段賢春, 黃 石, 彭代銀, 韓 嵐, 汪小莉, 汪永忠, 潘凌宇

(安徽中醫(yī)藥大學(xué)1.第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部、2.藥學(xué)院，安徽 合肥 230031)

中藥及其復(fù)方作為一種傳統(tǒng)的給藥形式，已有幾千年的應(yīng)用歷史。在中醫(yī)臨床治療疾病過程中發(fā)揮著無可替代的作用，更是醫(yī)療體系的重要組成部分。中藥復(fù)方是遵循中醫(yī)“辨證施治”的基本原則，按照中藥配伍規(guī)律，將多種中藥按一定劑量組合而成的藥物組方，是中醫(yī)藥治療、預(yù)防與保健的主要形式。復(fù)雜疾病的發(fā)生及發(fā)展涉及到機(jī)體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中多個基因和信號通路，中藥復(fù)方在治療復(fù)雜慢性疾病方面具有確切的療效和較低的毒副作用。因中藥成分復(fù)雜，靶點、機(jī)制不清等，與西藥相比，目前很難從整體到細(xì)胞及分子水平進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究，且按其傳統(tǒng)概念所表達(dá)的中醫(yī)藥理論難以被現(xiàn)代社會普遍理解和接受，這在一定程度上阻礙了中醫(yī)藥在國際上的推廣與應(yīng)用。因此，為實現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化，建立能反映中醫(yī)藥整體特色的研究新方法和新策略顯得尤為必要。

隨著現(xiàn)代科技進(jìn)入組學(xué)和大數(shù)據(jù)時代，系統(tǒng)生物學(xué)、生物信息學(xué)和多向藥理學(xué)等新興交叉學(xué)科的快速發(fā)展，藥學(xué)領(lǐng)域多靶點藥物理念的提出以及網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)研究的不斷深入，基于網(wǎng)絡(luò)的新藥發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是一項有前景的效益-成本藥物研發(fā)途徑。系統(tǒng)生物學(xué)是研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質(zhì)等)的構(gòu)成及在特定條件下這些組分間相互關(guān)系的學(xué)科，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的一門新興學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)主要通過整合基因、蛋白質(zhì)和信息通路等數(shù)據(jù)，制定數(shù)學(xué)模型以描述生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其對生物個體的擾動反應(yīng)?；谙到y(tǒng)生物學(xué)等方法，李梢等首次提出了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的概念，同時由于其可以提供對網(wǎng)絡(luò)理論和系統(tǒng)生物學(xué)原理的全面或部分理解，故被認(rèn)為是藥物發(fā)現(xiàn)的下一個范例。目前，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)已成為一個逐漸成熟并熱門的研究模式，這對當(dāng)代藥物研究及新藥研發(fā)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

中藥復(fù)方化學(xué)成分復(fù)雜，主要是通過多種成分與多個靶標(biāo)間相互協(xié)同作用來發(fā)揮藥效，而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的整體性、系統(tǒng)性與中醫(yī)藥的整體觀、辨證論等基本理論趨于一致。當(dāng)今，藥物研究模式正由以往的“單藥物-單靶點”向“疾病-基因-靶點-藥物”轉(zhuǎn)變，與中藥復(fù)方“多成分、多靶點、多途徑”的協(xié)同作用特點亦有異曲同工之處。從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度分析，中藥復(fù)方的機(jī)理可能正是由于通過配伍藥物之間相互協(xié)作、藥物及其配體之間相互作用這一復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)中的節(jié)點進(jìn)行相互制約，使中藥復(fù)方能有效調(diào)控疾病相關(guān)節(jié)點，保護(hù)整體網(wǎng)絡(luò)平衡[1]。因此，將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)用于中藥復(fù)方的研究，既反應(yīng)了大數(shù)據(jù)時代生物醫(yī)藥系統(tǒng)性研究的新趨勢，又適應(yīng)了中醫(yī)藥對系統(tǒng)性研究方法的迫切需求，且能很好地與我國傳統(tǒng)中醫(yī)藥結(jié)合而體現(xiàn)其原創(chuàng)性[2]?，F(xiàn)如今，化學(xué)藥物研究面臨著投入逐年增加但新藥產(chǎn)出率卻逐年下降的困境，這與之前的“一藥，一靶，一病”還原論藥物研發(fā)模式的局限性不無關(guān)系，而中醫(yī)藥的鮮明特點即是采用系統(tǒng)的、整體的觀點來防治疾病，這對于化學(xué)藥物的研究具有較好的借鑒和指導(dǎo)作用。因此，將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的思維和方法應(yīng)用于中藥復(fù)方研究，在分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的背景下研究中藥的物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機(jī)制，已成為一種新的趨勢，并產(chǎn)生了一系列新的研究數(shù)據(jù)、方法和成果，并有望成為銜接中、西醫(yī)藥的一個新的橋梁。本文結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)，簡要介紹網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)及其常用數(shù)據(jù)庫和研究方法，以期為網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)用于中醫(yī)藥研究提供參考。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)常用數(shù)據(jù)庫

