鄭思成　滑振　王群　劉悅　張帆　張哲　賈連群　楊關林

摘要 目的：基于整合藥理學探究紅花治療冠心病的潛在分子機制。方法：以“紅花”，“Coronary heart disease”為限定詞，借助整合藥理學平臺，通過挖掘紅花活性成分及其相關作用靶標，與CHD潛在的靶點、分析其相關的信號通路，構建“中藥-成分-靶標-通路”多位網絡，從多角度、多層次探索紅花治療CHD的潛在分子機制。結果：紅花對CHD的干預作用可能與多種化合物相關，主要集中于紅色的和黃色的色素和多酚類成分。從關鍵靶標與作用通路可以看出，紅花治療CHD的主要作用于COX7C、COX5A、GCK、ATP5A1、COX5B基因等，涉及能量代謝、氧化磷酸化、循環(huán)系統(tǒng)等信號通路。結論：紅花是通過多分子、多靶點、多信號通路共同作用來發(fā)揮治療CHD的作用，為今后為進一步系統(tǒng)的研究其基礎研究及臨床應用提供理論基礎及為新藥的研制提供一定的參考價值。

關鍵詞 整合藥理學;紅花;冠心病;分子機制

Study on the Mechanism of Safflower in the Treatment of Coronary Heart Disease from the Perspective of Integrated Pharmacology

Zheng Sicheng1，2，Hua Zhen 1，Wang Qun1，2，3，4，Liu Yue5，Zhang Fan5，Zhang Zhe5，Jia Lianqun3，4，Yang Guanlin1，3，4

（1 Graduate school，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110847，China; 2 First clinical college，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine， Shenyang 110847，China; 3 Key Laboratory for TCM Viscera-State Theory and Applications of Major Scientific Research Platform under Ministry of Education，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110847，China; 4 XHNB national and local joint engineering laboratory of integrated Chinese and western medicine and prevention technology，Shenyang 110847，China; 5 Affiliated Hospital of Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang 110032，China）

Abstract Objective：To explore the potential molecular mechanism of safflower treatment of coronary heart disease based on integrated pharmacology.Methods：Using “Safflower” and “Coronary heart disease” as the qualifiers，this study explores the active constituents of safflower and their related targets based on the integrated pharmacology platform.It also explores the potential targets of CHD and analyzes its related signal pathways.This study constructs the “Chinese medicine ingredient target” in order to explore the potential molecular mechanism of safflower treatment of CHD from multiple perspectives.Results：It was found that the intervention of safflower to CHD may be related to a variety of compounds，mainly in red and yellow pigments and polyphenols.From the key target and action pathway，it can be seen that safflower CHD is mainly used in COX7C，COX5A，GCK，ATP5A1 and COX5B genes，including the signal pathways such as energy metabolism，oxidative phosphorylation and circulatory system.Conclusion：The safflower plays a role in the treatment of CHD through multi-molecule，multi-target and multi-signal pathways，and provides a theoretical basis for further systematic research and clinical application as well as providing a certain reference value for the development of new drugs.

Key Words Integrated pharmacology;Safflower;Coronary heart disease;Molecular mechanism

中圖分類號：R256.22文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.09.063

冠心?。–oronary Htherosclerotic Heart Disease，CHD）是一類臨床常見的疾病，具有高發(fā)病率、高死亡率的特點[1]。根據我國《中國心血管病報告2017》顯示，中國心血管病患病率目前呈現持續(xù)上升的趨勢，推算心血管病現患人數2.9億，其死亡人數占居民疾病死亡構成40%以上，仍居首位，高于腫瘤等其他嚴重疾病，有研究表明，農村居民心臟病死亡率超過城市居并逐年上升[2]。目前，CHD的治療趨向多樣化，但仍舊以抗血小板、降脂、控制血壓等治療為主[3]。越來越多的證據表明，在現代療法之上加之中藥治療，效果更佳。

近年來以紅花為主體所開展的臨床及實驗研究越來越多的引起人們的關注，包括紅花黃色素、紅花注射液、谷紅注射液等等的中藥制劑，大量的Meta分析文章[4-6]顯示紅花類藥物對改善CHD患者的預后、改善患者的癥狀以及防止復方等方面具有一定的作用，且安全性良好。紅花為菊科紅花的干燥花，其味辛，性溫，歸心、肝之經，具有活血通經，散瘀止痛之功效。臨床多用于痛經、產后瘀滯腹痛、心腹疼痛等癥。多項基礎研究及臨床試驗表明，紅花可單味或作為主藥與其他藥材合用組成復方用于治療冠狀動脈粥樣硬化、高血脂癥、CHD心絞痛等心血管疾病領域[7-9]，且療效頗佳，臨床應用廣泛。紅花類中成藥，在多個中醫(yī)診療的指南及專家共識中多推薦使用。

