侯婷婷，婁曉月，苗薇薇，王 璐，賈閃閃，閆福林，2*

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 三全學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 4530002；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453000)

中藥在我國(guó)有長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的醫(yī)學(xué)實(shí)踐，具有悠久的歷史，已被廣泛應(yīng)用于各種疾病的治療，但由于其成分的復(fù)雜性，作用機(jī)制尚不明確，嚴(yán)重阻礙了中醫(yī)藥在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?！皢我怀煞郑瑔我话悬c(diǎn)，單一通路”是當(dāng)前中藥藥理學(xué)的主要研究方式，無(wú)法體現(xiàn)中醫(yī)藥的整體觀(guān)和辨證施治的治療理念[1]；而西藥對(duì)于藥理學(xué)的研究則更傾向于蛋白質(zhì)分子和基因等更為微觀(guān)的層面，因此將傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論和分子生物學(xué)知識(shí)連接起來(lái)，更有利于中醫(yī)藥文化和理論的傳承，進(jìn)而更好地開(kāi)展疾病治療和新藥研發(fā)[2]。隨著對(duì)各種疾病基礎(chǔ)研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)表明，諸如抑郁、成癮等疾病的發(fā)病可能有多種分子機(jī)制的參與，提示新藥研發(fā)可能應(yīng)考慮多靶點(diǎn)的治療藥物。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是由HOPKINS提出的一種基于生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)，認(rèn)為藥物通過(guò)作用于多個(gè)靶點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自身的藥理作用，減少毒副反應(yīng)的研究方法[3]，其核心觀(guān)念與中藥的“安全、有效”的臨床理念不謀而合，在中藥和中藥復(fù)方研究中受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，應(yīng)用也愈加廣泛。本研究對(duì)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)研究提供思路。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

隨著生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和多向藥理學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的藥物研發(fā)成為頗有前景的高效藥物研究方法。基于系統(tǒng)生物學(xué)和網(wǎng)絡(luò)理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)被用于研究“化合物-蛋白質(zhì)/基因-疾病”之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，從“多成分、多靶點(diǎn)、多通路”角度深入揭示中藥及中藥復(fù)方的作用機(jī)制，從蛋白質(zhì)分子和基因水平明確生物系統(tǒng)、藥物和疾病之間的復(fù)雜關(guān)系[4]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)強(qiáng)調(diào)疾病的發(fā)生和進(jìn)展是長(zhǎng)期且復(fù)雜的過(guò)程，認(rèn)為疾病的本質(zhì)原因是生物網(wǎng)絡(luò)中基因或靶點(diǎn)的功能失衡，其聚焦于藥物發(fā)揮作用的多個(gè)信號(hào)通路間的相互作用，明確導(dǎo)致藥理作用和毒副反應(yīng)的信號(hào)通路，進(jìn)而尋找引發(fā)毒副反應(yīng)的藥物成分，減少不良反應(yīng)，提升藥物的治療效果，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)近年來(lái)作為研究工具已被廣泛應(yīng)用[5-6]。此外，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探究藥物潛在的作用靶點(diǎn)，為新藥研發(fā)提供新思路。

2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)常用的數(shù)據(jù)庫(kù)和算法

隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的飛速發(fā)展，與中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)和工具日漸增多，常用數(shù)據(jù)庫(kù)包括HIT[7]、TCMSP[8]、TCMID[9]、SymMap[10]、BATMAN-TCM[11]、MBROLE[12]、ChEMBLT[13]、PubChem[14]等中藥數(shù)據(jù)庫(kù)，Drugbank[15]、STITCH[16]、STRING[17]、HPRD[18]、MINT[19]、IntAct[20]、GeneCards[21]、Reactome[22]和HAPPI[23]等作用靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，DisGeNet[24]、TTD[25]、CTD[26]、OMIM[27]和GAD[28]等基因疾病相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。DAVID、PANTIHER、GenMAPP、GoMiner等生物信息學(xué)工具，或Cytoscape插件ClueGO、CluePedia、BiNGO等被用于藥物-靶標(biāo)和疾病-靶標(biāo)之間的GO和KEGG通路富集分析[29-30]。在使用上述生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的算法和工具十分重要。Random Walk算法是網(wǎng)絡(luò)聚類(lèi)分析的常用算法，其開(kāi)始于一個(gè)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算與相鄰節(jié)點(diǎn)的相似度，構(gòu)建“中草藥-化合物-靶標(biāo)-疾病”網(wǎng)絡(luò)，SEAL A等[31-32]研究發(fā)現(xiàn)，Random Walk算法應(yīng)用在化學(xué)特性的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效性和良好的應(yīng)用前景，可用于新型藥物靶標(biāo)相互作用的識(shí)別，并研究其相互間的作用；而PRINCE算法則被用于對(duì)疾病基因和蛋白復(fù)合物聯(lián)系的優(yōu)先順序進(jìn)行分析，分析基于網(wǎng)絡(luò)連接的平滑性和已知信息的使用[33]。

