徐湛翔 王孝錦 李 爽 李 姝 李 麗
(1 牡丹江醫(yī)學院 黑龍江 牡丹江 157000 2 牡丹江醫(yī)學院附屬紅旗醫(yī)院 黑龍江 牡丹江 157000)
心血管疾病一直是威脅人類健康的重大疾病之一,研究顯示,我國人群慢性病導致的死亡約占總死亡人數(shù)的88.7%,其中心血管疾病約占42.6%,且患病率、死亡率逐年上升[1]。心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)是指冠狀動脈部分或者是完全急性梗阻之后,在一定時間內又重新獲得再通時,缺血的心肌雖然得以恢復正常的灌注,但是它的組織損傷反而會呈進行性加重的一個病理過程。目前,對于MIRI的治療主要是藥物治療,包括兩個方面,一是中藥治療,二是現(xiàn)代藥物治療,中藥治療由于其針對性強,療效持久穩(wěn)定,毒副作用低受到了臨床的青睞,近年來網絡藥理學的發(fā)展為心血管病的藥物治療提供了新思路。
網絡藥理學(Network Pharmacology)將藥物作用網絡與生物網絡相整合,分析出藥物成分與其作用靶點之間的關系[2],進而探索藥物與疾病之間的關聯(lián),預測藥物的作用機制,從而為新藥機制的研發(fā)提供了新思路。
本研究利用網絡藥理學對川芎的成分和作用靶點以及MIRI蛋白靶點進行數(shù)據(jù)分析,構建藥物成分-靶點-疾病網絡圖,并進一步對靶點蛋白基因進行GO富集分析及KEGG通路分析,從而對川芎抗MIRI的作用機制進行研究,進一步為MIRI的治療提供依據(jù)。
1.1 藥物成分和疾病靶點獲取 利用中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫與分析平臺(TCMSP,http://tcmspw.com/tcmsp.php),以口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%和類藥性(drug-likeness,DL)≥0.18為篩選條件得到川芎的化學藥物成分,收集藥物化學成分的作用靶點,構建藥物活性成分-作用靶點數(shù)據(jù)集。通過 Genecards 和OMIM數(shù)據(jù)庫篩選出缺血再灌注損傷相關靶點,建立疾病-靶點數(shù)據(jù)集。
1.2 藥物化學成分-靶點-疾病網絡構建 將川芎的化學成分、成分作用靶點、MIRI治療靶點進行統(tǒng)計和整合,利用Cytoscape軟件構建川芎藥對治療MIRI的“藥物化學成分-靶點-疾病”網絡圖。
1.3 GO功能富集分析和KEGG通路富集分析 利用R包對得到的蛋白靶點進行GO功能富集分析,從而得到川芎對治療MIRI病的潛在靶點。對蛋白靶點進行KEGG通路富集分析,進一步研究川芎治療MIRI的作用機制。
2.1 川芎的藥物化學成分、作用靶點及MIRI蛋白靶點 通過TCMSP篩選得到與川芎相關的化學成分7個、作用靶點13個。通過 Genecards 和OMIM數(shù)據(jù)庫篩選出及與MIRI相關靶蛋白1075個,應用R包將得到的藥物活性成分蛋白靶點與疾病蛋白靶點的交集,得到川芎藥對治療MIRI靶點共7個(如圖1)。
圖1 物活性成分蛋白靶點與疾病蛋白靶點交集
2.2 藥物化學成分-靶點-疾病網絡構建 川芎藥對治療MIRI的成分-靶點-疾病網絡見圖2,包括川芎的活性成分7個,藥物與疾病交互作用靶點7個,可得出藥物化學成分與疾病蛋白靶點之間的網絡關系。
注:紫色三角代表活性成分,綠色圓形代表作用靶點圖2 川芎藥治療MIRI的藥物化學成分-靶點-疾病網絡
2.3 GO富集分析結果 對川芎藥治療MIRI涉及的7個靶點蛋白進行GO分析,按P值排序的前20個結果見圖3??梢钥闯?,靶點蛋白涉及的基因功能包括核受體活性、配體激活轉錄因子活性、RNA聚合酶Ⅱ特異性結合轉錄因子等方面。
圖3 川芎藥治療MIRI的GO富集分析
2.4 KEGG通路分析結果 對川芎藥治療MIRI涉及的7個靶點蛋白進行KEGG信號通路分析,可以得到川芎藥對治療MIRI的信號通路主要包括以下幾方面:參與催乳素信號通路,甲狀腺激素信號通路,脂質與動脈粥樣硬化通路等(圖4)。
圖4 川芎藥治療MIRI的KEGG富集分析
冠心病在全世界都是引起死亡的主要原因,經皮冠狀動脈介入治療可以用于及時恢復冠狀動脈血流,但再灌注也同時激活了一系列細胞損傷,有時這些損傷比心肌急性缺血引起的損傷更為嚴重[3]。研究表明,中藥主要通過影響心肌細胞脂質代謝、抗血小板凝集等途徑改善心肌功能從而起到保護心肌的作用。川芎能有效減小MIRI的程度[4],但是其作用機制還未完全闡明,因此,本研究利用網絡藥理學方法分析川芎治療MIRI的藥物作用靶點,為MIRI的治療提供新思路。
本研究利用Cytoscape 軟件構建“藥物成分-靶點-疾病”網絡模型,分析共得到川芎的活性成分包含川芎嗪、苯酞類、生物堿等類化合物。川芎嗪具有擴張血管,增加冠脈流量,抗血小板聚集和改善血液循環(huán)的作用。朱可夫等[5]研究表明,川芎嗪能夠通過抗氧化、維持線粒體能量代謝減少心肌梗死面積,有效減輕MIRI,可能和UCP3相關的信號通路相關;苯酞類化合物具有擴張血管、平喘、抗血小板聚集、鎮(zhèn)痛、抗血栓形成和抗增殖作用,實驗表明,川芎莖葉醇提物中的苯酞類成分能夠顯著降低大鼠胸主動脈環(huán)的張力[6];生物堿能擴張冠狀血管,增加冠脈血流量,改善心肌缺氧狀況[7],綜上可知川芎的這些活性成分多具有擴張血管、抗炎以及心肌保護等作用,這可能是川芎發(fā)揮抗MIRI的關鍵成分。
通過GO富集分析結果可知,川芎對抗MIRI涉及多個生物學過程,主要集中于類固醇代謝、脂質轉運、炎癥反應過程等;通過KEGG富集分析,可以得到川芎抗MIRI的信號通路主要涉及催乳素信號通路、甲狀腺激素信號通路、脂質與動脈粥樣硬化通路等,這些信號通路可能會通過介導細胞的能量代謝、炎性反應、內皮細胞再生能力等促進細胞的生存與修復,抑制細胞的損傷和凋亡,從而起到保護心肌的作用[8]。
川芎治療MIRI涉及多個有效成分、作用靶點以及信號轉導通路,在臨床中川芎也常與其他中藥配伍來治療心腦血管疾病,本研究為中醫(yī)藥治療MIRI提供了新的參考和方向,但是其具體作用機制還需進一步探究。