鄭 佳,王永霞,胡宇才,朱智琦,任紅杰,陳 鵬,喬利杰,李 彬
(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,河南 鄭州 450000; 2.河南中醫(yī)藥大學(xué),河南 鄭州 450046)
心肌梗死(myocardial infarction,MI)是由冠狀動脈短暫或永久性閉塞,心肌發(fā)生嚴(yán)重、持續(xù)的缺血缺氧引起局部壞死所導(dǎo)致的嚴(yán)重心血管疾病,是我國心血管疾病的重要致死因素之一[1]。據(jù)《中國心血管疾病與健康報告2020》要點(diǎn)解讀[2]顯示,2002—2018年急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)的病死率總體呈上升態(tài)勢,嚴(yán)重威脅人們的生命和健康。因此,如何有效防治MI迫在眉睫。目前,西醫(yī)治療MI主要以藥物治療、介入手術(shù)、冠狀動脈內(nèi)溶栓、冠脈搭橋?yàn)橹鳎鞣N手術(shù)治療均存在不可預(yù)知的并發(fā)癥。中醫(yī)藥在預(yù)防介入術(shù)后再狹窄、防治再灌注后無復(fù)流、改善患者臨床癥狀、提高患者生活質(zhì)量、增加活動耐量和改善患者遠(yuǎn)期預(yù)后等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢,已逐漸成為臨床治療心肌梗死的重要手段[3]。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,心肌梗死可歸為“胸痹”“真心痛”范疇?!鹅`樞·厥病》曰:“真心痛,手足清至節(jié),心痛甚,旦發(fā)夕死,夕發(fā)旦死?!庇纱丝芍摬樾乇灾匕Y。該病基本病機(jī)為氣虛、寒凝、痰瘀痹阻,主要治則為益氣溫陽通絡(luò)、活血祛痰。調(diào)脂通絡(luò)膠囊是由河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院院內(nèi)制劑調(diào)脂膠囊和冠心舒樂膠囊合方優(yōu)化篩選而成,自1993年起運(yùn)用于臨床。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[4-6]表明,調(diào)脂膠囊和冠心舒樂膠囊不但具有顯著的抗動脈粥樣硬化、調(diào)脂作用,而且在防治冠心病、心絞痛方面有很大優(yōu)勢。調(diào)脂通絡(luò)膠囊是由上述兩種藥優(yōu)化篩選出紅參、紅曲、三七、血竭、皂角刺5味中藥組方,其防治冠心病心肌梗死的作用機(jī)制有待進(jìn)一步的循證支持。筆者基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析調(diào)脂通絡(luò)膠囊的活性成分及作用靶點(diǎn),明確藥物-活性成分-靶點(diǎn)-疾病之間的相互作用關(guān)系,繼而系統(tǒng)揭示其治療MI的藥理機(jī)制,為進(jìn)一步研究調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治MI提供新的研究思路及理論依據(jù)。
TCMSP數(shù)據(jù)庫(http://tcmspw.com/tcmsp.php);TCMIP數(shù)據(jù)庫(http://www.tcmip.cn/TCMIP/index.php/Home/Login/login.html);PubChem (http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov);SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫(http://www.SwissTargetprediction.ch/);Uniprot數(shù)據(jù)庫(http://www.uniprot.org/);Therapeutic Target Database數(shù)據(jù)庫(TTD,http://db.idrblab.net/ttd/);DisGeNET數(shù)據(jù)庫(http: //www.disgenet.org);OMIM數(shù)據(jù)庫((https://www.omim.org);STRING數(shù)據(jù)庫(https://cn.string-db.org/);DAVID數(shù)據(jù)庫(https://david.ncifcrf.gov/);Veney 2.1軟件(http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html);Cytoscape 3.7.2軟件;OmicShare 基迪奧生物信息云平臺(http://www.omicshare.com)。
在TCMSP數(shù)據(jù)庫中以“紅參”“三七”“紅曲”“皂角刺”“血竭”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索,獲取相關(guān)的活性成分信息,以口服生物利用度(OB)≥30%、類藥性(DL)≥18%為條件對活性成分進(jìn)行篩選。未檢索到活性成分的藥物,通過TCMIP數(shù)據(jù)庫及文獻(xiàn)檢索進(jìn)行補(bǔ)充。在PubChem數(shù)據(jù)庫中獲取篩選后所得到的活性成分的標(biāo)準(zhǔn)Smiles結(jié)構(gòu)。
