基于网络药理学和分子对接探究经典名方桃红四物汤异病同治作用机制

本研究基于网络药理学的桃红四物汤主要成分与作用机制关联分析研究思路见图1 。

1.2桃红四物汤有效成分筛选

以桃红四物汤中生地黄、当归、川芎、白芍、桃仁和红花6味药材为关键词，在中药系统药理数据库及分析平台（traditional Chinese medicine systemspharmacology database and analysis platform，TCMSP，http://lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php）中筛选出桃红四物汤现有成分的数据；以药物口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%，类药性（drug likeness，DL）≥0.18，小肠渗透率（Caco-2）≥0.4为标准。同时，结合课题组前期研究结果及文献检索对有效活性成分进行完善。

1.3桃红四物汤化学成分潜在靶点预测、蛋白- 蛋白相互作用网络构建与分析及疾病预测

将筛选得到的有效成分在TCMSP 中预测相关靶点，将获得的桃红四物汤潜在靶点数据导入STRING 11.0 软件（http://string-db.org ），并将物种限定为“homo snpiens ”。选取置信度高于0.9 的数据，构建桃红四物汤的蛋白相互作用（protein-proteininteraction ，PPI ）网络，根据网络中基因与邻接基因的数目，找出网络的核心基因。将筛选得到桃红四物汤潜在作用靶点作为关键词，在TCMSP 中匹配靶点所对应的疾病。

1.4网络构建与分析

将“药材-成分”“成分-靶点”“靶点-疾病”文件输入Cytoscape 3.7.2构建桃红四物汤“药材-成分- 靶点”“疾病- 靶点”网络图。在网络中，药材、成分、靶点、疾病是由节点来表示，两个节点之间的相互作用由边来表示。

1.5基因本体论（gene ontology ，GO ）和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes andgenomes ，KEGG ）通路富集分析

使用DAVID Bioinformatics Resources 6.8 （https://david.ncifcrf.gov/ ）对核心靶点及PPI 核心基因进行GO 生物学过程富集分析；使用KEGG （http:// www.kegg.jp/ ）对靶点进行通路注释，筛选P ≤0.05 的显著途径进行聚类分析。

1.6 分子对接验证

使用AutoDock 软件（4.2 版）进行分子对接，该软件采用Lamarckian 遗传算法验证复合靶的关联性。在Autodock 工具中准备蛋白质和配体，目标蛋白的三维结构从RCSB-PDB 数据库（http:// www.pdb.org ）下载。对接数据库进行再对接，加入氢原子，通过Auto 工具计算对接结合能，探讨成分与靶点之间的结合作用。通过程序Pymol 绘制靶点蛋白和分子的对接图。

2结果

2.1活性成分筛选

通过筛选，确定了桃红四物汤中的25个潜在化合物（OB≥30%，DL≥0.18，Caco-2≥0.4）。同时，据文献查阅，纳入了15个活性化合物进行研究。共从桃红四物汤中筛选出40个活性化合物，其中9个来自桃仁、16个来自红花、5个来自当归、10个来自川芎、8个来自白芍、5个来自地黄。其中川芎、当归共有成分3个，桃仁、红花、当归、白芍共有成分1个，红花、白芍共有成分1个，红花、桃仁共有成分2个；川芎、白芍、生地黄共有成分1个，红花、当归、生地黄共有成分1个。筛选出的40个成分见表1。

2.2桃红四物汤作用靶点预测及PPI网络构建

本研究利用TCMSP 靶点预测技术对上述活性成分进行作用靶点预测，排除重复靶点，共获得32 个化合物对应的预测靶点221 个。将靶点蛋白对应的基因输入String 数据库获取PPI 网络，网络中含有220 个节点，798 条相互作用关系。利用String 绘制得分前30 个PPI 蛋白的互作网络图，见图2 。利用Cytoscape3.7.2 的Cytohubba 插件中的degree 算法筛选出得分前30 的蛋白作为Hub 蛋白，见图3 。其中关键靶点包括：RAC-α 丝氨酸/ 苏氨酸蛋白激酶（RAC-α serine/threonineprotein kinase ，AKT1 ，degree＝132）、血清白蛋白（albumin，ALB，degree＝122）、白细胞介素-6（intedeukin-6，IL-6，degree＝120 ）、血管内皮生长因子A （vascular endothelial growthfactor A，VEGFA，degree＝112）、AP-1转录激活因子（tranion factor AP-1，JUN，degree＝106 ）等。