中藥整合藥理學計算平臺是基于大數據時代背景下通過整合分子生物學、系統(tǒng)生物學、網絡計算科學等學科來實現完成“一鍵式”分子作用疾病的相關數據的挖掘及探究工作[10]。該平臺包括中藥、中藥成分、方劑庫、疾病/癥狀靶標4種數據庫。通過構建“中藥方劑-化學成分-作用靶標-疾病靶標-信號通路”多維網絡，使數據可視化，從而更加直觀的揭示組方、中藥或其活性成分作用于疾病的具體分子機制。本研究借助整合藥理學平臺，通過綜合分析紅花的活性成分、相關靶點及作用于CHD的信號通路，探討“紅花—CHD”之間潛在的分子機制，為臨床及基礎相關研究提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 紅花化學成分 以“紅花”為限定詞，在TCMIP（http：//www.tcmip.cn/）的“中藥材數據庫”中進行檢索并收集其相關的所有化學成分，建立“紅花—化學成分”數據網絡。

1.2 候選靶標 以“coronary heart disease”為關鍵詞，檢索“疾病/癥狀靶標數據庫”中所有靶標，同時通過“中藥靶點數據庫”對紅花進行靶標的預測，取相似性分數Score≥0.8對上述結果進行篩選，其結果作為候選靶標。

1.3 靶標預測 TCMIP使用開源軟件OpenBabel來提取MACCS（molecular ACCess system）分子指紋特征。采用二維結構進行相似性搜索，然后采用Tanimoto系數定義的相似度計量方法，通過與FDA上市藥物進行相似性打分，相似性系數score≥0.8為相似性藥物，并提取潛在作用靶標。

1.4 蛋白質相互作用網絡（PPI） 由于TCMIP中鑲嵌了DIP，Reactome，PDZBase，HPRD，OPHID，HAPPI，InAct，MINT等蛋白質相互作用數據，因此可直接獲得紅花與CHD之間潛在靶標的蛋白質相互作用信息（PPI）。

1.5 靶標網絡構建與分析 通過TCMIP中“網絡分析”模塊，針對紅花作用的潛在靶標與CHD疾病靶標之間的PPI信息計算網絡拓撲特征值，以“節(jié)點連接度（Degree）”的2倍中位數為卡值，選取中藥靶標-疾病基因互作網絡的核心節(jié)點（hubs）;在此基礎上，以“degree”“節(jié)點緊密度（Closeness）”和“節(jié)點介度（Betweenness）”的中位數為卡值，選取同時滿足3個卡值的節(jié)點作為紅花的潛在靶標-CHD疾病靶標的關鍵靶標網絡。之后，通過對關鍵靶標網絡的進行通路富集分析，構建“中藥-成分-靶標-通路”的可視化多維網絡。

1.6 基因功能和通路富集分析 TCMIP中借助基因本體論（Gene Ontology，GO）、京都基因和基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）進行GO注釋分析及相關通路的富集分析[10]，可得到相應的分子學功能、生物學過程、細胞學組分以及紅花治療CHD的相關通路，并選取代表性的條目信息展示。

2 結果

2.1 紅花化學成分及靶標預測 共收集46個紅花的化學成分，主要包括色素類、多酚類成分、揮發(fā)性成分等。并根據以上活性成分，共預測出578個相關靶標。候選靶標GO基因注釋結果顯示，其功能主要涉及到電壓門控鈉通道活性（voltage-gated sodium channel complex）與心肌細胞動作電位的關系（relationship with cardiac muscle cell action potential）、鈉離子跨膜轉運（sodium ion transmembrane transport）、氫離子跨膜轉運（hydrogen ion transmembrane transport）等條目。見表1。對紅花的候選靶標進行KEGG通路富集分析，發(fā)現結果涉及到有氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）、能量代謝（Energy metabolism）、循環(huán)系統(tǒng)（Circulatory system）、脂質代謝（Lipid metabolism）、脂肪酸代謝（Fatty acid metabolism）等信號通路。

2.2 紅花治療CHD的核心網絡靶標 應用TCMIP平臺中的“網絡分析”模塊，構建“紅花-CHD”靶標的PPI網絡。根據網絡拓撲特征值計算，篩選出紅花治療CHD的關鍵作用靶標。見圖1。節(jié)點的大小與degree成正比。

