基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討白芍治療2型糖尿病的作用機(jī)制

金美英 潘韋韋 崔鎮(zhèn)海

[摘要]目的運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討白芍治療2型糖尿病的具體作用機(jī)制。方法應(yīng)用 TCMSP 數(shù)據(jù)庫篩選白芍的有效活性成分，應(yīng)用 TTD、DrugBank、DisGeNET數(shù)據(jù)庫篩選2型糖尿病相關(guān)作用靶點，運用Cytosape 3.2.1軟件進(jìn)行可視化處理及拓?fù)鋮?shù)分析，應(yīng)用 STRING 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行蛋白相互作用分析，應(yīng)用 DAVID 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行 GO 及 KEGG 通路富集分析。結(jié)果白芍抗2型糖尿病的主要活性成分為山柰酚、芍藥苷、樺木酸等，其中 BP 主要涉及類固醇激素介導(dǎo)的信號通路、RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控、RNA 聚合酶Ⅱ啟動子的轉(zhuǎn)錄起始等;CC 涉及細(xì)胞器膜、膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等;MF 主要涉及類固醇激素受體、RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄因子活性配體激活序列特異性 DNA 結(jié)合、鋅離子結(jié)合等，通路主要涉及糖尿病相關(guān)通路有 HIF-1信號通路、 AMPK 信號通路、VEGF 信號通路等。結(jié)論白芍可能是通過作用炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗、糖尿病并發(fā)癥等相關(guān)靶點及通路，起到治療2型糖尿病的作用。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué);白芍;2型糖尿病;作用機(jī)制

[中圖分類號] R285.5? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號]2095-0616（2021）23-0035-05

A probe into the action mechanism of treating type 2 diabetes with debark peony root based on network pharmacology

JINMeiying1 PANWeiwei2 CUIZhenhai

1.Department of Endocrinology and Metabolic Diseases， the Third Affiliated Hospital of Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China;2.College of Traditional Chinese Medicine， Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China;3.Orthopedic Center， the Third Affiliated Hospital of Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China

[Abstract] Objective To probe into the specific action mechanism of treating type 2 diabetes （T2D） with debark peony root by applying network pharmacology. Methods TCMSP database was used to screen the effective active components of debark peony root. TTD， DrugBank and DisGeNET databases were used to screen the T2D-related action targets. Cytosape 3.2.1 software was used for visualization processing and topological parameter analysis. STRING database was used for protein interaction analysis. DAVID database was used for GO and KEGG pathway enrichment analysis. Results The main active components of debark peony root against T2D were kaempferol， paeoniflorin and betulinic acid， etc.， among which BP mainly involved steroid hormone-mediated signaling pathway， positive regulation of transcription from RNA polymerase Ⅱ promoter， and transcription initiation of RNA polymerase Ⅱ promoter， etc.， CC involved organelle membrane， membranes， endoplasmic reticulum membrane， etc.， MF mainly involved steroid hormone receptor， RNA polymerase Ⅱ transcription factor active ligand-activated sequence-specific DNA binding， zinc ion binding， etc.， and the pathways were mainly diabetes-related pathways such as HIF-1 signaling pathway， AMPK signaling pathway， VEGF signaling pathway， etc. Conclusion It can be concluded that debark peony root may be effective in treating T2D through acting on the relevant targets and pathways of inflammatory response， insulin resistance and diabetic complications， etc.

[Key words] Network pharmacology; Debark peony root; Type 2 diabetes; Action mechanism

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是以血中葡萄糖水平升高為生化特征及多飲、多食、多尿、消瘦、乏力為臨床特征的代謝紊亂綜合群[1]，其中2型糖尿病患病人數(shù)占糖尿病患者總數(shù)的90%以上[2]。目前中國已成為全球糖尿病患者人數(shù)最多的國家[3]，我國18歲以上成年人中2型糖尿病的發(fā)病率高達(dá)11.6%[4]，2型糖尿病及其并發(fā)癥嚴(yán)重危害人類健康，給家庭及社會帶來巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2型糖尿病屬于中醫(yī)的“消渴”范疇，《素問·奇病論》：“此人必數(shù)食甘美而多肥也，肥者令人內(nèi)熱，甘者令人中滿，故其氣上溢，轉(zhuǎn)為消渴”[5]。白芍為毛茛科植物芍藥的干燥根，藥性酸、苦、微寒，歸肝、脾經(jīng)，功效斂陰止汗、養(yǎng)血調(diào)經(jīng)、平肝止痛?！兜门浔静荨芬云洹俺裏┲箍省?。《本草分經(jīng)》認(rèn)為白芍可“治一切血病，脾熱、易饑”。臨床當(dāng)中也多用含有白芍的方劑治療2型糖尿病及其并發(fā)癥[6-10]，均取得滿意療效。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)[11]（network pharmacology）是一門運用生物分子網(wǎng)絡(luò)方法分析藥物與疾病和靶點之間“多成分、多靶點、多途徑”協(xié)同作用關(guān)系的藥理學(xué)分支學(xué)科，本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，探討白芍治療2型糖尿病的潛在分子機(jī)制，為后續(xù)實驗研究和臨床應(yīng)用提供思路和可行依據(jù)。

