湯春花,梁鳳友,高永堅(jiān),曾杉,李秀嫻,陳雨平,李靜榮
國(guó)藥集團(tuán)廣東環(huán)球制藥有限公司,廣東 佛山 528305
多數(shù)45~55歲的女性體內(nèi)雌激素和孕激素逐漸減少,月經(jīng)周期的頻率發(fā)生改變,最初被稱(chēng)為更年期前期,月經(jīng)停止12 個(gè)月時(shí),被稱(chēng)為更年期,也稱(chēng)圍絕經(jīng)期(perimenopausal)。這一階段除了月經(jīng)周期的改變外,還會(huì)出現(xiàn)如潮熱、盜汗、失眠、情緒低落、泌尿生殖系統(tǒng)不適等癥狀,這一系列的表現(xiàn)也稱(chēng)為圍絕經(jīng)期綜合征(perimenopausal syndrome,PMS)[1-2]。目前臨床上對(duì)于PMS 多采用雌激素替代療法,但這一療法不良反應(yīng)較大、療效不理想[3-4],許多人無(wú)法耐受。因此,亟須進(jìn)一步探討PMS 的發(fā)病機(jī)制,為PMS的治療提供新的安全、有效、耐受的治療藥物。
中醫(yī)理論中,雌激素和其他激素統(tǒng)稱(chēng)為精,精藏在中醫(yī)的“腎”實(shí)體中,是所有陰陽(yáng)的起源。PMS 是由于精的減少,導(dǎo)致陰陽(yáng)之間的平衡紊亂等多種癥狀,潮熱盜汗即是陰無(wú)法抑制陽(yáng)的活動(dòng)的信號(hào)?!饵S帝內(nèi)經(jīng)》中描述圍絕經(jīng)期:“女子七七任脈虛,太沖脈衰少,天癸竭,地道不通,故形壞而無(wú)子也?!保?]“天癸”是腎精腎氣充盛到一定程度時(shí),體內(nèi)出現(xiàn)的具有促進(jìn)生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖的一種物質(zhì),故PMS 的發(fā)生主要以腎虛為主。栗春芳等[6]認(rèn)為腎為五臟陰陽(yáng)之本,腎虛導(dǎo)致臟腑功能失調(diào),出現(xiàn)各種臨床癥狀。綜上,腎陰虛是PMS 發(fā)生的根本原因,腎陰不足,不能上濟(jì)心火,則心火偏亢,至虛火伏藏陰分,寐則衛(wèi)氣行于陰,助長(zhǎng)陰分伏火,兩陽(yáng)相加,迫使陰液汗出而盜汗。
當(dāng)歸六黃湯源于金代名醫(yī)李杲的《蘭室秘藏》,由當(dāng)歸、生地黃、熟地黃、黃芩、黃柏、黃連、黃芪7 味藥組成,功能主治為滋陰瀉火、固表止汗[7],《蘭室密藏》卷下稱(chēng)當(dāng)歸六黃湯為“治盜汗之圣藥也”[8]?,F(xiàn)代研究表明,當(dāng)歸六黃湯治療陰虛火旺型圍絕經(jīng)期綜合征療效確切,治療后患者雌二醇水平顯著高于化學(xué)藥組,黃體生成素、卵泡刺激素顯著低于化學(xué)藥組,且不良反應(yīng)發(fā)生率低,用藥安全性更高[9]。但當(dāng)歸六黃湯治療PMS 的作用機(jī)制尚不明確。
本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué),通過(guò)多組分、多靶點(diǎn)、多通路的篩選,網(wǎng)絡(luò)可視化和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)分析,闡明藥物、靶點(diǎn)和疾病之間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,預(yù)測(cè)和分析中藥的多靶點(diǎn)作用機(jī)制,為當(dāng)歸六黃湯治療PMS提供參考。
分別以當(dāng)歸、黃芪、熟地黃、生地黃、黃芩、黃連、黃柏為關(guān)鍵詞在中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(TCMSP,https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)檢索當(dāng)歸六黃湯的全部活性成分,建立當(dāng)歸六黃湯化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。采用口服生物利用度(OB)、類(lèi)藥性(DL)2 項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)當(dāng)歸六黃湯活性成分的成藥性。設(shè)置OB≥30%、DL≥0.18 篩選活性成分,并獲取活性成分對(duì)應(yīng)蛋白靶點(diǎn)。將蛋白靶點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入U(xiǎn)niProt 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.uniprot.org/),選擇物種為人,進(jìn)行歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化命名,刪除沒(méi)有對(duì)應(yīng)基因名稱(chēng)的目標(biāo)蛋白,獲得活性成分對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)基因。通過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道[10]完善生地黃的活性成分和靶點(diǎn)信息。
