孫梓宜，張?zhí)煅?，王子涵，黃 力

慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)作為多種心血管疾病的終末階段，是一種導(dǎo)致高住院率、高死亡率的疾病，給公共衛(wèi)生系統(tǒng)帶來了重大負(fù)擔(dān)。雖然新的治療方案不斷涌現(xiàn)與優(yōu)化，但5年的死亡率仍約為50%[1]。中藥復(fù)方是很好的新藥開發(fā)資源，其臨床療效已在幾千年的中醫(yī)臨床實(shí)踐中得到了證實(shí)，有望為心力衰竭病人帶來福祉，但其多成分、多靶點(diǎn)、多效應(yīng)的作用機(jī)制是中醫(yī)藥研究的難題。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)可利用各種組學(xué)技術(shù)或者高通量手段篩選出藥物活性成分，經(jīng)過多組學(xué)網(wǎng)絡(luò)融合，找到與這些活性成分所對應(yīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)蛋白，通過對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)蛋白進(jìn)行生物富集分析，進(jìn)而揭示中藥的有效成分及其作用機(jī)制。它可以系統(tǒng)地將藥物、化合物、靶點(diǎn)和疾病之間的相互關(guān)系呈現(xiàn)出來。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)已經(jīng)成為研究多成分、多途徑、多靶點(diǎn)的中藥復(fù)方的重要方法，對于新藥的開發(fā)以及闡明藥物背后的分子機(jī)制具有指導(dǎo)作用[2]。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)概念的提出，涌現(xiàn)出大量中藥單體及復(fù)方治療慢性心力衰竭的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)相關(guān)研究，基于此，本研究旨在通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，以總結(jié)目前研究概況并為未來的研究提供參考與借鑒。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的主要研究方法

在過去的很長一段時(shí)間，通過設(shè)計(jì)具有最大選擇性的配體作用于單個(gè)藥物靶點(diǎn)是藥物發(fā)現(xiàn)的主要主導(dǎo)模式。然而，許多有效的藥物是通過調(diào)節(jié)多個(gè)蛋白質(zhì)而不是單個(gè)靶點(diǎn)發(fā)揮作用的?；诖吮尘?，2008年，Hopkins[3]首次提出網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的概念，將生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)與多向藥理學(xué)聯(lián)合應(yīng)用于藥物的設(shè)計(jì)。因網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)所強(qiáng)調(diào)的“多靶點(diǎn)”“協(xié)同機(jī)制”與中醫(yī)理論所強(qiáng)調(diào)的“整體觀念”“辨證論治”不謀而合，故一經(jīng)提出許多中醫(yī)學(xué)者就嘗試將其應(yīng)用于中藥及復(fù)方的開發(fā)與預(yù)測方面[4]。為解決中草藥配方的分子基礎(chǔ)研究所面臨的復(fù)雜性等問題，2011年，李梢[5]首次提出了“網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)”的概念，其可通過將方藥、病證映射于生物分子網(wǎng)絡(luò)中，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立方藥與病證的關(guān)聯(lián)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)以及“網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)”概念的提出，打開了中藥及復(fù)方研究的潘多拉魔盒，大量相關(guān)研究相繼涌現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)通過整合多學(xué)科領(lǐng)域的大量信息，將實(shí)驗(yàn)與計(jì)算相結(jié)合從而預(yù)測、發(fā)現(xiàn)新的藥物及作用網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)方法包括各種高通量組學(xué)技術(shù)與生物和藥理實(shí)驗(yàn)，計(jì)算方法包括數(shù)據(jù)挖掘、建模、圖論、統(tǒng)計(jì)方法和信息可視化等方法[3]。而中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法包括對中藥復(fù)方中有效成分的鑒定、基于藥物算法的靶標(biāo)預(yù)測、活性成分對應(yīng)靶標(biāo)的篩選、基于網(wǎng)絡(luò)的疾病基因預(yù)測、疾病特異性網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及最終的藥物-基因-疾病共模塊的定量分析[6]。