2.3构建“疾病- 靶点”网络

将221 个相关靶点蛋白在TCMSP 数据库中进行匹配，其中92 个靶点蛋白可匹配286 种疾病，129 个靶点蛋白未能匹配到相关疾病。根据靶点蛋白与疾病的关系可以构建“疾病- 靶点”网络，涉及92 个靶点，286 个疾病，为了能够更加直观地探析桃红四物汤治疗疾病的作用机制，本研究对286 种疾病的degree 值进行计算，分析得到的关键疾病主要为癌症相关疾病（乳腺癌D43 、前列腺癌D33 等）、心血管相关疾病（高血压D10 、心肌梗死D47 、心脏衰竭D11 ）、神经系统相关疾病（阿尔茨海默病D3 ），见图4 。从中筛选代表性疾病（乳腺癌、高血压），根据桃红四物汤成分、靶点蛋白与疾病的关系构建“成分- 靶点- 疾病”网络，见图5 。

2.4 桃红四物汤作用靶点预测及“药材- 成分- 靶点”网络构建

利用Cytoscape 3.7.2 将筛选得到的有效成分和预测得到的相关靶点，进行关系网络绘制和分析，桃红四物汤发挥重要作用的有效成分与对应的作用靶点的相互关系共546 个，见图6 。

2.5 GO和KEGG通路富集分析结果

将221 个基因输入DAVID Bioinformatics Resources 6.8，得到646条GO条目与生物学过程有关，参与促进肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤增生、免疫调节、内分泌调节、血液循环系统调节等多种生物学过程。根据P ≤0.05筛选出169个GO条目，在GO富集分析中，其中前30个差异基因的结果见图7。将获得的靶点导入KEGG数据库，在通路水平上全面揭示桃红四物汤的作用机制。最终得到了165条关键通路，根据P ≤0.05筛选出前30条富集通路，见图8。通路上的所含基因产物（靶点）越多，桃红四物汤越有可能通过这些通路发挥作用，包括IL-17信号通路、肿瘤坏死因子（tumornecrosis factor ，TNF）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路、缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）信号通路、核转录因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路等。这165条关键通路的生物学功能可以分为4个主要调节模块：促进肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤增生、免疫调节、内分泌调节、血液循环系统调节。从主要的4个模块中筛选出关键通路的代表，分别为TNF通路、IL-17通路、MAPK信号通路、VEGF信号通路（图9）。结果表明，AKT1、细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulatedkinase，ERK）、IκB激酶β（inhibitor of NF-κB kinase β，IKKβ）等核心靶点在通路网络中起着关键作用。

2.6桃红四物汤活性成分和核心靶点分子对接验证

将桃红四物汤筛选得到的核心靶点与其所对应的关键蛋白使用AutoDock 软件进行分子对接验证，以直观的方式展示了关键成分的最佳构型和核心靶点之间的相互作用，对接结果如表2 所示，分子与标靶蛋白的最低结合能均小于0 ，说明配体与受体均可以自发结合，其中AKT1 蛋白与咖啡酸、阿魏酸、山柰酚的对接结合能均小于−5 kJ/mol ，结合能分别为−5.09 、−6.17 、−6.24 kJ/mol ；IL-6 蛋白与山柰酚结合能为−5.68 kJ/mol 。主要活性成分和核心靶点之间的结合情况与预测关系相符。如图10-A 所示，咖啡酸与AKT1 的ARG-15 和LYS-20 残基的氢键连接；如图10-F 所示，阿魏酸与IL-6 的LYS41 残基的氢键相对接；如图10-I 所示，槲皮素与VEGFA 的LYS-48 残基的氢键对接。桃红四物汤中的主要活性成分与核心靶点的高结合亲和力表明，桃红四物汤可能是通过调节以上相关靶标发挥治疗作用。

3结论与讨论

桃红四物汤在四物汤的基础上加用桃仁、红花2 味药，增强了活血化瘀的功效，具有补血而不滞血、和血而不伤血的特点，临床用于血瘀证引起的诸多疾病。瘀血学说始见于《黄帝内经》，奠基于张仲景，瘀血既成后，又可作为病因影响人体气血和脏腑功能，引起疼痛、出血、经脉瘀塞不通、脏腑症结，以及“瘀血不去，新血不生”等诸多病理变化，为桃红四物汤在临床上异病同治奠定了理论基础。本研究通过成分、靶点匹配和分子对接，发现桃红四物汤中活性成分阿魏酸、山柰酚、槲皮素、丹皮酚、咖啡酸、芍药苷、藁本内酯能匹配到较多靶点，关键靶点分别与肿瘤细胞增殖与凋亡、免疫调节、内分泌调节、血液系统调节相关，主要涉及TNF、IL-17、MAPK、VEGF信号通路，预测得到桃红四物汤治疗的主要疾病主要为癌症相关疾病、心血管相关疾病、神经系统相关疾病。