使用活性成分的Smiles結(jié)構(gòu)在SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫中對藥物作用靶點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測,并以Probability≥0%為條件進(jìn)行靶點(diǎn)篩選。將在SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫與TCMSP數(shù)據(jù)庫中獲得的藥物靶點(diǎn)進(jìn)行整合,得到所有的藥物作用靶點(diǎn)。通過UniProt數(shù)據(jù)庫對藥物靶點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
在TTD數(shù)據(jù)庫、DisGeNET數(shù)據(jù)庫、OMIM數(shù)據(jù)庫以“myocardial infarction”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索并整合,獲取疾病相關(guān)靶點(diǎn)。
將藥物作用靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)導(dǎo)入Venny 2.1軟件中取交集,獲取治療MI的潛在作用靶點(diǎn),并繪制韋恩圖。將潛在作用靶點(diǎn)導(dǎo)入功能蛋白締合網(wǎng)絡(luò)在線數(shù)據(jù)庫STRING數(shù)據(jù)庫,選擇“multiple proteins”,種屬設(shè)定為“homo sapiens”,進(jìn)行蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein-protein interaction,PPI)分析,物種設(shè)置為“Homo sapiens”,設(shè)置最低相互作用閾值為“highest confidence”(0.900),隱藏游離點(diǎn),構(gòu)建蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)模型(PPI),并導(dǎo)出string interactions數(shù)據(jù),運(yùn)用Cytoscape 3.7.2進(jìn)行可視化。通過Cytoscape 3.7.2構(gòu)建“藥物-活性成分-靶點(diǎn)-疾病”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
通過DAVID數(shù)據(jù)庫對潛在作用進(jìn)行GO富集分析及KEGG通路分析。以P<0.05作為篩選條件,獲得GO富集分析結(jié)果和KEGG 通路分析結(jié)果,通過OmicShare繪制KEGG氣泡圖。
通過TCMSP數(shù)據(jù)庫及TCMIP數(shù)據(jù)庫獲得符合篩選標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)脂通絡(luò)膠囊的活性成分37個,其中紅參4個、三七8個、皂角刺11個、血竭14個、紅曲0個。經(jīng)文獻(xiàn)[7-8]補(bǔ)充后,獲取紅曲活性成分5個。去除重復(fù)值,共獲得31個活性成分。其中度值較高的活性成分為槲皮素、β-谷甾醇、山柰酚等。
將活性成分的Smiles結(jié)構(gòu)導(dǎo)入SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫,設(shè)置條件為Probability≥0%,將所得靶點(diǎn)與TCMSP數(shù)據(jù)庫中所得靶點(diǎn)合并,獲得調(diào)脂通絡(luò)膠囊所有靶點(diǎn)。檢索TTD數(shù)據(jù)庫、DisGeNET數(shù)據(jù)庫、OMIM數(shù)據(jù)庫,獲得與心肌梗死相關(guān)的疾病靶點(diǎn)。將調(diào)脂通絡(luò)膠囊所有靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)導(dǎo)入Venny 2.1軟件,最終獲得潛在作用靶點(diǎn)138個,并繪制韋恩圖,見圖1。
圖1 調(diào)脂通絡(luò)膠囊-心肌梗死靶點(diǎn)韋恩圖
將上述獲得的138個潛在作用靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò),并利用Cytoscape 3.7.2進(jìn)行可視化,見圖2。該網(wǎng)絡(luò)共有113個節(jié)點(diǎn),348條邊。面積越大,邊越粗,代表 Degree 越高;Degree越高,表明該靶點(diǎn)與其他靶點(diǎn)的相關(guān)性越明顯,在網(wǎng)絡(luò)中越重要[9]。經(jīng)排序,Degree 值排名前三的核心靶點(diǎn)分別為抑癌基因(TP53)、蛋白激酶(AKT1)、促分裂原活化蛋白激酶1(MAPK1),這3個靶點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中與其他靶點(diǎn)的相關(guān)性明顯,在整個調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中起到樞紐作用,可能是調(diào)脂通絡(luò)膠囊治療心肌梗死的關(guān)鍵靶點(diǎn)。