通過(guò)GeneCards(https://www.genecards.org/)、DrugBank(https://go.drugbank.com/)、OMIM(https://www.omim.org/)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取與PMS相關(guān)的靶點(diǎn),將1.1 項(xiàng)下獲取的活性成分靶點(diǎn)和PMS 疾病靶點(diǎn)導(dǎo)入微生信(http://www.bioinformatics.com.cn/)在線作圖網(wǎng)站,繪制韋恩圖,得到活性成分-PMS的交集靶點(diǎn)。
將1.2項(xiàng)下獲取的活性成分和對(duì)應(yīng)的交集靶點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1軟件,建立藥物-活性成分-交集靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖,并采用軟件中的“Network Analyzer”功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯Y選出核心活性成分和潛在靶點(diǎn)。
將1.2項(xiàng)下獲取的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING(https://cn.string-db.org/)數(shù)據(jù)庫(kù),選擇“Multiple proteins”,種屬設(shè)置為“Homo sapiens”,Interaction score 設(shè)定為0.400,并選擇隱藏散在的節(jié)點(diǎn),獲取交集靶點(diǎn)的PPI網(wǎng)絡(luò)。將PPI網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1軟件中進(jìn)行可視化分析,通過(guò)CytoNCA 插件進(jìn)行拓?fù)鋵W(xué)分析,分別以度值(degree,表示某一節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的連接性)、中間中心性(betweenness centrality,BC,表示經(jīng)過(guò)某一節(jié)點(diǎn)的最短路徑的數(shù)量)、接近中心性(closeness centrality,CC,表示某一節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的平均距離)的中位值為條件,篩選確定核心靶點(diǎn)。
將1.2 項(xiàng)下獲得的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入metascape 在線數(shù)據(jù)庫(kù)(https://metascape.org/),進(jìn)行GO 功能注釋和KEGG 通路富集分析。其中,GO 富集分析通過(guò)3個(gè)維度來(lái)解釋和注釋基因,包括細(xì)胞組分(CC)、分子功能(MF)和生物過(guò)程(BP)分析;而KEGG通路富集主要進(jìn)行路徑分析。分析物種為“Human(智人)”,每條通路至少包含3 個(gè)基因,P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
利用Discovery Studio 2016軟件對(duì)當(dāng)歸六黃湯關(guān)鍵活性成分與核心靶點(diǎn)的結(jié)合能力進(jìn)行對(duì)接預(yù)測(cè)。當(dāng)歸六黃湯關(guān)鍵活性成分的.Mol2 格式文件和蛋白質(zhì)的.PDB 格式文件分別從TCMSP 和PDB 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.rcsb.org/)下載。導(dǎo)入后,將目標(biāo)蛋白的所有晶體水分子清除,采用軟件中的“prepare protein”模塊對(duì)蛋白質(zhì)受體進(jìn)行去除原配體、水分子及添加氫原子等預(yù)處理并尋找活性口袋。對(duì)小分子配體進(jìn)行能量最小化處理,并將小分子配體的所有柔性鍵設(shè)置為可旋轉(zhuǎn),應(yīng)用軟件中的CDOCKER功能對(duì)核心靶點(diǎn)蛋白受體和活性成分小分子配體進(jìn)行分子對(duì)接。以目標(biāo)蛋白與配體之間的氫鍵、靜電相互作用、π-π 鍵或范德華力等各種鍵能來(lái)計(jì)算兩者的結(jié)合能。結(jié)合能表示為負(fù)數(shù),數(shù)值越高表示結(jié)合能力越強(qiáng),結(jié)合越穩(wěn)定。受體蛋白和小分子之間相互作用以2D結(jié)構(gòu)表示。