1.1 化學(xué)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫化學(xué)研究及其信息學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者在化學(xué)信息學(xué)等方面做出了突出的貢獻(xiàn)，構(gòu)建了大量富有學(xué)術(shù)價值的化學(xué)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用于中藥化學(xué)信息領(lǐng)域的主要有以下數(shù)據(jù)庫：

1.1.1中藥系統(tǒng)藥理數(shù)據(jù)庫與分析平臺 Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP) 包含中國藥典注冊的499種中藥，含29 384 種成分(含代謝成分)，3 311個靶標(biāo)和837個相關(guān)疾病。該數(shù)據(jù)庫采用的是HIT數(shù)據(jù)庫預(yù)測算法來獲得藥物靶點之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)庫中的疾病信息來自TTD數(shù)據(jù)庫和PharmGKB數(shù)據(jù)庫。可在此數(shù)據(jù)庫中對中藥復(fù)方的有效成分進(jìn)行檢索和篩選，成分-靶點和靶點-疾病關(guān)系的獲取。

1.1.2中藥綜合數(shù)據(jù)庫 Traditional Chinese Medicine Integrated Database (TCMID)是世界上最大的計算機(jī)藥物篩選中藥數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫記錄了從不同資源收集的中醫(yī)藥相關(guān)信息，為擴(kuò)大TCMID的數(shù)據(jù)范圍，建立者通過文本挖掘方法，將庫中信息與DrugBank，OMIM 和PubChem等數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)。目前，TCMID包含約47 000份處方、8 159 種草藥、25 210種化合物、6 828種藥物、3 791種疾病和17 521種人體生物靶標(biāo)并提供一個基于Java的網(wǎng)絡(luò)分析工具。

1.2.3臺灣中醫(yī)藥資料數(shù)據(jù)庫 Traditional Chinese Medicine Database @Taiwan (TCM Database@Taiwan) 是第二大傳統(tǒng)中藥數(shù)據(jù)庫，也是最早的一個中藥成分?jǐn)?shù)據(jù)庫，若前面兩個數(shù)據(jù)庫沒有搜索到的化學(xué)成分，可以借助該數(shù)據(jù)庫來完善藥物成分信息。此數(shù)據(jù)庫含有從453種中藥中分離的2000多種純化合物，數(shù)據(jù)庫中的每種化合物的cdx (2D) 和 Tripos mol2 (3D)格式文件均可供下載和虛擬篩選。

1.2 生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫近年來，各種生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和工具為中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究提供了重要支持，主要的數(shù)據(jù)庫簡要介紹見Tab 1所示[3]。