圖2 調(diào)脂通絡(luò)膠囊-心肌梗死蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖
將5種中藥、31個活性成分、138個潛在作用靶點(diǎn)通過Cytoscape 3.7.2軟件進(jìn)行相連,繪制調(diào)脂通絡(luò)膠囊-活性成分-靶點(diǎn)-心肌梗死相互作用網(wǎng)絡(luò)圖,見圖3。其中三角形代表藥物,六邊形代表疾病,箭頭代表活性成分,橢圓形代表靶點(diǎn)。圖中可見多個靶點(diǎn)對應(yīng)同一活性成分,一個靶點(diǎn)也可與多個活性成分相對應(yīng),表明調(diào)脂通絡(luò)膠囊治療心肌梗死具有多成分、多靶點(diǎn)的特點(diǎn),也體現(xiàn)出中藥方劑的復(fù)雜性與整體性。
圖3 調(diào)脂通絡(luò)膠囊-活性成分-靶點(diǎn)-心肌梗死相互作用網(wǎng)絡(luò)圖
通過DAVID數(shù)據(jù)庫對138個潛在靶點(diǎn)進(jìn)行GO富集分析。GO富集分析包括生物過程(biological process,BP)、細(xì)胞組分(cellular component,CC)和分子功能(molecular function,MF)3個部分,結(jié)果顯示,富集到生物過程相關(guān)條目共548條,細(xì)胞組分相關(guān)條目共60條,分子功能相關(guān)條目共104條。根據(jù)富集基因數(shù)排序,選擇GO富集分析的前10個結(jié)果用柱狀圖表示,見圖4。由圖4可知,GO富集分析主要涉及細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號通路、基因表達(dá)的正向調(diào)控、凋亡過程的負(fù)調(diào)控等生物過程,胞質(zhì)溶膠、細(xì)胞外空間、細(xì)胞外區(qū)等細(xì)胞組分,以及蛋白質(zhì)結(jié)合、酶結(jié)合、鋅離子結(jié)合等分子功能。
圖4 調(diào)脂通絡(luò)膠囊-心肌梗死共同靶點(diǎn)GO功能富集分析圖
通過DAVID數(shù)據(jù)庫對138個潛在作用靶點(diǎn)進(jìn)行KEGG通路分析,共富集到149條信號通路。選擇KEGG通路分析中與心肌梗死密切相關(guān)的前20條,采用OmicShare繪制氣泡圖,見圖5。由圖5可見,顯著性較高的通路包括糖尿病并發(fā)癥中的AGE-RAGE信號通路、脂質(zhì)和動脈粥樣硬化、流體剪切應(yīng)力和動脈粥樣硬化等。
圖5 調(diào)脂通絡(luò)膠囊-心肌梗死共同靶點(diǎn)KEGG通路分析圖
調(diào)脂通絡(luò)膠囊由紅參、三七、血竭、紅曲、皂角刺5味中藥組成,其中紅參益氣補(bǔ)脾、活血化瘀,三七散瘀止血、活血定痛,血竭活血化瘀、消炎止痛、收斂止血、軟堅散結(jié),紅曲活血化瘀、健脾消食,皂角刺拔毒排膿、活血消腫。諸藥合用,共奏活血化瘀、利濕化痰之效?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,紅參中的化學(xué)成分人參皂苷 Rg1可通過提高氧自由基清除能力,抑制炎性因子表達(dá),從而抑制冠心病大鼠心肌細(xì)胞凋亡[10];人參皂苷Rb1還能顯著增加抗凋亡蛋白的表達(dá),降低促凋亡蛋白的表達(dá),起到抑制心肌細(xì)胞凋亡的目的[11]。三七可降低血脂,預(yù)防動脈粥樣硬化,降低血壓,降低心肌收縮力和耗氧量,改善心肌供血情況,在冠心病的整個治療過程中發(fā)揮一定的作用[12]。LI C等[13]研究顯示,急性心肌梗死小鼠經(jīng)血竭預(yù)處理后,白細(xì)胞介素-6(IL-6)、磷酸化JAK激酶2(p-JAK2)、磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄因子3(p-STAT3)顯著上調(diào),磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)、蛋白激酶B(Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)激活,并調(diào)節(jié)其下游靶蛋白血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、環(huán)氧化物酶2(COX2)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ),促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖,調(diào)節(jié)心肌代謝,從而使心肌免受損傷。