通過(guò)TCMSP共檢索到當(dāng)歸六黃湯主要活性化合物111 個(gè),其中當(dāng)歸2 個(gè)、黃芪20 個(gè)、熟地黃2 個(gè)、黃芩36 個(gè)、黃連14 個(gè)、黃柏37 個(gè)。進(jìn)一步得到活性成分對(duì)應(yīng)的蛋白靶點(diǎn),刪除無(wú)對(duì)應(yīng)蛋白靶點(diǎn)的活性成分。將蛋白靶點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入U(xiǎn)niProt數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)和矯正,刪除無(wú)對(duì)應(yīng)靶點(diǎn)基因的靶蛋白,輸出對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)基因。與此同時(shí),通過(guò)查閱文獻(xiàn)[10]完善了生地黃的活性成分1個(gè)和靶點(diǎn)基因38個(gè),共獲得活性成分86個(gè)和對(duì)應(yīng)靶點(diǎn)基因216個(gè)。活性成分見(jiàn)表1。
表1 當(dāng)歸六黃湯主要活性成分
續(xù)表1
續(xù)表1
獲取PMS 相關(guān)的843 個(gè)靶點(diǎn)基因,將其與當(dāng)歸六黃湯活性化合物的216 個(gè)靶點(diǎn)基因一并導(dǎo)入微生信在線作圖網(wǎng)站,繪制韋恩圖,取交集得到活性成分與疾病交集靶點(diǎn)基因共52個(gè)(圖1),這些基因被認(rèn)為是當(dāng)歸六黃湯治療PMS的潛在作用靶點(diǎn)。
圖1 當(dāng)歸六黃湯藥物靶點(diǎn)和PMS疾病靶點(diǎn)韋恩圖
將活性成分和對(duì)應(yīng)的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1 軟件建立藥物-活性成分-交集靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)有126個(gè)節(jié)點(diǎn)、545條邊(圖2)。并采用軟件中的NetworkAnalyzer 功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯Y選出5個(gè)關(guān)鍵活性成分,見(jiàn)表2。
表2 當(dāng)歸六黃湯治療PMS度值和BC值均在前10的關(guān)鍵活性成分
圖2 當(dāng)歸六黃湯治療PMS的藥物-活性成分-交集靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)
將上述52 個(gè)交集靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING 網(wǎng)站構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò),隱藏游離節(jié)點(diǎn)。將獲得的PPI網(wǎng)絡(luò)的.TSV格式文件導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1 軟件進(jìn)行可視化分析,得到含51 個(gè)節(jié)點(diǎn)、670 條邊的網(wǎng)絡(luò)(圖3A)。利用NetworkAnalyzer 對(duì)PPI 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浞治龊陀?jì)算后,進(jìn)行第一輪篩選,取度值≥12、BC≥0.009、CC≥0.510 的靶點(diǎn),得到含有20 個(gè)節(jié)點(diǎn)、232 條邊的網(wǎng)絡(luò)(圖3B)。第二輪篩選取度值≥20、BC≥0.024、CC≥0.575 的靶點(diǎn),得到含有5 個(gè)節(jié)點(diǎn)、20 條邊的網(wǎng)絡(luò)(圖3C)。經(jīng)過(guò)2 輪篩選最終得到5 個(gè)核心靶點(diǎn),分別為白細(xì)胞介素-6(IL-6)、前列腺素G/H 合酶2(PTGS2)、雌激素受體1(ESR1)、IL-1B 和糖皮質(zhì)激素受體基因亞科3 C組成員1(NR3C1),見(jiàn)表3。
表3 當(dāng)歸六黃湯治療PMS核心靶點(diǎn)
