袁甜，崔琳琳，王瑩，李洋，劉瑩

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院 黑龍江省預(yù)防與治療老年病藥物研究重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076)

中藥經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展形成了獨特的治療體系，與多組分協(xié)同發(fā)揮的治療特色[1-3]。2007年[4]Andrew L.Hopkins在Nature Biotechnology 上首次明確網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)概念，2008 年又于Nature Chemical Biology 進(jìn)一步撰文，來挖掘中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)[5]，傳統(tǒng)藥理學(xué)經(jīng)歷了從2002年的系統(tǒng)生物學(xué)，2004年網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)到多向藥理學(xué)，2007年網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，最終到2014年的整合藥理學(xué)。中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是時代發(fā)展的產(chǎn)物，是中藥現(xiàn)代化的必然趨勢，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用可以大大解決中藥現(xiàn)代化遇到的困難，為中藥現(xiàn)代化開辟了新天地。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的概念

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是通過建立數(shù)據(jù)庫，建立網(wǎng)絡(luò)，分析網(wǎng)絡(luò)，實驗驗證，來闡釋疾病的發(fā)展過程(如圖1)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在組學(xué)基礎(chǔ)上，融合系統(tǒng)生物學(xué)，從生物平衡的角度，為探索中藥作用機(jī)制，開發(fā)中藥活性成分，提供了有力工具[6-7]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)[8-9]還通過“藥物-靶點-疾病”的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖直觀呈現(xiàn)，可以有效打擊中藥復(fù)方的關(guān)鍵節(jié)點[10-11]，預(yù)測中藥潛在機(jī)制和毒性成分，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新性藥物。

圖1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)流程圖

2 數(shù)據(jù)的獲取和常用數(shù)據(jù)庫

中藥數(shù)據(jù)庫中儲存了豐富的生物信息、化學(xué)信息、藥物信息學(xué)，分子對接軟件為中藥的研究與開發(fā)提供了契機(jī)[12-13]。Gu等[14]通過建立疾病相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，ODE模擬生物網(wǎng)絡(luò)動態(tài)，最后用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪矸治龊皖A(yù)測TCM 數(shù)據(jù)庫內(nèi)部天然化合物的安全性。Wishart[15]利用DrugBank發(fā)現(xiàn)硅藥物，DrugBank具有全面靶點信息和詳細(xì)藥物數(shù)據(jù)包括>4 100種藥物，>800種FAD批準(zhǔn)的小分子和生物技術(shù)藥物，以及>14 000蛋白或藥物靶標(biāo)序列,整合了中藥藥物的結(jié)構(gòu)、藥理作用、作用通路等。通過基因組學(xué)[16]、蛋白質(zhì)組學(xué)、高通量、雙高通量等基因表達(dá)檢測技術(shù)， 利用Discovery Studio、AutoDock、Pajek、Cytoscape進(jìn)行綜合分析，上傳到數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[17]。常用數(shù)據(jù)庫[18-19]包括:中藥數(shù)據(jù)庫,西藥數(shù)據(jù)庫，靶點數(shù)據(jù)庫，疾病基因數(shù)據(jù)庫。常用中藥數(shù)據(jù)庫有TCMSP、SymMap、TCM-MESH、BATMAN-TAM、NPASS、TCM-ID、HIT、TCMID等;西藥數(shù)據(jù)庫有DrugBank、PubChem、FAFdrugs等;靶點數(shù)據(jù)庫有PharmMapper、TargetNet、SystemsDock等;常用疾病基因數(shù)據(jù)庫有OMIM、DisGeNET、Genecards等。

3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)領(lǐng)域的運用

3.1 中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和潛在靶點

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)主要應(yīng)用于尋找中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)[20]，用氣相-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)等進(jìn)行定性定量分析，然后利用 RRLC-ESI-Q-TOF-MS等技術(shù)進(jìn)行中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)挖掘。Xiang[21]等最新提出將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合代謝組學(xué)尋找中藥有效成分對，“網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)”的靶標(biāo)是病證生物分子網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建方藥、病癥網(wǎng)絡(luò)，中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)通過靶標(biāo)譜與病癥分子聯(lián)系來發(fā)現(xiàn)。Mao[22]等通過KAPLAN-MEIER和 COX回歸分析，采用雙變量分析，利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析表明中草藥(CHM)有10種中藥可能具有抗乳腺癌活性，可能通過抑制 HSP90、ERα和TOP-II相關(guān)通路來實現(xiàn)。LI[23]通過 HERB BIOMAP數(shù)據(jù)收集、目標(biāo)圖譜聚類、網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)分析等方法，確定中藥葛根芩連湯抗糖尿病活性，4-羥甲基苯妥英鈉增加RIN-5F細(xì)胞胰島素分泌， 改善3T3-L1脂肪細(xì)胞的胰島素抵抗，為未來糖尿病的治療打下基礎(chǔ)。乳腺癌的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)可以通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法和藥物相似性評估[24-25]來找到。ZHANG[26]等人通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)(COMPOUND-DISEASE TARGET NETWORK)進(jìn)行靶點和潛在的化合物預(yù)測，對37個潛在靶點網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值比較，化合物-疾病靶點網(wǎng)絡(luò)圖表明最有可能的靶點是巨噬細(xì)胞集落刺激因子1受體(MACROPHAGE COLONY-STIMULATING FACTOR 1 RECEPTOR)，發(fā)現(xiàn)中藥木脂素類化合物在治療阿爾茲海默氏癥(AD)發(fā)面有很大的潛力，后續(xù)工作是通過計算機(jī)模擬進(jìn)行驗證。