阿魏酸、山柰酚、槲皮素、丹皮酚、芍药苷、藁本内酯、咖啡酸能匹配到较多靶点，且常用于桃红四物汤的质量控制，阿魏酸、山柰酚、芍药苷分别为《中国药典》2015 年版规定的当归和川芎、红花、白芍的含量测定指标。研究表明，阿魏酸是当归、川芎的共有成分，具有抗血栓、调脂、抗氧化、抗菌、抗炎作用[15]；山柰酚为红花、白芍的共有成分，能抗癌、抗氧化、抗炎、抗骨质疏松等[16-17]；槲皮素为红花、桃仁的共有成分，可抑制各种肿瘤细胞的增殖，与凋亡调节因子Bax 和Bcl-2 有关，能上调半胱胺酸天冬氨酸蛋白酶（cysteine aspartic acid protease ，Caspase ），下调NF-κB 表达；芍药苷为白芍的主要有效成分，具有解痉镇痛、解热、抗炎、抗肿瘤等药理作用[18-19]；藁本内酯为川芎和当 归的共有活性成分，具有抗癌、抗炎、抗氧化以及神经保护作用[20]；咖啡酸是川芎、当归中的活性成分，具有抗肿瘤作用，其作用机制与抑制Akt有关[21]。由此可见，这些成分可以作为桃红四物汤重要的有效成分，并用于该方剂的质量控制。

基于活性化合物筛选得到的关键靶点可分为4 类，分别与肿瘤细胞增殖与凋亡、免疫调节、内分泌调节、血液系统调节相关。抑制肿瘤细胞增殖和促进肿瘤细胞凋亡相关靶点蛋白为AKT1 、ALB 、JUN 、myc 原癌基因蛋白质（myc proto-oncogene protein ，MYC ）、Caspase-3 蛋白酶（CASP3 ）、丝裂原活化蛋白激酶1 （mitogen-activated protein kinase 1 ，MAPK1 ）等；免疫调节相关靶点为IL-6 、IL-1β 、IL-10 等；内分泌调节相关靶点为ESR1 、前列腺素G/H 合酶2 （prostaglandin G/H synthase 2 ，PTGS2 ）、受体酪氨酸蛋白激酶（receptortyrosine-protein kinase erbB-2 ，ERBB2 ）、雄激素受体（androgen receptor ，AR ）等；血液系统调节相关靶点为VEGFA 、HIF-1A 、表皮生长因子（epidermal growth factor receptor ，EGFR ）、前表皮 生长因子（pro-epidermal growth factor，EGF）、内皮型一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, endothelial，NOS3）、基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase- 9，MMP-9）等。桃红四物汤临床上治疗疾病多与这4个方面相关，其治疗原发性痛经[22]、月经不调[23]、子宫肌瘤[24]、多囊卵巢综合症[25]、子宫出血[26]等妇科疾病，可能均与内分泌调节有关；治疗冠心病、高 血压[27]、脑梗死[28]、脑出血[29]等疾病则与血液系统的靶点相关；治疗类风湿性关节炎[30]、肾小球肾炎[31]等疾病可能与免疫调节相关；治疗乳腺癌[32]可能与肿瘤细胞增殖与凋亡的靶点相关。