進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析之后，研究者們常用Cytoscape、Pajek、GUESS、WIDAS等作為網(wǎng)絡(luò)關(guān)系可視化的平臺(tái)，將各節(jié)點(diǎn)(藥物、靶點(diǎn)和疾病)中的相互關(guān)系進(jìn)行直觀(guān)的展示[34]。網(wǎng)絡(luò)可視化工具的使用將復(fù)雜數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系進(jìn)行整合，并以網(wǎng)絡(luò)的形式直觀(guān)呈現(xiàn)。其中Cytoscape最為常用，可作為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-基因相互作用的處理工具[35]。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)工具的使用，結(jié)合臨床前和臨床研究結(jié)果，可以從系統(tǒng)生物學(xué)的角度分析出“中草藥-化合物-蛋白質(zhì)/基因-疾病”之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，了解中草藥對(duì)疾病確切的影響。ZHU N等[36]通過(guò)從TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出芍藥甘草湯的活性成分，從STITCH、ChEMBL和PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出化合物相關(guān)靶點(diǎn)蛋白，從DrugBank、GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索骨關(guān)節(jié)炎的相關(guān)蛋白，形成PPI網(wǎng)絡(luò)，將化合物PPI網(wǎng)絡(luò)與骨關(guān)節(jié)炎PPI網(wǎng)絡(luò)相交，使用Cytoscape構(gòu)建可視化的網(wǎng)絡(luò)圖形并進(jìn)行分析，對(duì)芍藥甘草湯用于骨關(guān)節(jié)炎治療的相關(guān)通路進(jìn)行探討，結(jié)果顯示其可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡藥物代謝、炎癥和免疫調(diào)節(jié)，發(fā)揮對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的治療作用。

3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用

近年來(lái)，關(guān)于中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的文獻(xiàn)報(bào)道越來(lái)越多，發(fā)表在Pubmed和CNKI上的文章數(shù)量急劇攀升[37]，研究者們通過(guò)對(duì)中藥及中藥復(fù)方的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究，開(kāi)展對(duì)于其活性成分及藥理和毒理學(xué)方面的研究。

3.1 中藥及中藥復(fù)方活性成分研究

中藥及中藥復(fù)方發(fā)揮藥理作用通常是由多種活性成分共同作用的結(jié)果，而探究其具體的藥理作用機(jī)制成為了中醫(yī)藥研究最具挑戰(zhàn)性的課題之一。有研究證實(shí)，通過(guò)對(duì)血塞通的活性成分進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，并對(duì)血塞通中的皂苷進(jìn)行治療大鼠心肌梗死的微陣列實(shí)驗(yàn)，確定在心血管疾病中差異化表達(dá)的基因網(wǎng)絡(luò)，最終獲得化合物-靶標(biāo)的相互作用關(guān)系[38]。王林麗等[39]通過(guò)基于degree的網(wǎng)絡(luò)算法評(píng)估血塞通的功效，確定出五種化學(xué)成分的組合，這些化學(xué)成分的功效占據(jù)了血塞通全部功效的95%，同時(shí)，經(jīng)過(guò)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證，五種化學(xué)成分顯示出類(lèi)似血塞通的治療心肌梗死的藥理作用。ZENG Q等[40]對(duì)柴胡疏肝散進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析，篩選出152種活性成分，預(yù)測(cè)皂苷元F、皂苷元G、皂苷元C、白花素、橘皮素、橙皮苷具有良好的活性，并進(jìn)行GO和KEGG富集分析，發(fā)現(xiàn)其通過(guò)PI3K-AKT信號(hào)通路減少Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞死亡，減少PC12細(xì)胞的凋亡，提示對(duì)阿爾茨海默病可能有治療作用。黃桂鋒等[41]通過(guò)對(duì)三七的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，豆甾醇、β-谷固醇、人參皂苷rh2、槲皮素、三七皂苷r1五種活性成分共同作用于96個(gè)靶標(biāo)，其中核心靶標(biāo)為AKT、IL-6、VEGFA、c-JUN和HB-EGF，主要通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K-AKT、HIF-1、MAPK等信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)冠心病的治療作用。