圖3 當(dāng)歸六黃湯治療PMS交集靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)
對(duì)52個(gè)交集靶點(diǎn)的GO功能注釋分析共得到800個(gè)條目(P<0.05),包括BP 678 個(gè)、CC 37 個(gè)、MF 85 個(gè)。其中BP 主要涉及對(duì)異種刺激的反應(yīng)、細(xì)胞對(duì)有機(jī)環(huán)狀化合物的反應(yīng)、對(duì)類(lèi)固醇激素的反應(yīng)、管徑調(diào)節(jié)、異生物分解代謝過(guò)程、對(duì)脂多糖的反應(yīng)等;CC 主要涉及膜筏、突觸前膜的組成部分、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物、受體復(fù)合物、細(xì)胞器外膜等;MF主要集中于α-腎上腺素能受體活性、核受體活性、雌激素2-羥化酶活性、細(xì)胞因子受體結(jié)合等,見(jiàn)圖4A。
KEGG 富集分析主要集中在化學(xué)致癌-受體激活、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥、神經(jīng)活性配體-受體相互作用、流體剪切應(yīng)力和動(dòng)脈粥樣硬化、5-羥色胺能突觸、雌激素信號(hào)通路、突觸小泡循環(huán)、AMPK 信號(hào)通路等。KEGG 信號(hào)通路氣泡圖如圖4B所示。結(jié)果提示,發(fā)揮抗炎和雌激素樣協(xié)同作用,減少癌癥和心血管并發(fā)癥,可能是當(dāng)歸六黃湯治療PMS的主要機(jī)制。
圖4 當(dāng)歸六黃湯治療PMS靶點(diǎn)的GO功能注釋和KEGG通路富集分析
將2.3項(xiàng)下所得關(guān)鍵活性成分和2.4項(xiàng)下所得的5 個(gè)核心靶點(diǎn)基因進(jìn)行分子對(duì)接驗(yàn)證,并通過(guò)Discovery Studio 2016 計(jì)算配體與受體的結(jié)合能。結(jié)果顯示當(dāng)歸六黃湯關(guān)鍵活性成分能夠與不同核心靶點(diǎn)活性口袋中1 個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基結(jié)合,形成氫鍵、π-π 鍵或范德華力等,從而形成穩(wěn)定的對(duì)接模式,各化合物與核心靶基因結(jié)合能見(jiàn)表4。選擇結(jié)合能最低的構(gòu)象(-CDOCKER_INTERACTION_ENERGY 得分最好)對(duì)接結(jié)果進(jìn)行2D 可視化展示(圖5)。
圖5 當(dāng)歸六黃湯治療PMS活性化合物與核心靶點(diǎn)結(jié)合能最低的構(gòu)象
表4 當(dāng)歸六黃湯治療PMS活性化合物與核心靶基因結(jié)合能 kcal·mol-1
本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與分子對(duì)接相結(jié)合的方法,研究當(dāng)歸六黃湯治療PMS 的潛在活性成分、靶點(diǎn)和作用機(jī)制。通過(guò)對(duì)當(dāng)歸、黃芪、熟地黃、生地黃、黃芩、黃連、黃柏化學(xué)成分分析,確定了當(dāng)歸六黃湯中關(guān)鍵活性成分可能為槲皮素、β-谷甾醇、豆甾醇、山柰酚和7-O-甲基-異微凸劍葉莎醇。分子對(duì)接結(jié)果證明,這些化合物可以與大多數(shù)核心靶形成穩(wěn)定的對(duì)接模式。槲皮素和山柰酚是黃酮醇類(lèi)植物雌激素,其結(jié)構(gòu)與雌二醇結(jié)構(gòu)類(lèi)似,可以結(jié)合雌激素受體并經(jīng)其介導(dǎo)發(fā)揮作用,是很好的雌激素替代藥物[11-12]。槲皮素和山柰酚還具有抗癌、抗炎、保護(hù)血管和神經(jīng)元等生物活性[13-15]。豆甾醇和β-谷甾醇是常見(jiàn)的植物甾醇,被用于治療各種炎癥性疾病[16],研究表明,豆甾醇對(duì)毒性誘導(dǎo)的神經(jīng)元細(xì)胞具有很好的保護(hù)作用[17]。此外,β-谷甾醇還具有抗糖尿病、調(diào)血脂、抗癌等作用[18]。
對(duì)當(dāng)歸六黃湯和PMS的52個(gè)交集靶點(diǎn)基因進(jìn)行PPI分析,篩選確定了當(dāng)歸六黃湯治療PMS的5個(gè)核心靶基因,即IL-6、PTGS2、ESR1、IL-1B和NR3C1。研究表明,雌激素缺乏會(huì)引起女性外陰、陰道和膀胱尿道區(qū)域出現(xiàn)萎縮癥狀,50%以上的圍絕經(jīng)期女性受之困擾,臨床上主要表現(xiàn)為生殖器刺激、干燥和灼熱等炎性癥狀[19]。IL-6和IL-1B 是細(xì)胞因子,可介導(dǎo)炎性反應(yīng)參與免疫細(xì)胞的形成[20-21]。PTGS2 是一種誘導(dǎo)型酶,在大多數(shù)細(xì)胞中不表達(dá)或少量表達(dá),當(dāng)細(xì)胞受到促炎細(xì)胞因子和癌癥促進(jìn)劑的刺激時(shí),PTGS2 的表達(dá)上調(diào)并參與炎癥和腫瘤的形成和發(fā)展[22]。ESR1基因編碼雌激素受體α(ERα),可以結(jié)合槲皮素、山柰酚等植物雌激素發(fā)揮雌激素樣作用[11]。據(jù)研究,NR3C1基因的甲基化水平與認(rèn)知障礙有關(guān)[23]。
