基于网络药理学探讨加味止哮平喘汤治疗支气管哮喘的作用机制

曹 悦 王 鹏 刘 施 杨宏志

1.湖北中医药大学中医临床学院，湖北 武汉 430061；2.湖北省中医院肺病科，湖北 武汉 430061；3.湖北省中医院药事部，湖北 武汉 430061；4.湖北中医药大学第一临床学院，湖北 武汉 430061

支气管哮喘（下文简称“哮喘”）是一种由多种炎性细胞因子及其成分参与的呼吸道异质性临床综合征[1-2]，气道高反应性和可逆的呼气气流受限是其显著特点，且具有呼吸困难、气短、胸闷和咳嗽的典型症状，这些症状随时间和强度而变化[3]。全球有超过3 亿哮喘患者，统计显示其在任何年龄段皆可发病，且无明显的性别差异[4]。

王鹏教授研究哮喘等呼吸系统疾病多年，结合临床经验和中医经典创制了经验方止哮平喘方。前期通过收集湖北省中医院肺病科王鹏教授门诊治疗支气管哮喘的中药处方，借助中医传承辅助平台进行数据挖掘总结及分析后得出核心处方—加味止哮平喘汤。其药物组成为瓜蒌皮、法半夏、甘草、黄芩、柴胡、薤白、白芍、枳壳、射干、麻黄。

网络药理学具有多层次、多维度的特点，融合了生物学、药理学、生物信息学等多门学科。通过构建“活性成分-靶点”网络，从分子微观层面预测中药的作用机制，是对中医药的传承性创新，宏观与微观相结合正符合现代中医药的发展趋势，表明了中医药的科学性和有效性。本研究运用网络药理学的方法对加味止哮平喘汤的作用机制进行预测与分析，以期为新药的研发提供一定的理论支持。

1 资料与方法

1.1 收集活性成分靶点和疾病靶点

将核心处方药物输入中药系统药理学数据库与分析平台（traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform，TCMSP），设置口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%，类药性（drug-likeness，DL）≥0.18，筛选出活性化合物及对应靶点，将核心药物输入中医药信息数据库（traditional Chinese medicine information database，TCMID）进行补充。将所有靶点输入UniProt 数据库中进行规范化处理获得gene symbol。在GeneCards、OMIM、CTD 及DisGenet 数据库中获取支气管哮喘的潜在靶点，并通过UniProt 数据库进行规范化处理。

1.2 活性成分-靶点网络及蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络

运用R 软件获得药物与疾病的交集靶点，联合STRING 数据库及Cytoscape 3.9.1 构建核心靶点的“活性成分-靶点”网络图及PPI 网络图。

1.3 基因本体（gene ontology，GO）功能富集分析及京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genome，KEGG）通路富集分析

运用R 软件按照富集的数量和显著程度（pvalue Cutoff=0.05，qvalue Cutoff=0.05），对交集基因进行GO 功能富集分析及KEGG 通路富集分析，取前20 项绘制柱状图和点状图。

2 结果

2.1 收集活性成分靶点和疾病靶点

从TCMSP 数据库中根据相应限制条件获得核心处方的活性化合物，得到活性成分238 个，对应3608 个靶点，从TCMID 数据库中获得活性成分166个及相应靶点163 个，总共获取活性成分404 个。靶点蛋白输入UniProt 数据库中转化为相应基因名。在GeneCards、OMIM、CTD 及DisGenet 数据库中获得相应疾病基因，去除重复项后得到1351 个。

2.2 PPI网络构建及富集分析

运用R 软件获得疾病及药物基因的交集基因及韦恩图，见图1，取交集基因202 个。将交集基因输入STRING 数据库中，将物种设置为“ Homo sapiens”，置信度设为0.4，获取靶点基因相互作用网络，获取tsv 文件，联合Cytoscape 3.9.1 计算度值，获取前30 位PPI 网络图，见图2。

