基于网络药理学探究马齿苋与枳椇治疗糖尿病的异同分析

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-05-12 14:08 热度：

摘 要：摘要：本研究采用网络药理学探究马齿苋与枳椇治疗糖尿病物质基础和作用机制的异同。挖掘 TCMSP 和 ETCM 数据库化学成分与靶点，以 DisGeNET、Genecards 数据库筛选糖尿病基因。利用软件 Cytosca

　　摘要：本研究采用网络药理学探究马齿苋与枳椇治疗糖尿病物质基础和作用机制的异同。挖掘 TCMSP 和 ETCM 数据库化学成分与靶点，以 DisGeNET、Genecards 数据库筛选糖尿病基因。利用软件 Cytoscape3.7.0 构建共有及特有蛋白网络，构建“中药 成分靶点 疾病”网络，并对靶点进行 GO 和 KEGG 分析。结果表明马齿苋主要活性成分为木犀草素、咖啡酸和芥子酸等，枳椇的主要活性成分为柚皮素，二者共同成分为槲皮素和芹菜素等。两味药材治疗糖尿病的核心靶点为 AKT1、EGFR 和 PTGS2 等，马齿苋核心靶点为 GAPDH、MAPK8 和 TLR4 等，枳椇核心靶点为 VEGFA、ICAM1 等。共同靶点主要有糖尿病并发症、脂质与动脉粥样硬化、 PI3K-Akt、cAMP和AMPK等信号通路。此外，马齿苋特异地作用于甲状腺激素、钙和Ⅱ型糖尿病等信号通路，枳椇作用于 Ras、Rap1 和 MAPK 等信号通路。马齿苋和枳椇之间存在相同和不同主要活性成分以及靶点效应干预糖尿病，通过“成分 靶点 通路”互作网络关系阐释了不同药物治疗糖尿病差异的科学内涵。

　　关键词：马齿苋;枳椇;网络药理学;糖尿病

　　糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一种伴随因胰岛素分泌缺陷或生物作用受损引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱的异质性疾病[1]，属于中医“消渴”、“消瘅”和 “三消”范畴[2]。中国糖尿病患者总数高居世界第一，大约 11% 的人患有糖尿病[3,4]。中药由于毒性低、副作用小等特点在治疗糖尿病方面有着不可替代的优势。

　　马齿苋(Purslane oleracea, PO)，味酸，对“消渴” 病的病机阴虚燥热具有清热解毒、益气生津及散血消肿的作用[5]。枳椇(Hovenia dulcis, HD)，味甘、酸，具有清热生津、止渴除烦等作用[6]。性味及功能主治提示两味药均可治疗糖尿病，并已有研究报道证实[7-9]，但其物质基础和潜在机制的异同点尚未得到阐释。

　　网络药理学是在生物信息学、系统生物学与多向药理学等学科的基础上提出的一种新方法学科，并已在中药物质基础和作用机制研究中广泛应用[10,11]。基于此，我们利用网络药理学技术研究马齿苋、枳椇治疗糖尿病的物质基础及作用机制差异，为进一步深入研究开发和利用药食同源中药治疗糖尿病提供一定的理论依据。

　　1 材料和方法

　　1.1 PO 与 HD 成分靶标汇总

　　采用 ETCM(http://www.tcmip.cn/)、TCMSP(https:// tcmspw.com/tcmsp.php)数据库收集 PO 与 HD 成分。利用 Discovery Studio 2016 对符合 Lipinski 规则的化合物进行药代动力学评价：人类肠道吸收性(HIA)为 0 或 1 为优;水溶解度(AS)为 3 或 4。Lipinski 规则为分子量(MW)小于 500，氢键供体(Hdon)数目小于 5，氢键受体(Hacc)数目小于 10，脂水分配系数(AlogP)小于 5，可旋转键(RK)的数量不超过 10。

　　利用 SwissTarget Prediction 服务器预测 PO 与 HD 成分靶标，UniProt 校正名称。以 probability > 0 为标准收集有效靶点。

　　1.2 DM 基因汇总

　　以“Diabetes”、“Diabetes Mellitus”为关键词分别在 DisGeNET(https://www.disgenet.org/)、Genecards (https://www.genecards.org/)数据库检索疾病基因，并以 score > 0.5(DisGeNET)和 score> 50(Genecards)为标准筛选有效基因。