3.2 中藥復(fù)方各藥味相互作用關(guān)系分析

中藥復(fù)方在遣方組藥時(shí)講究“君臣佐使”，意指中藥復(fù)方中的各藥味均有其不同的作用。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)可以對(duì)復(fù)方中各藥味的化學(xué)成分及其作用靶點(diǎn)、疾病進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，明確復(fù)方中各藥味的相互關(guān)系和在復(fù)方中的地位。DMIM(Distance-based mutual information model)被用于辨別中藥處方中各中藥成分間的有效關(guān)系，將相互信息熵和中藥間距離進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而建立中藥網(wǎng)絡(luò)，評(píng)價(jià)藥物間的相互作用，這種評(píng)價(jià)模式使中藥處方中藥物的頻率、獨(dú)立性和距離之間的關(guān)系達(dá)到良好的平衡，闡述了傳統(tǒng)中藥的配對(duì)使用和相互之間的兼容性。李梢等[42]通過(guò)構(gòu)建DMIM模型，發(fā)現(xiàn)六味地黃丸被用于治療不同疾病，其對(duì)腫瘤相關(guān)途徑和神經(jīng)內(nèi)分泌免疫途徑的作用顯示出高表型相似性，推測(cè)可能是其作用機(jī)制；對(duì)郁金方進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法考察，發(fā)現(xiàn)郁金是治療心腦血管疾病的主要成分，麝香、梔子和冰片則起到協(xié)同的作用[43]。

3.3 預(yù)測(cè)中藥發(fā)揮治療作用的作用靶點(diǎn)

預(yù)測(cè)中藥發(fā)揮治療作用的作用靶點(diǎn)既可以為傳統(tǒng)中醫(yī)藥提供理論基礎(chǔ)，又有利于傳統(tǒng)中醫(yī)藥走向國(guó)際，是中藥現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)。研究者根據(jù)TCM-Mesh數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的人參活性成分的分子結(jié)構(gòu)、生物活性及藥理學(xué)方法，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1、Re和Rb1可通過(guò)TNF、NOS3、AKT1信號(hào)治療阿爾茨海默癥、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化[44]。梁旭軍等[45]研究發(fā)現(xiàn)，六味地黃丸的活性成分可能通過(guò)調(diào)節(jié)CCR2、ESR1、RRARγ和RARA的表達(dá)，進(jìn)而影響食管炎和結(jié)腸癌的病理發(fā)展。對(duì)清絡(luò)飲的235種成分進(jìn)行分析，研究者鑒定出苦參黃素、苦參堿、青藤堿、小檗堿和薯蕷皂苷元等具有抗血管生成和抗炎的活性成分，發(fā)現(xiàn)苦參堿和青藤堿可靶向TNF和VEGF誘導(dǎo)的信號(hào)通路，通過(guò)反饋和補(bǔ)償機(jī)制發(fā)揮協(xié)同作用，這和其對(duì)類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療作用密切相關(guān)[46]。通過(guò)FDA批準(zhǔn)的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和藥物相應(yīng)靶標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)，使用“Random Forest”算法，WU等[47]對(duì)附子進(jìn)行“化合物-靶標(biāo)”網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)附子的22種化合物可能的作用靶標(biāo)；而梔子大黃湯的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究顯示其治療酒精性肝臟疾病的機(jī)制可能是通過(guò)靶向CYP2E1、XDH、NOS2和PTGS2抑制抗氧化反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)活性氧來(lái)實(shí)現(xiàn)的[48]。陳亞紅等[49]對(duì)丹參飲的主要生物活性成分治療糖尿病的藥理作用進(jìn)行分析，并結(jié)合分子對(duì)接和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，顯示其主要活性成分(丹參素、橙花醇、丹參新酮等)可通過(guò)作用于EGFR，通過(guò)PI3K-Akt、Wnt、MAPK、AMPK、NF-κB等信號(hào)通路，參與炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，為其用于糖尿病的治療提供理論基礎(chǔ)。