图2 核心靶点PPI 网络

2.3 GO功能富集分析及KEGGE通路富集分析

将交集基因进行GO 功能富集分析及KEGG 通路富集分析，共获得180 条功能，179 条通路，根据Pvalue值选取前20 名绘制气泡图和柱状图，见图3 ～6。

图4 基因功能点状图

图5 通路富集柱状图

图6 通路富集点状图

2.4 成分-靶点网络

运用Cytoscape 3.9.1 软件构建活性成分-核心靶点网络，见图7。

图7 成分-靶点网络

3 讨论

加味止哮平喘汤由瓜蒌薤白半夏汤、芍药甘草汤、小柴胡汤、射干麻黄汤化裁组成。瓜蒌薤白半夏汤出自《金匮要略》：“胸痹不得卧，心痛彻背者”，阳气亏虚，痰浊水饮内生，痰饮交阻胸膈，阴乘阳位，“阳微阴弦”，用瓜蒌薤白半夏汤宽胸理气，通阳散结。芍药甘草汤及小柴胡汤出自《伤寒论》，芍药甘草汤具有养阴和营、缓急止痛的功效，能较好缓解哮喘发作时的气道痉挛，同时能养肝血、调肝脾，培土生金。痰气交阻胸膈，肝肺相连，引动肝风，胸胁苦满、胀痛，用小柴胡汤和解少阳，柔肝缓急。射干麻黄汤出自《金匮要略》，主治寒痰郁肺证，具有宣肺散寒，化饮止咳的功效。

本研究将中医药系统性、整体性、宏观性治疗疾病与网络药理学多成分、多靶点、多通路的特点相结合，将现代学科技术与中医药结合，有利于对王鹏教授的学术经验进行总结传承与创新，为后续的研究奠定一定基础。

加味止哮平喘汤疗哮喘的核心靶点为丝氨酸/苏氨酸激酶1（Serine/Threonine Kinase 1，AKT1）、转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）。AKT1能够诱导哮喘患者气道平滑肌细胞肥大，在哮喘发病中起关键作用[5-6]。STAT3 参与哮喘的发病，能够诱导促炎细胞因子，促进哮喘发作[7-8]。IL-6 可诱发炎症级联反应，参与自身免疫反应[9]，IL-6/STAT3信号通路是治疗哮喘的重要靶点，抑制其激活可减轻气道重塑和炎症反应[10-11]。

活性成分主要有川陈皮素、异鼠李素等。川陈皮素具有显著抗炎作用，其可以抑制内质网应激信号通路和炎症小体激活，减少促炎因子分泌，减轻哮喘大鼠的气道炎症反应[12-13]。异鼠李素可有效降低哮喘小鼠的炎症因子表达[14]。

KEGG 通路主要富集磷脂酰肌醇3-激酶/丝氨酸/苏氨酸激酶（phosphoinositied 3-Serine/Threonine Kinase，PI3K/Akt）信号通路，丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路。PI3K/Akt 信号通路参与气道平滑肌中的细胞外基质沉积[15]，PI3K/Akt 参与MAPK 等多个靶点调控哮喘气道黏液高分泌的过程[16]。有研究报道，调节PI3K/Akt 信号轴能有效减少炎性细胞在肺组织浸润，抑制气道炎症和重构及杯状细胞增生引起的黏液高分泌，从而改善哮喘症状[17-19]。

综上所述，经过网络药理学分析，加味止哮平喘汤的主要活性成分川陈皮素、异鼠李素等，可能通过调控AKT1、STAT3、IL-6 等关键靶点，调控PI3K/Akt，MAPK 等信号通路，调节气道炎症，减轻气道高反应，抑制气道重塑。本研究将传统中医理念与现代研究相结合，符合中医药多成分、多角度、多靶点的特色，为今后临床研究提供理论支持，但尚处于理论研究阶段，后续仍需相关实验验证。