1.2.1DrugBank數(shù)據(jù)庫 是一個全面的、可自由訪問的在線數(shù)據(jù)庫，包含藥物和藥物靶點的相關(guān)信息。作為生物信息學(xué)和化學(xué)信息學(xué)資源，DrugBank將詳細(xì)的藥物(即化學(xué)，藥理學(xué)和藥學(xué))數(shù)據(jù)與綜合藥物靶標(biāo)(即序列，結(jié)構(gòu)和途徑)信息相結(jié)合。由于其涉及范圍廣、參考的全面性以及異常詳細(xì)的數(shù)據(jù)描述，DrugBank更像是一部藥物百科全書，而不是藥物數(shù)據(jù)庫。因此，維基百科中列出的幾乎所有藥物都保持與DrugBank的鏈接。DrugBank數(shù)據(jù)庫中廣泛的藥物和藥物靶點數(shù)據(jù)使得能夠發(fā)現(xiàn)和重新利用一些現(xiàn)有藥物來治療罕見和新發(fā)現(xiàn)的疾病。

1.2.2STITCH數(shù)據(jù)庫 STITCH數(shù)據(jù)庫是化學(xué)藥物與蛋白質(zhì)之間已知或預(yù)測的相互作用數(shù)據(jù)庫，這些相互作用包括直接(物理)和間接(功能)關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)源于計算預(yù)測或來自生物之間的知識轉(zhuǎn)移，以及來自其他(主要)數(shù)據(jù)庫的交互，如PubMed、OMIM、IntAct和BioGRID等數(shù)據(jù)庫，目前涵蓋了來自2 031個生物的9 643 763蛋白。

1.2.3ChEMBL數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫除了從藥物化學(xué)文獻(xiàn)中提取數(shù)據(jù)之外，還在數(shù)據(jù)庫中添加了新的生物活性數(shù)據(jù)來源，主要包括來自被忽視疾病篩查的沉積數(shù)據(jù)集、作物保護(hù)數(shù)據(jù)、專利中的藥物代謝和處置數(shù)據(jù)以及生物活性數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫由歐洲分子生物學(xué)實驗室(EMBL)建立，通過一系列服務(wù)和工具，向科學(xué)界提供多種具有藥物靶標(biāo)的生物活性化合物的綜合信息進(jìn)行基礎(chǔ)研究。

1.2.4PubChem數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫旨在促進(jìn)小分子數(shù)據(jù)資源的公共利用，可經(jīng)由網(wǎng)站直接存取，數(shù)以萬計的化學(xué)組成資料集可經(jīng)由FTP免費獲取。

1.2.5STRING數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫提供了完整的蛋白質(zhì)間發(fā)生的諸多功能性協(xié)同關(guān)系和相互作用，還可以提供其系統(tǒng)生物學(xué)的相關(guān)背景。STRING數(shù)據(jù)庫旨在提供蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的關(guān)鍵評估和整合，包括直接(物理)和間接(功能)關(guān)聯(lián)。

Tab 1 Part of public databases and software related to TCM network pharmacology

1.2.6MINT數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫存儲的是已經(jīng)實驗報道的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的公共數(shù)據(jù)庫。目前包含來自4 750多種出版物的大約235 000個二進(jìn)制交互。界面允許用戶搜索、可視化和下載交互數(shù)據(jù)。

1.2.7IntAct數(shù)據(jù)庫 IntAct是一個開放的數(shù)據(jù)分子交互數(shù)據(jù)庫和工具包。數(shù)據(jù)摘自文獻(xiàn)并遵循深度注釋模型，提供高水平的分子交互細(xì)節(jié)。目前，IntAct包含超過200 000個二元交互證據(jù)，提供交互數(shù)據(jù)的雙層視圖，搜索界面允許用戶進(jìn)行復(fù)雜查詢，利用分層控制進(jìn)行詳細(xì)注釋，結(jié)果以簡化的表格視圖呈現(xiàn)。

1.2.8REACTOME數(shù)據(jù)庫 REACTOME是一個開源、開放的數(shù)據(jù)庫，為通路信息的可視化、通路注釋和分析提供直觀的生物信息學(xué)工具。

1.2.9HAPPI數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫含有2 922 202種獨特的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein protein interaction,PPI)，由23 060種人類蛋白質(zhì)連接，是當(dāng)今人類PPI數(shù)據(jù)最全面的數(shù)據(jù)庫。這些PPI包含物理/直接相互作用和高質(zhì)量的功能/間接相互作用。

