川芎治療心力衰竭的網(wǎng)絡藥理學研究

賈彩霞 陳建新 高闊 李京忠 張飛龍 王金平 王偉 趙慧輝

摘要 目的：采用網(wǎng)絡藥理學方法對川芎治療心力衰竭的機制進行分析，為深入研究川芎在心力衰竭方面的作用奠定基礎。方法：根據(jù)Therapeutic Target Database（TTD）、Online Mendelian Inheritance in Man（OMIM）、中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫（TCMSP）檢索關于心力衰竭的靶點，在中醫(yī)藥綜合數(shù)據(jù)庫（Symmap）中搜索關于心力衰竭胸脅刺痛癥狀的靶點，并結合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點，獲得心力衰竭及胸脅刺痛癥狀的人源靶點，并與Symmap查詢的川芎OB值≥30化學成分所對應的人源靶點進行映射，進一步篩選活性成分。利用String數(shù)據(jù)庫和Cytoscape 3.2.1軟件將得到的川芎治療心力衰竭的靶點構造PPI網(wǎng)絡分析，采用The Database for Annotation，Visualization and Integrated Discovery（DAVID）數(shù)據(jù)庫進行通路分析，并通過Cytoscape 3.2.1軟件構建中藥-靶點-成分網(wǎng)絡圖。結果：得到川芎治療心力衰竭的靶點共12個，心力衰竭胸脅刺痛的靶點1個，川芎治療心力衰竭對應的化學成分47個，12個靶點應用DAVID數(shù)據(jù)庫進行KEGG通路分析，得到川芎治療心力衰竭相關通路29個。結論：川芎通過抑制炎性反應、調(diào)控細胞凋亡、改善血管收縮功能等來改善心功能，治療心力衰竭。

關鍵詞? 網(wǎng)絡藥理學;川芎;心力衰竭;機制

Network Pharmacology Study of Sichuan Lovage Rhizome on Heart Failure

JIA Caixia1，CHEN Jianxin1，GAO Kuo2，LI Jingzhong1，ZHANG Feilong1，WANG Jinping3，WANG Wei1，ZHAO Huihui1

（1 Beijing university of Chinese medicine， Beijing 1000029， China; 2 Dongfang hospital of Beijing university of traditional Chinese medicine， Beijing 1000078， China; 3 China-Japan Friendship Hospital， Beijing 1000029， China）

Abstract Objective：The mechanism of intervention of Sichuan lovage rhizome on heart failure was discussed by using network pharmacology， which laid a foundation for further study on the role of Sichuan lovage rhizome in heart failure.Methods：According to Therapeutic Target Database （TTD）， Online Mendelian Inheritance in Man （OMIM）and Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform （TCMSP）， the targets of heart failure were retrieved， Comprehensive database of traditional Chinese medicine （Symmap） were used to search for the targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， then， Uniprot database was used to exclude the non-human targets.Next，the human targets of heart failure and thoracic and hypochondriac stabbing symptoms were obtained， mapping the human target corresponding to the chemical composition of Sichuan lovage rhizome OB value ≥30 inquired by Symmap，to further screening the active ingredients.PPI network analysis was constructed by String database and Cytoscape 3.2.1 software.Pathway analysis was carried out by The Database for Annotation， Visualization and Integrated Discovery （DAVID）， and network diagram of TCM-target-component was constructed by Cytoscape 3.2.1software.Results：Twelve targets of Sichuan lovage rhizome for heart failure， one target for thoracic and hypochondriac stabbing symptoms， 47 corresponding ingredients of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.12 targets were analyzed by KEGG pathway using DAVID database， and 29 related pathways of Sichuan lovage rhizome for heart failure were obtained.Conclusion：Sichuan lovage rhizome can improve cardiac function and treat heart failure by inhibiting inflammation， regulating apoptosis and improving vasoconstriction function.

Keywords Network pharmacology; Sichuan lovage rhizome; Heart failure; Mechanism

中圖分類號：R285;R242 文獻標識碼：A doi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.08.001

心力衰竭（Heart Failure，HF）是一種由于心臟結構或功能引起的臨床綜合征，是各種心臟疾病的終末階段，常伴有胸脅刺痛的癥狀。大約有1%～3%的成年人被診斷出患有心臟病，五分之一的人在他們的一生中會發(fā)展成為HF，且發(fā)病率隨著年齡的增長而增加[1]。HF患者預后較差，急性心力衰竭住院死亡率為10%，出院后1年內(nèi)死亡率為20%～40%，1個月內(nèi)再入院死亡率為20%～25%[2]。該病已成為21世紀最重要的心血管疾病之一[3]。西醫(yī)多用強心、利尿等藥物為主治療HF，取得了一定的療效，但還沒有藥物被證明最終可以降低其發(fā)病率或死亡率。中醫(yī)藥作為中華民族的瑰寶，對HF的治療具有獨特的作用，臨床試驗也表明許多中藥可以緩解HF的癥狀，提高生命質(zhì)量，改善運動耐受力。血瘀可引起水停心下，引發(fā)心悸、水腫等，川芎辛溫，歸肝、膽、心包經(jīng)，具有活血行氣、祛風止痛的功效，幾千年來一直與其他中藥一起用于治療心腦血管疾病?，F(xiàn)代研究表明，川芎可以改善血流動力學、抑制內(nèi)皮細胞損傷和血管平滑肌細胞增殖，治療心臟疾病[4]。本文利用網(wǎng)絡藥理學方法，就川芎對HF的干預和治療作用機制進行研究，為川芎的深入研究奠定基礎。