1材料與方法

1.1中藥活性成分及對應(yīng)靶點篩選

中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫與分析平臺 TCMSP 數(shù)據(jù)庫輸入白芍，篩選白芍活性成分，ADME 參數(shù)篩選條件：口服生物利用度（OB）≥30%，類藥性（DL）≥0.18，藥物半衰期（HL）≥4 h，篩選白芍有效化合物活性成分，將 TCMSP 中篩選出來的有效活性成分在Pubchem數(shù)據(jù)庫中查詢相應(yīng)的 SMILE 結(jié)構(gòu)，根據(jù) SMILE 結(jié)構(gòu)，在通過 Swiss Target Prediction 數(shù)據(jù)庫預(yù)測候選成分對應(yīng)的靶點。

1.22型糖尿病靶點篩選

應(yīng)用 TTD 數(shù)據(jù)、DrugBank數(shù)據(jù)庫、DisGeNET數(shù)據(jù)庫篩選2型糖尿病對應(yīng)靶標(biāo)，輸入“Type 2 diabetes”“Diabetes Mellitus， Type 2”“Type 2 Diabetes Mellitus”，篩選疾病靶點。

1.3白芍—2型糖尿病靶點網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

將篩選出的白芍成分靶點與2型糖尿病疾病靶點輸入Venny 2.1.0繪制韋恩圖，取得成分與疾病的共有靶點將疾病與藥物共同作用靶點導(dǎo)入 String 數(shù)據(jù)庫，物種選擇 Homo sapiens（人），構(gòu)建成分疾病共同靶點的 PPI 網(wǎng)絡(luò)，同時運用Cytoscape 3.2.1軟件進(jìn)行成分-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可視化處理，并進(jìn)行拓?fù)鋮?shù)分析，根據(jù) Degree 值進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)渲染。

1.4靶點生物功能注釋及通路分析

應(yīng)用Cytoscape 3.2.1軟件中的GlueGO工具對白芍與2型糖尿病共同的53個靶點進(jìn)行 GO—BP 分析，設(shè)定 P <0.01，應(yīng)用 DAVID 數(shù)據(jù)庫及Omicshare數(shù)據(jù)庫工具，將篩選出二者共有靶標(biāo)基因進(jìn)行 KEGG 通路富集分析，P <0.05作為靶點的篩選標(biāo)準(zhǔn)。通過富集分析的功能條目，考察共有靶點可能干預(yù)的生物學(xué)功能，從而獲得白芍改善2型糖尿病的相關(guān)通路。

2結(jié)果

2.1白芍主要化合物的篩選

TCMSP 數(shù)據(jù)庫中白芍的 ADME 參數(shù)篩選， OB ≥30%， DL ≥0.18，HL ≥4 h，其中2個化合物沒有在 TCMSP 數(shù)據(jù)庫中篩選到相關(guān)作用靶點，其余共獲得符合篩選條件的活性成分8個，見表1。

2.2白芍及2型糖尿病共有靶點的PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

篩選出白芍活性成分238個靶點，2型糖尿病508個靶點，將活性成分與2型糖尿病靶點輸入Venny 2.1.0繪制韋恩圖，取得成分與疾病的共有靶點53個，見圖1。將疾病與藥物共同作用靶點導(dǎo)入 String 數(shù)據(jù)庫，物種選擇 Homo sapiens（人），獲得節(jié)點數(shù)53，邊數(shù)246，平均節(jié)點度9.28，平均局部聚類系數(shù)：0.496， PPI 富集 P <1×10-16，構(gòu)建成分疾病共同靶點的 PPI 網(wǎng)絡(luò)，見圖2。

2.3成分-靶點相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

獲取白芍活性成分以及T2DM共同的靶點53個，運用Cytoscape 3.2.1軟件進(jìn)行成分-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可視化處理并進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，根據(jù) Degree 值進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)渲染，節(jié)點顏色由黃色到紅色，越靠近紅色且顏色越深代表關(guān)聯(lián)度越大。見圖3。