1.2.10OMIM數(shù)據(jù)庫 OMIM是人類基因和遺傳表型的最全面與權(quán)威的匯編，數(shù)據(jù)庫包含了所有已知孟德爾疾病和超過15 000個基因的信息，同時專注于表型和基因型之間的關(guān)系。

1.2.11GAD數(shù)據(jù)庫 遺傳關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫是來自復(fù)雜疾病和病癥的遺傳關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，在為科學(xué)界服務(wù)超過10年后，GAD已經(jīng)退役，所有數(shù)據(jù)已被“凍結(jié)”，但可以下載免費使用。

1.2.12Cytoscape數(shù)據(jù)庫 Cytoscape是一個開源的軟件平臺，用于分子相互作用網(wǎng)絡(luò)和生物途徑的可視化，并可將這些網(wǎng)絡(luò)注釋、基因表達(dá)譜和其他狀態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合。雖然Cytoscape最初是為生物學(xué)研究而設(shè)計的，但現(xiàn)在它是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析和可視化的通用平臺。

其他生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫還有：通路信息數(shù)據(jù)庫(KEGG、PharmGKB)、藥物靶點數(shù)據(jù)庫(TTD)、結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫(RCSB、PDB)、蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(HPPRD、BioGRID、DIP)、基因信息數(shù)據(jù)庫(GO、DAVID)、蛋白質(zhì)序列和功能數(shù)據(jù)庫(UniProt)等。這些數(shù)據(jù)庫可為中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究提供強(qiáng)大的生物信息學(xué)技術(shù)支持。

2 中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法

中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的核心問題之一是評價中藥多個靶點的協(xié)同作用對疾病相關(guān)分子網(wǎng)絡(luò)的綜合影響，針對這一問題，可以通過從成分-靶點-通路-疾病的角度系統(tǒng)闡述其發(fā)揮臨床療效的作用機(jī)制。目前，中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法主要分為以下四個步驟：① 識別中藥的有效活性成分；② 識別各活性成分的作用靶點；③ 識別中藥所治療疾病的相關(guān)基因并構(gòu)建疾病網(wǎng)絡(luò)；④ 確定中藥作用靶點所調(diào)控的信號通路與網(wǎng)絡(luò)，評價中藥對疾病網(wǎng)絡(luò)的影響。具體流程如Fig 1所示。

Fig1 Chinese medicine pharmacology research roadmap based on biomolecular network

研究顯示，諸多中藥可用作預(yù)防腸道生態(tài)失調(diào)的藥物[4-5]。因此，需要一個更全面的關(guān)于中藥和腸道微生物群的數(shù)據(jù)庫，其中不僅包括中藥與腸道微生物群之間相互作用的信息，還應(yīng)整合中藥數(shù)據(jù)庫和微生物組數(shù)據(jù)庫的各自優(yōu)勢。這種整合將有助于加速中醫(yī)藥的國際化，并使研究人員從整體的角度充分了解中藥的功效。中藥-腸道菌群網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法尚處于起步、探索階段，但可能是中藥未來研究的一個重點方向。

其他方法尚有網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與多種組學(xué)(轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等)研究相結(jié)合等。如本課題組聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及動物實驗驗證結(jié)果，初步闡明了桃紅四物湯治療缺血性中風(fēng)主要物質(zhì)基礎(chǔ)為Mudanpioside E、paeoniflorin、Lactiflorin、Benzoylpaeoniflorin、β-Benzoyloxypaeoniflorin等，作用機(jī)制可能與調(diào)控Complement and coagulation cascades、Cell cycle、Neuroactive ligand-receptor Interaction等信號通路有關(guān)。目前研究已取得階段性成果，對桃紅四物湯治療缺血性中風(fēng)的分子機(jī)制亦有了新的理解和認(rèn)識[6]。