1 研究方法

1.1 HF靶點和HF胸脅刺痛癥狀相關靶點的獲得

TTD數(shù)據(jù)庫是基于已發(fā)表文獻創(chuàng)建的治療靶點數(shù)據(jù)庫，包含靶向的疾病信息，能夠對某種疾病直接進行相關靶點搜索查詢。在線人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫（OMIM）囊括了有關人類遺傳和基因等信息。TCMSP數(shù)據(jù)庫整合了藥物、靶點、疾病等信息，檢索方便快捷。本文利用TTD、OMIM、TCMSP數(shù)據(jù)庫檢索關于HF的靶點，并結合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點，最終獲得HF的人源靶點。

利用課題組前期創(chuàng)建的Symmap數(shù)據(jù)庫查詢HF胸脅刺痛癥狀的相關靶點，該數(shù)據(jù)庫是一個通過囊括癥狀特征的中醫(yī)綜合數(shù)據(jù)庫，集成了來自TCMID、TCMSP、TCM-ID數(shù)據(jù)庫的化學成分信息，HIT、TCMSP、HPO、Drugbank和NCBI數(shù)據(jù)庫的靶點基因信息，OMIM、Orphanet數(shù)據(jù)庫的疾病信息，《中華人民共和國藥典》（2015版）、多種中醫(yī)刊物定義整理過的中醫(yī)癥狀和中藥術語相關信息以及來自Mesh、SIDER、UMLS數(shù)據(jù)庫中收集到的西醫(yī)癥狀信息。并結合Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點，最終獲得HF胸脅刺痛癥狀的相關人源靶點。

1.2 有效成分和靶點的獲得

利用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎所有的化學成分，本文以該數(shù)據(jù)中OB值≥30為條件篩選得到川芎的有效成分。應用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎有效成分對應的靶點，并依據(jù)Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點，最終獲得川芎靶點。利用韋恩圖將獲得的靶點與1.1得到的HF靶點和HF胸脅刺痛癥狀相關靶點進行映射，得到川芎干預治療HF的靶點和治療HF胸脅刺痛的靶點，手動篩選川芎干預HF的對應有效成分。

1.3 PPI網(wǎng)絡構建

將川芎治療HF的靶點上傳到String數(shù)據(jù)庫中，設置評分條件>0.90，得到蛋白-蛋白相互關系，并將數(shù)據(jù)導入Cytoscape 3.2.1軟件，利用Cytoscape構建PPI網(wǎng)絡圖，并篩選核心靶點。

1.4 通路富集及網(wǎng)絡的構建及分析

根據(jù)上述得到的結果，應用DAVID進行通路分析。利用Cytoscape 3.2.1構建中藥-成分-靶點-通路網(wǎng)絡圖。

2 結果

2.1 HF靶點和HF胸脅刺痛癥狀相關靶點的獲得

使用TTD、OMIM、TCMSP數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過非人源靶點剔除之后，分別得到HF相關靶點34個、81個、12個。三者去除重復之后，共得到HF相關靶點118個。根據(jù)Symmap和Uniprot數(shù)據(jù)庫的篩選，共得到HF胸脅刺痛癥狀相關靶點45個。

2.2 有效成分和靶點的獲得

應用Symmap數(shù)據(jù)庫查詢川芎有效成分對應的靶點，并依據(jù)Uniprot數(shù)據(jù)庫剔除非人源靶點，最終獲得川芎靶點175個。利用Venny2.1.0將獲得的靶點與1.1得到的HF靶點進行映射，得到川芎干預治療HF的靶點和川芎治療HF胸脅刺痛癥狀的靶點，見圖1，最終獲得川芎治療HF的靶點12個，占總數(shù)的3.7%，川芎治療HF胸脅刺痛癥狀的靶點1個，占總數(shù)的0.3%。手動篩選川芎干預HF的靶點對應有效成分，得到對應有效成分共47個。

2.3 PPI網(wǎng)絡的構建

通過蛋白-蛋白相互關系的可視化網(wǎng)絡圖構建，見圖2，我們得到PPI網(wǎng)絡共包12個節(jié)點，16條邊，平均Degree為]1.333。根據(jù)