2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究的常用工具

2.1 藥物活性成分的篩選及靶點(diǎn)預(yù)測的數(shù)據(jù)庫 目前常用的藥物活性成分的篩選及靶點(diǎn)預(yù)測的數(shù)據(jù)庫包括：①中藥系統(tǒng)藥理學(xué)平臺(TCMSP，https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php)[7]收錄了近500味中草藥的近2.9萬個(gè)的活性成分及對應(yīng)的靶點(diǎn)蛋白，可根據(jù)藥物的吸收、代謝、分布(ADME)參數(shù)篩選中藥的活性成分及對應(yīng)靶標(biāo)，是目前最常用的數(shù)據(jù)庫之一。②本草組鑒數(shù)據(jù)庫(HERB，http://herb.ac.cn/)[8]是由北京中醫(yī)藥大學(xué)開發(fā)的包含大量高通量的中醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫，收集并重新分析了1 037個(gè)用中藥或中藥成分處理的高通量測序?qū)嶒?yàn)，支持對中藥、成分、靶標(biāo)以及疾病的檢索與預(yù)測。③SwissTargetPrediction(http://swisstargetprediction.ch/)[9]是基于相似性原理，通過反向篩選預(yù)測可能的小分子靶點(diǎn)蛋白，可用于中藥活性成分靶標(biāo)的反向預(yù)測。④其他常用的數(shù)據(jù)庫還有中醫(yī)藥整合藥理學(xué)研究平臺(TCMIP，http://www.tcmip.cn)[10]、中藥信息數(shù)據(jù)庫(TCMID，http://bidd.group/TCMID/index.html)[11]、BAT-MAN(http://bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/)數(shù)據(jù)庫[12]、Pharmmapper(http://lilab-ecust.cn/pharmmapper/index.html)[13]數(shù)據(jù)庫等。

2.2 疾病靶點(diǎn)篩選的數(shù)據(jù)庫 目前常用于疾病靶點(diǎn)篩選數(shù)據(jù)庫包括：①GeneCards(https://www.genecards.org/)[14]數(shù)據(jù)庫將150個(gè)網(wǎng)絡(luò)基因數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合，包含了基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組以及臨床疾病的蛋白靶點(diǎn)，是十分全面的綜合性數(shù)據(jù)庫。②DrugBank(https://go.drugbank.com/)[15]數(shù)據(jù)庫，包含已批準(zhǔn)的藥物2 358個(gè)，還包括數(shù)百種藥物對代謝物水平(藥物代謝組學(xué))、基因表達(dá)水平(藥物轉(zhuǎn)錄組學(xué))和蛋白質(zhì)表達(dá)水平(藥物原生學(xué))影響的信息。③OMIM(https://www.omim.org/)[16]數(shù)據(jù)庫，由Victor A. McKusick博士在19世紀(jì)60年代初期創(chuàng)建，目前以包含超過1.6萬個(gè)基因的信息，并仍在不斷更新。④其他常用的數(shù)據(jù)庫還有TTD(http://db.idrblab.net/ttd/)[17]數(shù)據(jù)庫、PharmGkb(https://www.pharmgkb.org/)[18]數(shù)據(jù)庫等。

2.3 蛋白-蛋白互作(protein-protein interaction，PPI)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及生物富集分析的數(shù)據(jù)庫 生命體的活動依賴于生物分子之間的相互作用，PPI網(wǎng)絡(luò)可以展示靶點(diǎn)在蛋白水平上的相互作用關(guān)系。STRING(https://cn.string-db.org/)[19]數(shù)據(jù)庫覆蓋了1.4萬多個(gè)物種之間的蛋白網(wǎng)絡(luò)，整合了所有已知的與預(yù)測的蛋白質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，包括物理相互作用和功能關(guān)聯(lián)，是常用的構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平臺。生物富集分析可選擇的數(shù)據(jù)庫包括DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)[20]數(shù)據(jù)庫，其是一個(gè)集合了注釋、可視化和集成發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫，可以提供差異表達(dá)基因的功能注釋與分析微陣列數(shù)據(jù)。Metascape(https://metascape.org/)[21]數(shù)據(jù)庫整合利用40多個(gè)獨(dú)立的知識庫，可以提供全面的基因列表注釋和分析資源，結(jié)合了功能豐富分析、交互組分析、基因注釋和成員搜索等功能，是提供生物富集分析的高效工具。同時(shí)常應(yīng)用Cytoscape[22]軟件對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及可視化展示。