　　1.3 蛋白互作网络(PPI)构建

　　采用 Venny2.1 绘制韦恩图获取 PO、HD治疗 DM 共有靶点与特有靶点。运用 STRING 数据库构建 PO 与 HD 调控 DM 共有靶点和特有靶点 PPI 网络。Cytoscape3.7.0 软件进行 PPI 网络可视化。

　　1.4 构建“中药-成分-靶点-疾病”网络

　　将PO 与 HD 防治 DM 的共有和特有靶点分别导入Cytoscape3.7.0，构建“中药 成分 靶点 疾病”网络。

　　1.5 靶点生物功能注释

　　使用R4.0.3软件，利用Bioconducto(r https://www. bioconductor.org/)的 org.Hs.eg.db，colorspace，stringi， DOSE，clusterProfile，pathview，ggplot2 和 limma 等程集包，对筛选的共有和特有靶点进行GO功能和KEGG 通路分析(校正 P < 0.05)。

　　2 结果

　　2.1 基础信息汇总

　　通过检索数据库得到 PO、HD成分分别为 58 个、 45 个，经筛选获得 PO、HD 成分分别为 24 个、19 个(表1)，共有成分为芹菜素(apigenin)、槲皮素(quercetin)、山柰酚(kaempferol)和杨梅素(myricetin)。Swiss Target Prediction 预测靶点数目分别为 395 个、367 个，数据库汇总 DM 基因 856 个。将化合物靶点与 DM 相关基因取交集，得到 PO、HD 治疗 DM 的特有靶点分别为 42 个、34 个，共有靶点 66 个(图 1)。

　　2.2 关键成分筛选

　　建立“中药 成分 靶点 疾病”网络(图 2)，包含 182 个节点和 712 条相互关系，平均每个化合物连接 14 个靶点。通过分析网络拓扑性质，得到网络中起到枢纽作用的化合物。PO 中度值较大的成分为 5,7-dihydroxy-2-(3-hydroxy-4-methoxyphenyl) chroman-4- one、芥子酸(sinapic acid)、木犀草素(luteolin)、咖啡酸(caffeic acid)和 HD 中为柚皮素(naringenin)，共有成分为芹菜素(apigenin)、槲皮素(quercetin)、山柰酚(kaempferol)和杨梅素(myricetin)，见表 2。

　　2.3 关键靶点筛选

　　Cytoscape3.7.0 构建药材干预 DM 的主要作用靶点 PPI 网络。共有靶点度值排名靠前的为 AKT1(44)、 EGFR(33)、PTGS2(31)、ESR1(30)、STAT3(26)、 CXCL8(27)、PPARG(23)、PIK3CA(21)、IGF1R(19)和 SERPINE1(17)(图 3 C)，在二者防治 DM 的过程中占主要地位。PO 特有靶点排名靠前的为 GAPDH (20)、MAPK8(19)、MAPK1(19)和TLR4(10)(图3 A)，而 HD 为 VEGFA(16)、ICAM1(9)、MAPK14(9)和 HMOX1(8)(图 3 B)。

　　2.4 靶点生物功能注释

　　2.4.1 共有靶点 共有靶点调控DM 涉及 1 595条生物过程，与DNA结合、转录因子活性的调控、氧化应激反应 RNA 分解代谢过程和 DNA 代谢过程的调控等生物过程有关;涉及 134 个细胞组分，与黏着、细胞-基底连接等细胞组分有关，涉及 162个分子功能，与泛素蛋白连接酶结合、泛素样蛋白连接酶结合等分子功能有关(图 4 A)。涉及 122 条通路，主要有 PI3K-Akt、糖尿病心肌病、RAGE(糖尿病并发症)、脂质与动脉粥样硬化、cAMP 和 AMPK 等信号通路(图 4 B)。

　　本文来源于：《特产研究》主要报道特种经济动、植物的引种驯化、遗传育种、饲养繁殖、疾病防治、栽培管理、病虫害防治、产品加工、贮藏保鲜等方面的新科研成果;包括畜牧学、兽医学、药理学、营养学、栽培学、中药学、分析化学等各学科领域的研究报告、前沿报道、简报等，本刊均欢迎投稿。

