在活性化合物。

1.4冠心舒通胶囊的网络建立与分析 为了进一步确定活性成分，体内靶点与作用机制，利用Cytoscape 3.6.1构建冠心舒通胶囊网络[9]。具体如下：通过连接候选化合物与其对应的候选靶点，建立候选化合物-候选靶点(candidate compound-candidate carget)网络；将潜在活性化合物与其潜在靶点连接起来，构建与冠心病治疗相关的潜在活性化合物-潜在靶点(potential compound-potential target)网络；连接潜在靶点与从TTD，PharmGKB和Drugbank数据库获取的潜在靶点相关疾病，建立潜在靶点-疾病(potential target-disease)网络。随后利用网络分析工具Network Analyzer对网络中的两个关键拓扑参数“度(degree)”和“介度中心性(betweenness centrality)”进行计算与分析。“度”表示在网络中与某节点相连接的节点数目，“介度中心性”表示通过某节点的最短路径的数量，这两个参数的值越大，则该节点在网络中越重要[10]。有研究表明，与“介度中心性”比较，使用“度”这一参数更优，并且在网络药理学研究中，对“度”的应用也更为广泛[11-12]。

2 结果

2.1冠心舒通胶囊的化合物数据集建立与成分比较 通过上述数据库与文献挖掘，共获得384种化合物成分及其药理学性质参数，其中，广枣包含43种化合物，丹参170种，丁香109种，冰片30种，天竺黄32种。对上述5味药材所含化合物的药理学参数进行比较分析，见表1。结果显示广枣与丹参这组成分在类药性等多项药理学参数接近度较高。见图1。药物分子的药理活性与其化学结构特征密不可分，而类药性和ADME参数是药物分子所具有的结构特征和理化性质的综合体现[13-15]。同时有研究表明广枣和丹参可通过相似的作用机制产生明确的心血管保护作用，并且常被联合应用于心血管疾病的治疗，这与冠心舒通胶囊中广枣为君丹参为臣的配伍规则一致[16-20]。因此，笔者判断广枣和丹参具有相似的药理学性质。

表1 冠心舒通胶囊中五味药材的药理学性质参数

2.2冠心舒通胶囊的候选化合物筛选 上述384个化合物中，有36个化合物符合设定的参数阈值。有6个化合物虽未达到设定阈值，但已有文献证明他们具有冠心病治疗作用，所以也被归为候选化合物。这6个化合物分别为鞣花酸(M1)、没食子酸(M43)、丹参素(M183)、原儿茶酸(M3)、冰片(M333)和异冰片(M325)。综上所述，共计从冠心舒通胶囊中筛选出42个候选化合物进行下一步研究，相关信息见表2。

表2 冠心舒通胶囊中的42个候选化合物与其药理学性质参数

2.3冠心舒通胶囊的体内靶点信息 将用PubChem CID表示的42种候选化合物列表输入到BATMAN-TCM数据库中，成功获取到282个不重复候选靶点。利用TTD、 PharmGKB、Uniprot和Drugbank数据库筛选出了32个与冠心病发生发展相关的潜在靶点，见表3。与这32个潜在靶点存在相互作用的化合物有30个，即为冠心舒通胶囊中的潜在活性化合物。

表3 32个潜在靶点信息

2.4冠心舒通胶囊的候选化合物-候选靶点网络建立与分析 候选化合物-候选靶点网络(图1)中包含324个节点，其中包括42个候选化合物和282个候选靶点。网络分析表明，>64%候选靶点与≥2种候选化合物存在相互作用。如肿瘤坏死因子-α(TNF-α，T207)可以被脱氧新隐丹参酮(M148)，铁氨酚(M157)，miltiononeI(M168)和1-hydroxy-2，8，8-trimethyl-6，7-二氢-5H-菲-3，4-二酮(M173)四个候选化合物调节。前列腺素合酶1(PTGS1，T17)，微粒体甘油三酸酯转移蛋白亚基(MTTP，T3)和维生素K环氧还原酶复合物亚基1(VKORC1，T83)也分别与冠心舒通胶囊中多种成分存在相互作用。这说明冠心舒通胶囊具有多成分、多靶点、协同调节的作用特点。

2.5冠心舒通胶囊的潜在活性化合物-潜在靶点网络建立与分析 为进一步研究冠心舒通胶囊对冠心病的治疗作用机制，构建潜在活性化合物-潜在靶点网络(图2)，其包含62个节点(30个潜在活性化合物和32个潜在靶点)。网络分析结果显示，超过73.3%潜在活性化合物作用于两个以上潜在靶点，有16种化合物节点 “度”数值高于均值2.9，这16种化合物可能为冠心舒通胶囊治疗冠心病的有效成分，见表4。除此之外，其中12种已被有关文献报道具有抗炎、抗氧化和抗细胞凋亡等生物活性。这表明冠心舒通胶囊可能通过发挥抗炎、抗氧化以及抗细胞凋亡作用对冠心病产生治疗效果。