閆翔等[14]觀察紅曲改善老年冠心病患者頸動脈粥樣斑塊及血脂的療效,結(jié)果顯示,紅曲可通過調(diào)控血脂、改善血管內(nèi)皮功能,穩(wěn)定頸動脈粥樣硬化斑塊,促進(jìn)斑塊逆轉(zhuǎn),從而減輕或防止冠狀動脈硬化進(jìn)展。范科華等[15]給予急性心肌梗死模型犬皂角刺提取物等藥物灌腸,結(jié)果發(fā)現(xiàn),皂角刺提取物可以改善模型犬的心臟舒張順應(yīng)性,降低急性心肌梗死后心臟舒張壓及平均動脈壓,增加 MI 后冠狀靜脈竇血氧含量,降低氧耗量,增強(qiáng)心肌細(xì)胞對缺氧的耐受,起到縮小心肌梗死范圍的作用。雖然現(xiàn)代研究已對調(diào)脂通絡(luò)膠囊各個組成成分的藥理學(xué)作用進(jìn)行了明確闡釋,但調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治MI的作用機(jī)制仍有待明確。
筆者基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對調(diào)脂通絡(luò)膠囊治療心肌梗死的作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究,共發(fā)現(xiàn)調(diào)脂通絡(luò)膠囊31個活性成分,其中度值較高的為槲皮素、β-谷甾醇、山柰酚等。何亞磊等[16]研究表明,槲皮素可顯著減輕心肌缺血再灌注損傷引起的心肌組織損傷,改善心臟功能,抑制心肌組織炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)。嚴(yán)寧等[17]發(fā)現(xiàn),β-谷甾醇可能通過ERK1/2信號通路緩解心肌缺血再灌注大鼠出現(xiàn)的氧化應(yīng)激和炎癥損傷,并抑制其心肌細(xì)胞的凋亡。鄒小艷等[18]探討山柰酚對大鼠離體心肌缺血再灌注損傷模型的保護(hù)作用及抑制脂代謝和細(xì)胞凋亡作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),山柰酚可減輕心肌缺血再灌注損傷后心肌梗死面積,改善冠狀動脈血流,減少心肌標(biāo)志酶乳酸脫氫酶(LDH)的漏出,改善灌注后左心室收縮功能。據(jù)此推測,調(diào)脂通絡(luò)膠囊可能主要通過以上成分發(fā)揮作用。
本次研究共預(yù)測到138個治療MI的潛在靶點(diǎn),其中,度值較高的為TP53、Akt1、MAPK1等。此外還存在B細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)、BCL2-Associated X的蛋白質(zhì)(Bax)等與細(xì)胞凋亡相關(guān)的靶點(diǎn)。TP53是一種腫瘤抑制因子,研究[19-20]表明,TP53是維持心血管生理功能與病理過程的關(guān)鍵,可調(diào)節(jié)代謝與心臟結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白的表達(dá),還可通過抗血管生成、促凋亡、促自噬、促壞死調(diào)節(jié)心血管疾病的進(jìn)展,在心肌缺血再灌注損傷和梗死后心室重構(gòu)期間參與調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞凋亡、自噬和壞死。Akt1是蛋白激酶B的一種亞型,與心血管系統(tǒng)關(guān)系密切,可調(diào)節(jié)心臟生長、冠狀血管生成。研究表明,環(huán)形RNA可通過激活A(yù)kt1磷酸化和核易位減輕心肌損傷后心肌細(xì)胞凋亡,增強(qiáng)心臟修復(fù)能力[21]。MAPK1也稱為細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶2,可通過纖維化信號級聯(lián)蛋白影響心肌纖維化,調(diào)控細(xì)胞凋亡,保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷[22]。GO功能分析結(jié)果顯示,調(diào)脂通絡(luò)膠囊主要通過調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞凋亡、缺氧等方面參與心肌梗死的治療。KEGG通路富集分析結(jié)果顯示,調(diào)脂通絡(luò)膠囊主要通過脂質(zhì)和動脈粥樣硬化、流體剪切力和動脈粥樣硬化、腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素-17(IL-17)、細(xì)胞凋亡、信號通路p53等信號通路發(fā)揮降脂、抗炎、抑制細(xì)胞凋亡的作用。目前認(rèn)為,流體剪切力是動脈阻塞或嚴(yán)重狹窄后動脈生成的主要觸發(fā)因素,可改善缺血組織血循環(huán),促進(jìn)血管新生[23-24]。國外研究[25]表明,體外心臟震波可以形成快速而短暫的剪切力,促使血管內(nèi)皮生長因子上調(diào)、血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、缺血組織中毛細(xì)血管新生,改善豬AMI模型的冠脈側(cè)支循環(huán)。TNF信號通路是維持組織穩(wěn)態(tài)和防止炎癥病理的關(guān)鍵,與細(xì)胞存活和凋亡相關(guān)[26]。