節(jié)點的Degree值大小，排名前2個蛋白分別是肌瘤蛋白p53（TP53）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGFA）。肌瘤蛋白p53（TP53）（Degree=4）是這12個蛋白中Degree值最高的，表明其在網(wǎng)絡中占據(jù)重要的地位，發(fā)揮了關鍵作用。P53是一種腫瘤抑制蛋白，它可以激活調(diào)節(jié)細胞周期檢查點、DNA損傷和修復以及凋亡的基因[5]，TP53是P53的突變型，空間構像發(fā)生改變，相關作用也會發(fā)生變化[6]，P53的缺失和抑制會影響細胞的自噬。有相關報道稱，P53可以通過調(diào)節(jié)心肌蛋白表達來調(diào)節(jié)心肌細胞自噬和心肌缺血/再灌注損傷[7]。血管生成通過改善心肌重構在心肌梗死治療中發(fā)揮著重要作用，通過血管生成能夠改善心功能，預防HF。調(diào)查顯示上調(diào)HIF1A和VEGFA的表達水平能夠促進血管生成，改善心功能[8]。

2.4 通路富集及網(wǎng)絡的構建及分析

利用DAVID數(shù)據(jù)庫進行KEGG通路分析，共得到29條通路。見表1。采用Cytoscape 3.2.1構建中藥-靶點-成分網(wǎng)絡圖，見圖3，可以看出不同的有效成分可以作用于同一個靶點，不同的靶點也可以有共同的有效成分。

3 討論

HF是由于各種原因導致的心肌損傷，導致心室泵血或充盈功能低下，屬于心血管疾病的終末階段，5年死亡率高達50%，與全身多個器官、內(nèi)分泌、免疫等相關影響，關系錯綜復雜。中醫(yī)認為HF屬于痹癥，經(jīng)脈閉阻，血行不暢，寒凝、氣滯、血瘀、痰飲阻痹胸中，是胸痹病機的關鍵[9]。川芎具有活血化瘀、祛風止痛、行氣開郁的功效，臨床上常用來治療各種心腦血管疾病[10]。

本研究的目的是探討川芎在干預HF方面的作用機制，采用網(wǎng)絡藥理學方法，我們發(fā)現(xiàn)川芎干預治療HF的主要靶點有12個（ADRA2A、ADRB1、AR、CASP3、HIF1A、NR3C2、PRKCA、SCN5A、SLC6A2、TNF、TP53、VEGFA），其中與胸脅刺痛相關的靶點有一個，為TP53，從中可以看出川芎主要從細胞凋亡、炎性反應、鈣內(nèi)流、腎上腺素調(diào)節(jié)等方面干預治療HF的，與大多數(shù)研究得出的心肌肥厚向HF轉變的分子機制相符[11]。通過分析，HIF-1A、AR處于網(wǎng)絡的核心地位，可作為川芎干預治療HF的關鍵靶點。眾所周知，缺氧會在細胞的分子水平上引起變化，細胞對缺氧的第一個適應性反應是缺氧誘導因子（HIF-1）的上調(diào)和穩(wěn)定，HIF-1包括HIF-1a和HIF-1β，與血管生成、紅細胞生成有關[12]，在低氧條件下穩(wěn)定可以激活多種缺氧相關基因的轉錄，如促紅細胞生成素、VEGF基因，HIF-1a敲除鼠心肌肥大和收縮功能顯著抑制，表明HIF-1對心臟功能的維護具有重要作用[11]。雄激素受體（AR）表達于所有組織，體外和體內(nèi)研究的結果表明性激素在心臟結構異常的發(fā)展中起著關鍵作用，心肌細胞暴露于雄激素導致肥厚[13]。雄激素可能影響心肌收縮功能、內(nèi)皮功能和骨骼肌的改變[14-16]，參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[17]。

通過對川芎治療HF的12個靶點進行KEGG通路富集分析，得出川芎有效成分作用于TP53、CASP3、HIF1A、TNF等靶點，這一作用主要通過癌癥信號通路、細胞凋亡、HIF-1等信號通路實現(xiàn)。研究表明，在HF治療中，多種細胞通路被激活，如MAPK信號通路[18]、VEGF信號通路[19]、PI3K-Akt信號通路[20]等均是經(jīng)典的與HF相關的通路。

本研究提供了疾病-靶點-成分及疾病-癥狀-靶點的網(wǎng)絡藥理學研究方法，初步闡述了川芎干預治療HF的網(wǎng)絡調(diào)控作用，對胸脅刺痛這一癥狀的治療進行了初步分析，為傳統(tǒng)中藥的研究提供了新方法和新思路。不足之處在于，只應用了Symmap數(shù)據(jù)庫進行了活性成分的網(wǎng)絡藥理學分析，可能有一些成分未收納在內(nèi)，對結果造成一定的影響。

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