2.4白芍—2型糖尿病共同靶點GO及KEGG通路富集分析

應(yīng)用 DAVID 數(shù)據(jù)庫及Omicshare數(shù)據(jù)庫工具，將篩選出二者共有靶點進(jìn)行 GO（BP、CC、MF）富集及 KEGG Pathway 功能富集分析，P <0.05作為靶點的篩選標(biāo)準(zhǔn)。富集結(jié)果用氣泡圖顯示前20個分析結(jié)果。BP 富集分析結(jié)果見圖4，CC 富集分析結(jié)果見圖5，MF 富集分析結(jié)果見圖6，KEGG 通路富集分析結(jié)果見圖7。

3討論

通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析，白芍重要的活性成分依次為山柰酚、谷甾醇、β-谷甾醇、樺木酸、芍藥苷。 GO 富集分析顯示白芍可通過多種生物學(xué)過程影響2型糖尿病， BP 主要涉及類固醇激素調(diào)控、RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉(zhuǎn)錄、RNA 聚合酶Ⅱ啟動子的轉(zhuǎn)錄起始等。CC 主要涉及細(xì)胞器膜、膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等;MF 主要涉及類固醇激素受體活性、RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄因子活性配體激活序列特異性 DNA 結(jié)合、鋅離子結(jié)合等。KEGG 富集顯著通路31條，通過查閱文獻(xiàn)，篩選出與2型糖尿病關(guān)聯(lián)比較大的通路，包括 HIF-1信號通路、AMPK 信號通路、VEGF 信號通路、Ras 信號通路、TNF 信號通路、胰島素抵抗、 cAMP 信號通路等。缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）作為重要的核轉(zhuǎn)錄因子，具有氧濃度敏感性，通過調(diào)控下游功能基因表達(dá)水平，促進(jìn)靶器官微血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和微血管生成，對缺氧做出應(yīng)答，從而參與糖尿病并發(fā)癥的進(jìn)程[12]。AMPK 作為調(diào)控能量穩(wěn)態(tài)的重要激酶，是真核生物細(xì)胞和有機(jī)體代謝的中心調(diào)節(jié)劑之一，負(fù)責(zé)監(jiān)管細(xì)胞的能力輸入和輸出，維持細(xì)胞生理活動的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，激活 AMPK 信號通路降低糖尿病大鼠肝臟脂質(zhì)堆積和炎癥反應(yīng)[13]。足細(xì)胞排泄的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endo-thelial growth factor，VEGF）是內(nèi)皮細(xì)胞特異性蛋白質(zhì)，是足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞必備的有絲分裂原，高糖狀態(tài)下紅細(xì)胞攜氧能力低，缺氧狀態(tài)明顯從而導(dǎo)致 VEGF 升高，是糖尿病血管病變的重要標(biāo)志之一[14]。Ras 高血糖條件下可刺激產(chǎn)生 Ang Ⅱ，并通過影響腎小球毛細(xì)血管壓力和通透性的增加以及 TGF-β誘導(dǎo)的腎小球系膜基質(zhì)積聚過多引起的胰島素抵抗，從而導(dǎo)致糖尿病腎病的發(fā)生[15]。TNF-α能夠降低血管內(nèi)皮細(xì)胞 NOS 活性，下調(diào) NO 對血管的舒張作用，調(diào)節(jié)多種生長因子和細(xì)胞黏附因子的表達(dá)，NF-α能夠刺激單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞分泌 IL-6等炎癥因子表達(dá)，影響糖尿病周圍神經(jīng)病變的進(jìn)展[16]。胰島素抵抗是胰島素調(diào)控外周靶器官代謝葡萄糖的作用降低，主要表現(xiàn)為胰島素促進(jìn)肌肉和脂肪組織攝取葡萄糖，以及抑制肝臟產(chǎn)生葡萄糖的能力受損，胰島素抵抗是2型糖尿病的關(guān)鍵起始病因[17]。cAMP 為第二信使的信號通路主要是通過活化 cAMP 依賴的 PKA 使下游靶蛋白磷酸化，從而影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞行為，抑制 PKA 能直接阻斷 TGF-β1誘導(dǎo)的腎小球硬化，改善糖尿病腎病小鼠腎功能[18]。以上富集的生物過程及通路初步揭示了白芍改善2型糖尿病的作用機(jī)制，提示白芍可能是通過作用炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗、糖尿病并發(fā)癥等相關(guān)靶點及通路，起到治療2型糖尿病的作用。

本研究應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，探討白芍治療2型糖尿病的可能分子靶標(biāo)及作用機(jī)制，然而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是在生物學(xué)數(shù)據(jù)庫與生物建?；A(chǔ)上預(yù)測靶點，有些數(shù)據(jù)庫更新緩慢，其結(jié)果也需要進(jìn)一步實驗層面的驗證，經(jīng)過預(yù)測與實驗的驗證，才能得到中藥抗2型糖尿病的精準(zhǔn)靶點。

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（收稿日期：2021-06-16）