3 中藥活性成分及單藥防治慢性心力衰竭的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究

中藥活性成分是中藥中具有醫(yī)療效用或生理活性的單體化合物，是新藥研發(fā)、藥品制備的重要途徑來源。譚鑫等[23]應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對接技術(shù)探索槲皮素治療慢性心力衰竭的分子機(jī)制，得到與慢性心力衰竭相關(guān)80個(gè)靶標(biāo)，篩選出了蛋白激酶B1(AKT1)、胱天蛋白酶3(CASP3)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)1、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)和MAPK8共5個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明槲皮素可明顯降低心力衰竭細(xì)胞AKT1、Phospho-AKT(Ser473)、 內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)、MMP9和Caspase-3水平(P<0.01)，并得出結(jié)論：槲皮素可能通過調(diào)節(jié)AKT1-eNOS-MMP9通路抑制凋亡從而改善慢性心力衰竭。Zhu等[24]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法研究雷公藤甲素治療糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)的作用機(jī)制，篩選出信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(STAT3)、血管內(nèi)皮生長因子A(VEGFA)、FOS、腫瘤壞死因子(TNF)、腫瘤蛋白p53(TP53) 和轉(zhuǎn)化生長因子-B1(TGFB1)共6個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)。富集主要集中在晚期糖基化受體終末產(chǎn)物及其受體(AGE-RAGE)信號通路、胰腺癌、MAPK等信號通路上。Luo等[25]通過TCMSP數(shù)據(jù)庫篩選出了葶藶子包含12個(gè)活性成分以及所對應(yīng)的29個(gè)慢性心力衰竭相關(guān)靶標(biāo)蛋白，通過對網(wǎng)絡(luò)的分析以及富集分析，認(rèn)為槲皮素、山柰酚、β-谷甾醇、異鼠李素為發(fā)揮治療作用的主要活性成分，β2腎上腺素能受體(ADRB2)、血紅素加氧酶1(HMOX1)為關(guān)鍵靶標(biāo)，可能通過調(diào)節(jié)AGE-RAGE信號通路、低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)信號通路、雌激素信號通路而發(fā)揮治療作用。Tao等[26]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法確定了黃芪中所包含的21種有效成分以及對應(yīng)的407個(gè)靶標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建共獲得46個(gè)交集靶點(diǎn)蛋白，對交集蛋白進(jìn)行生物富集分析后顯示，黃芪在調(diào)節(jié)AGE-RAGE、白細(xì)胞介素-17(IL-17)、HIF-1等信號通路方面具有潛在作用。李昊楠等[27]通過整合多個(gè)數(shù)據(jù)庫，篩選獲得人參所包含的33種活性成分，以及與心力衰竭相關(guān)的STAT3、 c-Jun蛋白(JUN)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、TNF等靶點(diǎn)，富集分析結(jié)果表明，人參治療心力衰竭可能涉及環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、TNF、胰島素抵抗、甲狀腺激素等共55條信號通路，為人參治療心力衰竭的臨床應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