IL-17家族成員參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié),并且在不同的疾病中發(fā)揮著不同的作用。其家族包括6種細(xì)胞因子,分別為IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E和IL-17F。其中,IL-17A是家族的原型,也是家族中最重要的炎癥因子。研究[27]表明,IL-17A參與多種心血管疾病的發(fā)病過程,包括動脈粥樣硬化、高血壓病、病毒性心肌炎和擴(kuò)張性心肌病等。細(xì)胞凋亡是指基于維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,由基因控制的細(xì)胞自主、程序性的死亡方式。心肌梗死發(fā)生時,心肌缺血缺氧,自由基大量生成、鈣超載導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生過多及清除不足,活性氧在體內(nèi)積聚引起氧化損傷,最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。Bcl-2、Bax屬于Bcl-2家族,是目前已知的細(xì)胞凋亡中最核心的兩個基因。Bcl-2為凋亡抑制基因,可通過維持 Ca2+的動態(tài)平衡、拮抗促凋亡蛋白的表達(dá)和穩(wěn)定細(xì)胞線粒體膜來抑制細(xì)胞凋亡[28]。Bax為促凋亡基因,可與Bcl-2形成異二聚體而啟動信號通路,導(dǎo)致線粒體損傷,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[29]。Bcl-2/Bax的比值決定了細(xì)胞凋亡的發(fā)生與否[30]。改善 Bcl-2和(或) Bax 蛋白表達(dá),增加Bcl-2/Bax比值,可降低心梗后心肌細(xì)胞的凋亡率[31]。
本課題組前期探討調(diào)脂通絡(luò)膠囊對MI大鼠心功能及細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的影響[32],根據(jù)冠心病的發(fā)病機(jī)制建立大鼠心肌缺血再灌注模型,探討調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治心肌缺血再灌注損傷的可能藥理學(xué)機(jī)制。研究結(jié)果顯示,調(diào)脂通絡(luò)膠囊能夠改善血脂異常,降低總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)在血清中的含量,與阿托伐他汀具有等效性;同時能夠改善心功能,抑制心肌凋亡,提高心肌梗死大鼠存活率,其作用機(jī)制可能與上調(diào)Bcl-2的表達(dá)、下調(diào)Bax的表達(dá)、上調(diào)Bcl-2/Bax的比值有關(guān)。此外,前期的基礎(chǔ)研究[33-36]還證實(shí),調(diào)脂通絡(luò)膠囊可以抑制心肌梗死后血清中群體反應(yīng)性抗體(PRA)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、醛固酮(ALD)、心鈉肽ANP、腦鈉肽(BNP)、TNF-α、IL-6含量,延緩心室重構(gòu)進(jìn)程;可使LDH、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、丙二醛(MDA)、髓過氧化物酶(MPO)、內(nèi)皮縮血管肽1(ET-1)含量均明顯降低,缺血區(qū)心肌組織一氧化氮(NO)及內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、過氧化氫酶(CAT)的含量明顯升高,縮小心肌梗死范圍,改善心肌病理形態(tài),降低心肌缺血再灌注損傷心肌細(xì)胞凋亡率,對再灌注損傷的心肌有延遲保護(hù)作用。以上研究結(jié)論為調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治冠心病藥物機(jī)制研究和臨床運(yùn)用提供了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)依據(jù),此與以上KEGG通路富集結(jié)果相一致。本研究基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治心肌梗死的作用機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),調(diào)脂通絡(luò)膠囊可能通過槲皮素、β-谷甾醇、山柰酚等多個活性成分,作用于TP53、Akt1、MAPK1、Bal-2、Bax等多個疾病靶點(diǎn),通過脂質(zhì)和動脈粥樣硬化、流體剪切力和動脈粥樣硬化、TNF、IL-17、細(xì)胞凋亡、信號通路p53等多個信號通路發(fā)揮降脂、抗炎、抑制細(xì)胞凋亡的作用。此結(jié)果不僅佐證了本課題組前期對調(diào)脂通絡(luò)膠囊的研究結(jié)論,也為進(jìn)一步研究調(diào)脂通絡(luò)膠囊防治心肌梗死的藥理機(jī)制提供了新的思路與方向。