2.3 紅花治療CHD關鍵網絡靶標的GO功能分析 通過應用GO功能富集分析，可見紅花治療CHD關鍵網絡靶標基因功能主要涉及線粒體（mitochondrion）、線粒體內膜（mitochondrial inner membrane）、ATP的生物合成過程（ATP biosynthetic process）、線粒體ATP合成的耦合質子運輸（mitochondrial ATP synthesis coupled proton transport）、線粒體基質（mitochondrial matrix）、信號轉導（signal transduction）等多個功能條目。見表3。

2.4 紅花治療CHD關鍵網絡靶標的KEGG通路富集分析 通過應用TCMIP平臺中的KEGG通路富集分析，可見紅花治療CHD關鍵網絡靶標可涉及氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）、能量代謝（Energy metabolism）、循環(huán)系統(tǒng)（Circulatory system）等多條通路。見表4。

2.5 紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標-通路”多維網絡分析 利用TCMIP平臺構建紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標-通路”多維網絡。見圖2。結果表明，紅花治療CHD是多種活性成分協(xié)同調控多種信號通路而發(fā)揮作用的，主要包括色素類和多酚類成分。此外，從關鍵靶標與相關信號通路可以看出，紅花各有效成分是通過COX5A、GCK、ATP5A1、COX5B等相關靶標基因起作用，且有氧化磷酸化、能量代謝、脂肪酸降解、色氨酸代謝、心肌收縮、循環(huán)系統(tǒng)、脂質代謝等信號通路的參與。推測該藥通過調節(jié)氧化磷酸化、能量代謝、循環(huán)系統(tǒng)相關信號通路來延緩CHD的發(fā)生與發(fā)展。

3 討論

TCMIP平臺基于中醫(yī)藥大數據，從人工智能、網絡科學、數據模型及挖掘的角度出發(fā)，應用大數據信息整合和網絡計算方法，通過分析中藥材的多種活性成分與疾病之間相關靶標和信號通路的關系，揭示中藥活性成分的物質基礎及分子作用機制?；谝陨系难芯炕A，結合傳統(tǒng)中醫(yī)“整體觀”思想以及現代“整合藥理學”方法，預測中藥活性成分及靶點、相關疾病靶點、信號通路等信息，并對其結果進行整合分析，構建紅花治療CHD的“中藥-成分-靶標-通路”多維網絡，體現出中藥材的多成分、多靶點、多機制、協(xié)同作用的特點[11-12]。

CHD的病理機制復雜多樣，是多種復雜因素相互作用的結果，“損傷反應假說”已為人們所公認的病理變化過程，導致冠狀動脈的狹窄，引起供需之間的失衡導致心絞痛的發(fā)生。既往多項基礎實驗及臨床研究表明中藥在治療CHD的發(fā)病各個環(huán)節(jié)均可起到積極作用，并可改善患者的預后，其中紅花類中成藥研究眾多。王凱紅[7]通過研究發(fā)現紅花注射液具有延長APTT的作用，并對DPPH有較強的清除活性，具有體外抗凝血及抗氧化活性的作用，物質基礎為多酚類物質。石小燕[13]等采用紅花提取物紅花醌苷作用于大鼠心肌缺血再灌注模型，發(fā)現紅花醌苷可激活機體的抗凋亡通路，進而降低缺血再灌注損傷所造成的細胞凋亡水平，心功能得到改善。許香梅[14]等通過隨機對照試驗，對114例不穩(wěn)定型心絞痛（血瘀證）患者進行治療，發(fā)現紅花黃色素組可顯著降低心絞痛癥狀、SV、CO、CI及EF優(yōu)于對照組。

本研究基于TCMIP平臺研究結果表明，紅花中多個有效成分可針對多個治療靶點，通過多條通路而起到延緩CHD病變及改善癥狀的作用，紅花治療CHD的主要作用于OX7C、PRKAA2、ATP1A1、COX5A基因等，涉及循環(huán)系統(tǒng)、氧化磷酸化、能量代謝、內分泌系統(tǒng)、甲狀腺激素信號通路、促性腺激素釋放激素信號通路、雌激素信號通路、縫隙連接、催產素信號通路等多條通路等。本研究的結果部分已經得到基礎實驗等的證實，但更多的是為進一步系統(tǒng)的研究紅花治療CHD的基礎研究及臨床應用提供理論基礎及研究方向，同時也為新藥的研制提供一定的理論依據。雖然目前紅花應用到臨床，并取得一定的療效，但本研究只是基于大數據信息下的應用整合藥理學所預測出來的結果，具體應用于臨床或其他領域仍值得我們去深入研究。

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（2019-04-30收稿 責任編輯：王明）