KEGG 富集分析主要集中在化學(xué)致癌-受體激活、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥、神經(jīng)活性配體-受體相互作用、流體剪切應(yīng)力和動(dòng)脈粥樣硬化、5-羥色胺能突觸、雌激素信號(hào)通路、突觸小泡循環(huán)、AMPK 信號(hào)通路等。臨床研究顯示,圍絕經(jīng)期女性是生殖系統(tǒng)惡性腫瘤的高發(fā)期[24],當(dāng)歸六黃湯可能通過(guò)“化學(xué)致癌-受體激活”和“癌癥”信號(hào)通路發(fā)揮抑制腫瘤的作用。心血管疾病是PMS 的遠(yuǎn)期并發(fā)癥之一,隨著女性趨于絕經(jīng)年齡,雌激素缺乏導(dǎo)致機(jī)體組織中的內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性下調(diào)、NO合成受阻進(jìn)而影響血管正常功能,這是促使冠心病、高血壓等一系列心血管疾病發(fā)生發(fā)展的主要因素[19]。當(dāng)歸六黃湯可能通過(guò)脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、流體剪切應(yīng)力和動(dòng)脈粥樣硬化和AMPK 信號(hào)通路來(lái)防治PMS 患者的心血管疾病。PMS 患者絕大部分會(huì)伴有盜汗和精神神經(jīng)癥狀。雌激素水平低下會(huì)導(dǎo)致植物神經(jīng)功能紊亂和代謝障礙,從而引發(fā)盜汗癥狀[25]。同時(shí)低水平的雌激素還會(huì)致使中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)單胺氧化酶的活性失于抑制,進(jìn)而促進(jìn)了中樞神經(jīng)遞質(zhì)的降解,5-羥色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NE)、多巴胺(DA)等神經(jīng)遞質(zhì)的合成受限,導(dǎo)致情緒障礙類(lèi)癥狀的發(fā)生[26-27]。當(dāng)歸六黃湯可能通過(guò)雌激素信號(hào)通路、神經(jīng)活性配體-受體相互作用、5-羥色胺能突觸、突觸小泡循環(huán)信號(hào)通路發(fā)揮雌激素樣作用,從而調(diào)控PMS 患者的盜汗和精神神經(jīng)癥狀。研究發(fā)現(xiàn),激活A(yù)MPK 信號(hào)通路可有效抑制IL-1B、IL-6 等促炎因子的分泌[28],推測(cè)當(dāng)歸六黃湯可通過(guò)激活A(yù)MPK信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用。
本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對(duì)接分析了當(dāng)歸六黃湯治療PMS 潛在活性成分、靶點(diǎn)和作用途徑。共獲取112 個(gè)有效活性成分,經(jīng)篩選得到5 個(gè)關(guān)鍵活性成分,分別為槲皮素、豆甾醇、β-谷甾醇、山柰酚和7-O-甲基-異微凸劍葉莎醇,主要發(fā)揮抗炎和雌激素樣作用;獲取52 個(gè)交集靶點(diǎn),并篩選得到5 個(gè)核心靶點(diǎn),分別是IL-6、PTGS2、ESR1、IL-1B 和NR3C1,主要參與炎癥反應(yīng)和激素調(diào)節(jié)。KEGG 富集分析結(jié)果顯示,當(dāng)歸六黃湯治療PMS主要通過(guò)化學(xué)致癌-受體激活、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥、神經(jīng)活性配體-受體相互作用、流體剪切應(yīng)力和動(dòng)脈粥樣硬化、5-羥色胺能突觸、雌激素信號(hào)通路、突觸小泡循環(huán)、AMPK 信號(hào)通路等發(fā)揮作用。同時(shí),通過(guò)分子對(duì)接驗(yàn)證了當(dāng)歸六黃湯的關(guān)鍵活性成分可以與核心靶點(diǎn)蛋白形成穩(wěn)定的對(duì)接模型。綜上可知,當(dāng)歸六黃湯通過(guò)多成分、多靶點(diǎn)、多途徑的作用機(jī)制治療PMS,主要發(fā)揮抗炎和雌激素樣協(xié)同作用。