　　2.4.2 PO 特有靶点 PO 特有靶点调控 DM 涉及 1 432 条生物过程，与 RNA 分解代谢过程和 DNA 结合转录因子活性的调控等生物过程有关;涉及 127 个细胞组分，与黏着、细胞 基底连接等细胞组分有关;涉及 154 个分子功能，与泛素蛋白连接酶结合、泛素样蛋白连接酶结合等分子功能有关(图 5 A);涉及 117 条通路，主要有PI3K-Akt、糖尿病心肌病、脂质与动脉粥样硬化、甲状腺激素、钙、RAGE(糖尿病并发症)、 cAMP、AMPK 和Ⅱ型糖尿病等信号通路(图 5 B)。

　　2.4.3 HD 特有靶点 HD 调控 DM 涉及 547 条生物过程，与翻译后蛋白修饰、蛋白质 DNA 复合物组装等生物过程有关;涉及 43 个细胞组分，与主轴、黏着等细胞组分有关;涉及 55 个分子功能，与泛素蛋白连接酶结合、泛素样蛋白连接酶结合等分子功能有关(图 6 A);涉及 11 条通路，有 PI3K-Akt、脂质与动脉粥样硬化、Ras、Rap1、MAPK 和 RAGE(糖尿病并发症)等信号通路(图 6 B)。

　　3 讨论

　　《千金要方·食治篇》记载：“知其所犯，以食治之，食疗不愈，然后命药”，且药食同源治疗 DM 能够平衡各个器官功能，有效控制血糖和预防糖尿病并发症[12]。马齿苋、枳椇被收载于《国家药食同源目录》，药用和食用历史悠久。因此，采用网络药理学技术对二者治疗糖尿病的物质基础及作用机制进行对比，并分析其异同点。

　　“中药 成分 靶点 疾病”网络显示，PO、HD 防治糖尿病的物质基础既存在共同点又具有明显差异。 PO 与HD 共同通过槲皮素、杨梅素等防治DM，此外， PO 中的木犀草素、咖啡酸和芥子酸与 HD 中的柚皮素在防治 DM 过程中起到非常重要的作用。槲皮素能增加MAPK表达水平而减轻大鼠外周胰岛素抵抗[13]。木犀草素通过抑制大鼠胰腺TLR4 表达改善胰岛素抵抗作用 [14]。柚皮素能激活 AMPK/Nrf2/HO-1 信号通路，增强抗氧化反应，减轻糖尿病小鼠心肌损伤[15]。

　　分析 PPI 网络发现，PO 与 HD 共有靶点度值排名靠前的靶点居多，有 AKT1、PPARG、PIK3CA 和 SERPINE1 等，说明两者除共有成分外，二者的特有成分也能通过作用共同靶点来发挥疗效。分析两味药材的特有靶点，发现 HD 涉及靶点数目远远少于 PO，说明 PO 发挥疗效的物质基础更广，干预的靶点与通路更多。富集分析结果显示 HD 和 PO 集中在糖尿病并发症、脂质与动脉粥样硬化、PI3K-Akt、cAMP 和 AMPK 等信号通路。胰岛素通过激活 PI3K/AKT 信号通路，调节血脂和葡萄糖代谢平衡[16]。PPARG 的激活使机体外周组织对胰岛素的敏感性增加，抑制肝脏糖异生，脂肪组织脂肪酸分解抑制、合成增加等[17]。PO特异地作用于甲状腺激素、钙和Ⅱ型糖尿病等信号通路，HD 特异地作用于 Ras、MAPK 信号通路。胞内 Ca 2+浓度升高触发胰腺 细胞分泌胰岛素，Ca 2+通道和活性的改变对胞内钙浓度及胰岛素的分泌都起到关键作用[18]。药物干预 cAMP 信号通路可增加电活动和 Ca 2+信号，此外，cAMP 还有助于胰岛素合成、细胞分化和增殖[19]。

　　本研究通过共有成分和特有成分的靶点分析，阐释了 PO、HD 在防治 DM 方面的物质基础和潜在作用机制差异，为进一步研究开发和利用马齿苋、枳椇资源提供参考，也为深入揭示药食同源中药的药效物质基础和作用机制研究提供一定的理论依据。——论文作者：陈成龙，刘兰玲，史继童，颜培正，李佳，赵东升※

　　参 考 文 献

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　　[2] 魏军平，柏力萄，魏璠. 浅论“消渴”与糖尿病名候疏义[J]. 世界科学技术-中医药现代化，2019，21(1)：54-58.

　　[3] MA RCW. Epidemiology of diabetes and diabetic complications in China[J]. Diabetologia, 2018, 61(6): 1249-1260.

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文章名称：基于网络药理学探究马齿苋与枳椇治疗糖尿病的异同分析

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