3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥復(fù)方治療慢性疾病中的應(yīng)用

中藥復(fù)方在治療疾病尤其是慢性疾病方面有著鮮明的優(yōu)點，這與復(fù)雜疾病的發(fā)生不無關(guān)系。近年來，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法揭示中藥治療相關(guān)疾病作用機(jī)制的研究越來越多，本文主要針對其在心血管疾病、婦科疾病、腎臟疾病、糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等復(fù)雜疾病研究中的運(yùn)用進(jìn)行簡要闡述，具體見Tab 2。

上述有應(yīng)用不同復(fù)方治療同種疾病，但卻是通過不同途徑達(dá)到相同治療目的，這與中醫(yī)辨證施治(同病異治)不謀而合，且從側(cè)面證實了復(fù)雜疾病的發(fā)生是由多種途徑共同作用的結(jié)果。Zheng等[7]通過整合化學(xué)成分信息及虛擬篩選，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)模型研究桃紅四物湯的分子作用機(jī)制，根據(jù)化合物-靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的分析結(jié)果表明：桃紅四物湯中的19個化合物與多個靶標(biāo)相關(guān)，“靶疾病網(wǎng)絡(luò)”表明桃紅四物湯可能對69種疾病有效。桃紅四物湯中的組合成分是骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的靶蛋白潛在的抑制劑。

在清絡(luò)飲對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療中，Zheng等[8]通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測了清絡(luò)飲的活性和協(xié)同成分。君藥苦參，主要通過抑制炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)和抗血管生成等途徑治療疾??；臣藥青風(fēng)藤，增強(qiáng)了君藥的抗炎和抗血管生成作用；佐使藥材黃柏、薯蕷用來增強(qiáng)君臣草藥的治療作用及可能通過作用一些非靶基因以抵消苦參的副作用。此外還發(fā)現(xiàn)，苦參和青風(fēng)藤主要成分之間的協(xié)同作用可能來自反饋回路和代償機(jī)制，這和該課題組前期實驗結(jié)果相一致。

Tab2 Application of network pharmacology to study the mechanism of TCM formula

以上均是利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)解釋和預(yù)測中藥復(fù)方的作用機(jī)制，既符合傳統(tǒng)中醫(yī)藥的理念又貼切現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的核心。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測出的結(jié)果經(jīng)實驗驗證，既可證實前期研究假設(shè)與猜想，又可為后續(xù)研究工作提供思路與方向。

4 展望

中醫(yī)藥歷經(jīng)千年，具有豐富的底蘊(yùn)與內(nèi)涵，而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)作為藥理學(xué)新興分支學(xué)科，易于揭示較現(xiàn)代分子藥理學(xué)更復(fù)雜的藥理學(xué)規(guī)律，雖然仍處于起步階段，但在中藥復(fù)方研究領(lǐng)域中已取得了一些突破性進(jìn)展，不但有助于中醫(yī)藥的系統(tǒng)性研究，同時保持了其研究的原創(chuàng)性，將給中醫(yī)藥的發(fā)展帶來新的思路和方法。但它仍存在著很多局限性和亟待解決的問題，如：現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性和完整性不足，對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行實驗驗證存在著一定難度，跨實驗平臺驗證結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，數(shù)據(jù)庫更新較慢甚至無人維護(hù)，篩選的成分、靶點完整性欠佳等。但這些不足皆沒有阻止研究者們對網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究新方法的探索。

本文通過介紹網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的常用數(shù)據(jù)庫及相關(guān)研究方法以及在中藥復(fù)方中的應(yīng)用，高效預(yù)測復(fù)方的潛在靶點，有利于發(fā)現(xiàn)新藥和新適應(yīng)癥。隨著中醫(yī)藥數(shù)據(jù)的積累、臨床研究以及各種分析和實驗方法的相互補(bǔ)充，研究人員可以獲得更多實質(zhì)性和真實性的信息。這些信息有利于中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、作用機(jī)制、配伍原則等通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)清晰的闡明，有利于中醫(yī)藥的現(xiàn)代化和國際化，可為藥物開發(fā)、藥物重定位、臨床診斷和個體化醫(yī)療提供關(guān)鍵技術(shù)支持。