PAN[27]等從基因-疾病關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(DISGENET)中尋找胰腺癌(PC)發(fā)病機(jī)制的相關(guān)基因，預(yù)測其生物功能，從藥物靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫 (PHARMMAPPER)進(jìn)行生物活性成分鑒定、目標(biāo)預(yù)測(SWISSTARGETPREDICTION)和綜合預(yù)測，采用PC分析工具，通過功能蛋白關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(STRING)獲得可信度>0.9分，得出PC中最重要的生物靶點為TP53、MAPK1、BCL2和IL6，篩選出10條PC相關(guān)的信號通路。 ZHANG[28]等人研究中藥金匱腎氣丸(SQW)在腎陽虛(KYDS)治療中的作用機(jī)理，利用分子注釋系統(tǒng)(MAS3.0)對基因本體論Gene Ontology (GO) 和KEGG(京都基因組百科全書)通路進(jìn)行富集分析，構(gòu)建“組分-靶點-通路”網(wǎng)絡(luò)，此外還通過qPCR檢測候選基因的mRNA表達(dá)水平，結(jié)果表明，SQW糾正了大鼠下丘腦-垂體-靶向藥物紊亂，SRC、MAPK14、HRAS、HSP90AA1、F2、LCK、CDK2、MMP9將作為治療KYDS的有效靶點。Hong[29]預(yù)測潛在的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF-C)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)藥效學(xué)分析，確定中藥柑橘的純總黃酮(PTFC)對非酒精性脂肪肝(NAFLD)的作用靶點，該實驗為藥理學(xué)方法PTFC治療NAFLD的理解提供了重要依據(jù)。Liang[30]等人用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)識別了中藥金蓮花抗炎作用的潛在靶點。

3.2 闡明藥理作用機(jī)制

生物芯片技術(shù)、電感耦合、等離子體質(zhì)譜法等新技術(shù)加快了闡明中藥作用機(jī)制的進(jìn)程。Li等[31]人利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、計算機(jī)模擬和分子生物學(xué)實驗相結(jié)合驗證中草藥降尿酸引起肝損傷的分子機(jī)制，建立肝損傷的靶區(qū)輪廓與核心通路相互作用網(wǎng)絡(luò)，最后通過關(guān)鍵蛋白生化指標(biāo)得出結(jié)論,降尿酸中藥復(fù)方致肝損傷的機(jī)制研究可能與p38α的激活有關(guān)。Liang等[32]人基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中草藥木蘭(FM)、小蜈蚣(CM)對過敏性鼻炎(AR)的作用機(jī)制，通過數(shù)據(jù)庫得到31個FM組分和289個靶蛋白、25個CM組分和465靶蛋白，用Cytoscape-v3.2.1構(gòu)建FM、CM和AR蛋白的相互作用網(wǎng)絡(luò)、Venny2.1.0獲得兩個網(wǎng)絡(luò)交叉點的核心蛋白,目標(biāo)蛋白GO(基因本體論)與KEGG(京都基因與基因組百科全書)通路分析，獲得13個常見靶點和7條作用途徑,闡述了FM和CM治療過敏性鼻炎的潛在機(jī)制。 Liu[33]等人利用代謝組學(xué)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中藥萬壽菊治療慢性非細(xì)菌性前列腺炎(CNP)的作用機(jī)制,通過代謝組學(xué)色譜質(zhì)譜分析，峰值進(jìn)行降噪處理，通過生物標(biāo)志性識別，與HMDB和KEGG進(jìn)行質(zhì)核比比較，PCA<0.05,識別了?；撬帷⑸彼岬?8個生物標(biāo)志物與8個CNP治療相關(guān)的代謝途徑，預(yù)測其潛在機(jī)制與色氨酸代謝通路有關(guān)，中藥黃酮類化合物抗CNP的機(jī)制通過降低炎癥表達(dá)實現(xiàn)。Tian[34]等人對生物信息學(xué)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，闡明四君子湯治療慢性萎縮性胃炎的作用機(jī)制。Chen[35]等人基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)鑒定蒲公英甾醇對實驗性結(jié)腸炎的保護(hù)機(jī)制，建立AEC模型，確定了14共同靶點，用 qRT-PCR 進(jìn)一步確定靶基因的表達(dá)水平，確定酒石醇通過調(diào)節(jié)MMP3改善葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的AEC以及PPARG的表達(dá)，為實驗性結(jié)腸炎的潛在治療策略提供了一個新的視角。Xiang[36]等人基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，預(yù)測等離子體吸收成分，假設(shè)主要靶點，構(gòu)建目標(biāo)交互網(wǎng)絡(luò)，利用拓?fù)浞治龇椒ㄈ∽畲笾?，提取了主要的中心，最后對于主要PI3K-Akt和MAPK通路分析揭示研究中藥苓桂術(shù)甘湯(LGZGD)治療抗精神病藥物(SGAs)可能抑制JUN，增加其表達(dá)，維持代謝平衡，揭示其抗精神病的作用機(jī)制。