从主要的4 个模块中筛选出关键通路，分别为TNF 信号通路、IL-17 信号通路、MAPK 信号通路、VEGF 信号通路。（1 ）TNF 信号通路调节着很多重要的生物学活动，如免疫反应、炎症反应、细胞凋亡和肿瘤发生。研究发现TNF-α 与其配体TNFR 的相互作用参与了许多人类疾病的发生，如败血症、糖尿病、癌症、骨质疏松症和类风湿性关节炎等[33]。桃红四物汤有效成分可抑制TNF 的表达，阻断TNF 信号通路起到抗肿瘤的作用[34]。（2 ）IL-17 是一个重要的促炎症细胞因子，其信号通路与免疫调节相关，在多种炎性反应及自身免疫性疾病病理过程中发挥关键作用[35]。大量临床研究也发现，桃红四物汤在治疗腰椎间盘突出[36]、改善全髋关节置换术后凝血功能及疼痛程度[37]等疾病时，可降低患者血清中炎症介质IL-17 水平，其可作用于这些靶点提高免疫系统功能。（3 ）MAPK 信号通路与炎症和肿瘤相关，该通路参与了细胞生长、发育、增殖、分化等多种生理、病理过程[38]。研究也发现，桃红四物汤通过调节MAPK 信号通路抑制血管平滑肌的迁移和增殖[39]，联合化学药治疗哮喘[40]等。（4 ）VEGF 是调节血管生成和血管新生的重要调节因子。分泌VEGF 对于维持血管平衡稳定和存活起着十分重要的作用。生理状态下，血管生成过程被严格调控，只有在特殊情况下被激活，如伤口愈合过程；病理状态下，如癌症发生发展过程中，往往伴随着过度的血管生成，以提供更多营养供癌细胞生长。因此，现代治疗肿瘤的方法中，很重要的一个策略就是抑制肿瘤中血管生成[41]。研究发现，桃红四物汤活血化瘀治疗痛经、乳腺癌等疾病与VEGF 信号通路有着密切的联系[42-44]。

将匹配的关键靶点进行疾病关联，得到桃红四物汤治疗的主要疾病主要为癌症相关疾病、心血管相关疾病、神经系统相关疾病。（1 ）其中癌症相关疾病包括乳腺癌、前列腺癌等。乳腺癌属于中医“乳岩”范畴，瘀血内结是乳岩发生、发展的重要病机之一。中医认为血瘀与肿瘤互为因果，且贯穿肿瘤进展的始终；现代临床研究表明，中医辨证为瘀毒内阻型的乳腺癌术后患者45% 发生血行转移[45]，大多数乳腺癌患者体内普遍存在着血液高凝状态。桃红四物汤能抑制乳腺癌患者肿瘤血管生成[46]，提高化疗疗效，改善患者临床症状及减轻毒副反应[47]，改善术后上肢肿胀[48-50]等并发症。本研究发现，桃红四物汤治疗乳腺癌的关键作用靶点（图4 ）主要包括激素调节相关靶点ESR1 、ESR2 、PGR 、PTGS2 ，以及EGFR ，与肿瘤细胞的增殖、血管生成、肿瘤侵袭、转移密切相关。（2 ）心血管相关疾病包括高血压、心肌梗死、心脏衰竭等，均是血瘀证的常见疾病。临床研究表明桃红四物汤联合苯磺酸氨氯地平片治疗老年高血压，可更有效地将血压控制在正常值之内，进而降低脏器损害，避免并发症[51]；桃红四物汤合真武汤联合化学药，治疗阳虚血瘀型慢性射血分数降低性心力衰竭患者具有良好的临床效果，改善患者心功能[52]。本研究发现，桃红四物汤治疗心血管相关疾病作用的关键靶点（图4 ）主要包括血管新生相关靶点VEGFA ；激素调节相关靶点肾上腺素（ADRB1 、ADRB2 、ADRA2A 、ADRA1D ）、前列腺素（PTGS2 、PTGIS ）、雌激素（ESR1 ）。（3 ）本研究预测出桃红四物汤可用于神经系统相关疾病如阿尔茨海默病的治疗。阿尔茨海默病是一种不可治愈的神经退行性脑病，淀粉样斑块是其主要病理特征和临床诊断指标；中医认为淀粉样斑块沉积是“浊毒”的一个方面，可以被认为是中医的“脑络受损”范畴[53]。但网络药理学研究过程中没有考虑成分血脑屏障的参数（lgBBB ），故其作用需要进一步探索。

本研究通过网络药理学和分子对接，构建了其主要有效成分、作用靶点和通路、治疗疾病的复杂网络，一定程度上揭示了桃红四物汤活血化瘀功效在临床上异病同治的作用网络，为桃红四物汤的实验研究和临床应用提供了理论依据。然而筛选得到的成分只是考虑其活性和入血情况，并未衡量其在复方中的含量等问题，且只通过分子对接对主要成分和关键靶点进行了验证。在此基础上，可进一步通过体内、外实验来验证成分和靶点之间的作用关系，深入揭示桃红四物汤的药效物质基础和作用机制，用现代科学语言诠释传统经典名方的科学内涵。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略） 返回搜狐，查看更多