表4 16种“度”值高于2.9的潜在活性化合物信息

2.6冠心舒通胶囊的潜在靶点-疾病网络建立与分析 在潜在靶点-疾病网络中(图3)，与32个潜在靶点相关的疾病有21种。其中大多数为心血管系统疾病，例如冠心病、高血压、血栓形成、动脉粥样硬化和高脂血病等。除此之外，阿尔茨海默症作为一种神经退行性疾病，也在网络中处于关键地位。这表明除冠心病外，冠心舒通胶囊还可用于治疗阿尔茨海默病等多种疾病，为冠心舒通胶囊的其他可能临床用途提供了新的方向。

3 讨论

本研究采用网络药理学方法，筛选出冠心舒通胶囊中的有效成分与作用靶点，并构建化合物-靶点、靶点-疾病网络。通过进行网络拓扑参数分析，发现16种化合物的“度”数值高于平均水平，其中12种已被证实具有抗炎、抗氧化和抗细胞凋亡活性。例如，槲皮素(M42)具有很强的抗脂质过氧化活性，同时可以通过减少一氧化氮、诱导型一氧化氮合酶和白细胞介素(IL)-6的产生而发挥抗炎作用[21-22]。豆甾醇(M292)可以阻断NF-κB通路以抑制基质金属蛋白酶(MMP)的表达以及促炎递质前列腺素E2(PGE2)的释放，发挥抗炎作用[23]。积雪草酸(M342)通过抑制线粒体依赖性细胞凋亡和阻断TNF-α介导的凋亡来减轻心肌细胞的损伤，同时还可减少IL-1B，IL-6，IL-18和阻断TNF-α等促炎细胞因子的产生[24]。这表明冠心舒通胶囊对冠心病的治疗作用机制可能为抗炎、抗氧化与抗细胞凋亡。网络分析结果同时表明，拓扑参数值最高的7个靶点为ESR1(T72)，PTGS2(T18)，PTGS1(T17)，VKORC1(T83)，MTTP(T3)，ESR2(T236)，TNF-α(T207)。这7个靶点可能为冠心舒通胶囊治疗在体内产生治疗作用的关键靶点。其中，PTGS2与类花生酸的合成有关，有助于产生促进冠心病发生发展的炎症环境[25]。TNF-α可以通过增加损伤组织中的炎性细胞，加剧心肌血管平滑肌重塑，同时对心肌产生负性变力作用，从而导致心肌纤维坏死和冠状动脉缺血[26]。这进一步说明了冠心舒通胶囊是通过多种成分作用于多重靶点，发挥抗炎、抗氧化、抗细胞凋亡作用对冠心病进行治疗的。

传统中医理论注重调节患者机体的整体功能与状态，并且不同的疾病可能具有共同的发病根源与症状，因此往往可以用同一中药方剂进行治疗。通过分析冠心舒通胶囊的潜在靶点-疾病网络，发现阿尔茨海默病等除冠心病外的其他疾病也在网络中占据重要位置。阿尔茨海默病是老年人痴呆的最常见原因，其病理特征是患者大脑中的淀粉样蛋白-β斑块沉积与细胞内神经原纤维发生缠结，同时淀粉样蛋白-β本身为一种较强的促炎因子，会促进脑内慢性炎症的产生，进而导致神经元凋亡与神经变性[27]。除此之外，有研究表明氧化应激反应也与阿尔茨海默病的进展有关，脑内活性氧含量增加会直接影响神经元突触的活性和神经递质的传递，从而导致认知功能障碍[28]。冠心舒通胶囊中的广枣、丹参等成分可通过抑制NF-κB等与炎症相关的信号通路，改善机体微循环状态，保护血管内皮发挥其抗炎效应。除此之外，广枣中酚酸类成分，丹参中的丹参素、丹参酮等成分均具有良好的抗氧化活性[16-18]。并且已有报道证明丹参可通过抑制淀粉样蛋白-β聚集并减少淀粉样蛋白-β诱导产生的细胞毒素对阿尔茨海默病发挥治疗作用[29]。冠心舒通胶囊对阿尔茨海默病的治疗效用再一次印证传统中药具有“异病同治”的优势，并且为挖掘经典方剂的其他临床治疗作用提供了新的思路。

红色菱形代表候选化合物节点，其大小与节点在网络中的“度”数值有关。黄色三角形的“度”值为1，蓝色圆形为2，绿色V形≥3。

红色菱形代表潜在活性化合物，绿色圆形代表潜在靶点。其大小分别与它们在网络中的“度”数值有关。

绿色圆形代表潜在靶点，紫色方形代表与之相关的疾病。其大小分别与它们在网络中的“度”数值有关。

传统中药具有多成分多靶点的特点，能够从系统层面对机体进行整体调节，作用机制十分复杂，对其的研究方法也应与西药有所不同。本研究使用网络药理学综合研究策略，发现冠心舒通胶囊中16种活性成分及其体内靶点，揭示冠心舒通胶囊对冠心病的治疗作用机制可能为抗炎、抗氧化与抗细胞凋亡。除对冠心病具有良好疗效外，网络分析结果显示，冠心舒通胶囊还存在治疗阿尔茨海默病等多种疾病的药理作用。但其在体内的具体作用方式仍需进一步探究。