3.3 合理設(shè)計新方

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)通過“老藥新用”或者挖掘關(guān)鍵節(jié)點和功能模塊發(fā)現(xiàn)新藥[37]。腫瘤的發(fā)生受到遺傳，環(huán)境等多方面影響的疾病，傳統(tǒng)“一病一靶”的新藥研發(fā)不盡人意，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的整體觀打破了中藥這一局面[38]，在腫瘤靶標(biāo)治療、藥物治療耐藥性等方面發(fā)揮重要作用，為腫瘤新藥的研發(fā)開辟新天地。通過文獻(xiàn)挖掘[39]，建立中草藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫，相關(guān)的天然產(chǎn)物分子、藥物靶標(biāo)、臨床標(biāo)志物等信息被提供，運用DISCOVERY STUDIO、AUTODOCK、PAJEK等軟件分析，然后上傳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可揭示中藥復(fù)方的配伍規(guī)律。許海玉[40]等提出將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)用于中藥研究，主要采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、靶?biāo)準(zhǔn)則分析、和分類分析等方法鑒別中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，通過體內(nèi)ADME與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合，為中藥新方提供新思路。

3.4 獲得更安全有效的藥物

網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)[41-45]通過“毒性-基因-靶向-藥物”[46-48]判斷與推測中草藥成分的毒副作用(如圖2)，通過最優(yōu)預(yù)測模型[49]為獲得安全有效的藥物，提供了簡單，精準(zhǔn)篩選毒性物質(zhì)的工具[50],加快了中藥的現(xiàn)代化與國際化進(jìn)程[51]。炎癥[52]是肌體對感染等傷害的反應(yīng)，通過整合花生四烯酸3種細(xì)胞(中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和血小板細(xì)胞)的代謝途徑，構(gòu)建了花生四烯酸的代謝網(wǎng)絡(luò)，模擬血管中炎癥因子產(chǎn)生的過程，并計算PGI2/TXA2(PGI2抑制血小板細(xì)胞的聚集，TXA2產(chǎn)生大量血栓素)來評估藥物對心血管的副作用，通過MTOI法分析，靶點最優(yōu)組合與副作用預(yù)測。Tao[53]等對中藥郁金方中的58個活性成分，32個蛋白靶點進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)郁金為君藥，梔子為臣藥，然而冰片和麝香蛋白靶點較少，不直接作用于疾病，故能夠減少君臣兩藥的毒副作用。Liu等[54]通過構(gòu)建不良反應(yīng)、毒性目標(biāo)、化學(xué)實體之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，來評估研究人體毒副作用和藥物毒理學(xué)機(jī)制，并預(yù)測復(fù)方中藥的配伍矛盾和不良反應(yīng)。目前國家毒理學(xué)計劃[55]、為加強(qiáng)復(fù)方中藥靶標(biāo)和疾病之間的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了前所未的機(jī)會。

圖2 網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)過程

4 結(jié)語與展望

我國網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)展還不足10年,但中藥復(fù)方的研究已達(dá)世界領(lǐng)先水平,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)(network pharmacology)基于“疾病、基因、靶點、藥物”,利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)來揭示多分子藥物協(xié)同作用,為跨越中西醫(yī)間的鴻溝架起了橋梁并指明了方向。然而，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)除了受理論技術(shù)方面的限制外，數(shù)據(jù)庫的信息量嚴(yán)重限制了其科學(xué)性。目前急需解決的障礙,一是研究集中在少數(shù)機(jī)構(gòu)，一般大學(xué)難以開展，可供選擇的關(guān)鍵基因，中藥藥效成分群等數(shù)據(jù)還有待積累;二是大多聚集于熱點藥物，其他小分子化合物靶點有限[16];三是體內(nèi)活性藥物在不同人，不同組織中均有差別，所預(yù)測的靶點難以證實其準(zhǔn)確性，還要結(jié)合人類ADME(吸收、分布、代謝、排泄)過程更加完善[56]。面對這些挑戰(zhàn)，我們可采取的策略有二，一是網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是多學(xué)科融合的交叉科學(xué)，生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科為前期基礎(chǔ)，可以加快這些學(xué)科的發(fā)展;二是結(jié)合藥代動力學(xué)參數(shù)、PK/PD模型，融合基因組代謝途徑，將藥物、靶點、疾病進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)，用動物試驗、臨床試驗等來驗證和豐富網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的合理性?，F(xiàn)代中醫(yī)藥模式的轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的迅速發(fā)展,中藥大數(shù)據(jù)的研發(fā)[57]，中藥品種質(zhì)控與人工智能將為中藥安全性走進(jìn)現(xiàn)代化國際化打下夯實的基礎(chǔ)。