4 中藥復(fù)方防治慢性心力衰竭的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究

相較于中藥的活性成分與單味中藥，中藥復(fù)方更符合中醫(yī)的辨證論治特點(diǎn)，臨床治療中也多是以復(fù)方的形式進(jìn)行辨證治療。目前已有較多學(xué)者將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)用于研究中藥復(fù)方防治慢性心力衰竭的作用機(jī)制中[28-31]。Xu等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，參附湯可以提高心力衰竭大鼠的射血分?jǐn)?shù)，減輕心肌組織病理學(xué)改變，降低血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme，ACE)、醛固酮(aldosterone，ALD)、心房利鈉肽(atrial natriuretic polypeptide，ANP)和腎素(renin，REN)水平。并進(jìn)一步通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與分子對接技術(shù)篩選出參附湯所作用的22個(gè)核心靶點(diǎn)蛋白，利用表面等離子共振(surface plasmon resonance，SPR)技術(shù)發(fā)現(xiàn)參附湯可能通過烏頭堿(aconitine，AC)、苯甲酰胺(benzoylaconine，BAC)、人參皂苷 Re(Ginsenoside Re)、人參皂苷Rg1(Ginsenoside Rg1)、人參皂苷Rb1(Ginsenoside Rb1)作用于ACE2、REN、ACE、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、表皮細(xì)胞生長因子(EGF)、人5-羥色胺受體2B(HTR2B)、多聚ADP核糖聚合酶1(PARP1)、重組人B型鈉尿肽(NPPB)等蛋白發(fā)揮協(xié)同作用改善心力衰竭。Liu等[33]通過整合多個(gè)數(shù)據(jù)庫，篩選出了芪參益氣顆粒所包含的243種生物活性成分與129個(gè)交集靶點(diǎn)，確定了內(nèi)皮素1(EDN1)、血管緊張素原(AGT)、cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1(CREB1)、ACE等10個(gè)關(guān)鍵靶標(biāo)，并通過進(jìn)一步的聚類及富集分析篩選出與慢性心力衰竭相關(guān)的神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)-蛋白激酶G(PKG)信號通路、腎素分泌、血管平滑肌收縮和腎素-血管緊張素系統(tǒng)等信號通路。孫梓宜等[34]聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與分子對接技術(shù)探討升解通瘀湯治療慢性心力衰竭的潛在作用機(jī)制，通過聯(lián)合多個(gè)數(shù)據(jù)庫信息以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞治?，最終確定75個(gè)藥物活性成分及109個(gè)與慢性心力衰竭相關(guān)的靶標(biāo)蛋白，認(rèn)為升解通瘀湯可能通過調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)、細(xì)胞的增殖和凋亡、血管生成和氧化應(yīng)激等生物學(xué)過程發(fā)揮治療作用。Wu等[35]將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與動物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法確定了63 個(gè)養(yǎng)心氏片包含的與心力衰竭進(jìn)展密切相關(guān)的主要靶點(diǎn)，富集分析顯示養(yǎng)心氏片治療心力衰竭與氧氣輸送、葡萄糖利用和線粒體生物發(fā)生等通路有關(guān)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明養(yǎng)心氏片可以通過增加磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)、Akt、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、核糖體蛋白S6(rpS6)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的磷酸化來促進(jìn)下游低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α(PGC1α)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)的表達(dá)，通過激活PI3K/Akt/mTOR/rpS6/HIF-1α和AMPK/PGC1α/GLUT4信號通路改善慢性缺血性心力衰竭大鼠的心肌能量代謝障礙，對于養(yǎng)心氏片活性化合物的確定、潛在靶點(diǎn)以及分子機(jī)制明確具有重要意義。

5 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)所面臨的問題與挑戰(zhàn)

中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的出現(xiàn)豐富了中醫(yī)藥的研究策略，對于靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、生物活性成分的篩選、毒性評價(jià)、藥效作用背后機(jī)制的闡釋以及中藥的研發(fā)具有重要意義，同時(shí)中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法為中醫(yī)藥從經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)向循證醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化提供了一種新的研究范式[36]。但目前網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)仍存在一定局限，首先，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性直接決定了結(jié)果的可靠性。同時(shí)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選以及保證結(jié)果的可重復(fù)性也是不容忽視的問題。其次，對于關(guān)鍵活性成分以及靶標(biāo)的確定多是依據(jù)不同的模型與算法，而不同的算法往往會產(chǎn)生不同的預(yù)測結(jié)果，選擇何種算法并保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性仍需進(jìn)一步研究。再次，中藥方劑的配伍講究“君、臣、佐、使”，根據(jù)治法的要求，有主有次，有專攻有配合，而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)中“藥物-有效成分”的對應(yīng)關(guān)系僅僅是中藥中化學(xué)成分的簡單相加，這有悖于中醫(yī)的組方理論。尹文萱等[37]分別制備了人參、附子的單煎液與合煎液，結(jié)果表明，人參與附子的合煎液與單煎液的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，合煎液中有新的物質(zhì)產(chǎn)生，各味中藥在合煎過程中存在著復(fù)雜的相互作用，因此不能將中藥復(fù)方簡單理解為單種藥物活性成分的簡單加和。最后，對于藥物活性成分的確定多以口服生物利用度(OB)、類藥性(DL)作為標(biāo)準(zhǔn)，但卻忽視了成分含量對藥效的影響，同時(shí)，不同中藥的劑量不同其功效也大不相同，如中藥三七，小劑量可散瘀止血，大劑量具有活血作用，因此，將所有藥物按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等同對待顯然也是不合理的[38-39]。

6 小結(jié)與展望

即使在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究中存在著一些不可避免的局限性，但它仍為復(fù)雜的中藥配方提供了一個(gè)多維的研究策略。隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究的不斷深入以及儀器分析和數(shù)據(jù)分析手段的進(jìn)步，希望能夠在中醫(yī)理論的指導(dǎo)下、在充分認(rèn)識到中藥組方內(nèi)在邏輯的基礎(chǔ)上，找到一種超高通量、快速、準(zhǔn)確的方法來有效解決上述局限，從而進(jìn)一步推動中醫(yī)藥的現(xiàn)代化進(jìn)程。