3.4 預(yù)測(cè)中藥新的適應(yīng)證

中藥由于其成分的復(fù)雜性，具有多種藥理活性，被廣泛應(yīng)用于各種疾病的治療，并取得了較好的療效。由于中藥是我國(guó)的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)，其適應(yīng)證與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的病癥無(wú)法產(chǎn)生明確的聯(lián)系，造成中藥在臨床使用過(guò)程中受到限制。中藥是尋找新藥資源的寶庫(kù)，開(kāi)發(fā)潛力巨大，其適應(yīng)證尚不完整，有待新適應(yīng)證的發(fā)掘，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的興起，為這一難題提供了一個(gè)新的思路。師帥等[50]開(kāi)展對(duì)“丹參-三七”的藥理作用和機(jī)制研究，發(fā)現(xiàn)三七成分中的槲皮素口服生物利用度最高，作用靶點(diǎn)最多，可能發(fā)揮關(guān)鍵的藥理作用，槲皮素具有的抗炎、抗氧化作用及抑制乳腺癌細(xì)胞遷移的作用，提示其對(duì)惡性腫瘤可能有治療作用。李翔等[51]通過(guò)對(duì)復(fù)方丹參方的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)其中的丹參酮類(lèi)成分可通過(guò)GLUT4、PPARG、IRS1、KCNJ11和INSR等的調(diào)節(jié)，改善胰島素抵抗，增加胰島素分泌，在糖尿病的臨床防治中可能有應(yīng)用前景。楊倩等[52]對(duì)復(fù)方川芎嗪進(jìn)行“成分-靶標(biāo)-疾病”的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并對(duì)相關(guān)靶標(biāo)進(jìn)行GO和KEGG富集分析，發(fā)現(xiàn)其主要作用靶標(biāo)與細(xì)胞增殖、血小板激活、平滑肌收縮等生物學(xué)過(guò)程，預(yù)測(cè)其對(duì)缺血性腦卒中有治療作用，并通過(guò)對(duì)缺血性腦卒中大鼠進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)復(fù)方川芎嗪可以降低模型大鼠海馬組織中的MAPK-1和SRC的mRNA水平，有利于其發(fā)揮腦保護(hù)作用。上述研究均顯示出網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥復(fù)方研究中預(yù)測(cè)新的適應(yīng)證的工具性作用，為中藥的新藥開(kāi)發(fā)提供了有力支持。

3.5 中藥毒理學(xué)研究

網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)基于“毒性-基因-靶標(biāo)-藥物”相互作用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)合理使用網(wǎng)絡(luò)分析，評(píng)估和闡述藥物的毒副反應(yīng)。劉慶山等[53]通過(guò)建立針對(duì)自由基清除的高通量篩選模型，篩選并分析復(fù)方白脈散全組分，確認(rèn)其靶點(diǎn)，并進(jìn)行靶標(biāo)化合物的毒性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示出良好的效果和關(guān)鍵作用，該研究有助于從中藥資源中發(fā)現(xiàn)新藥，同時(shí)增加安全性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)計(jì)算機(jī)毒理學(xué)被用于研究化合物的毒性結(jié)構(gòu)及其毒性關(guān)系，通過(guò)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)相結(jié)合，進(jìn)一步預(yù)測(cè)候選化合物的毒性，可以減少研發(fā)成本，提高成功率[54]。雷蕾等[55]通過(guò)網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)的預(yù)測(cè)軟件Mold2對(duì)7409個(gè)中藥化學(xué)成分進(jìn)行了分子描述符計(jì)算，并使用“Random Forest”算法構(gòu)建定量構(gòu)效關(guān)系模型，篩選最優(yōu)預(yù)測(cè)模型，對(duì)中藥急性毒性成分進(jìn)行預(yù)測(cè)，減少藥物可能出現(xiàn)的毒副反應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)已被廣泛用于中藥成分的肝毒性、腎毒性、心臟毒性和急性毒性的預(yù)測(cè)，如何建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)[56]。

3.6 聯(lián)合藥物分析學(xué)方法進(jìn)行中藥質(zhì)量標(biāo)志物研究

中藥飲片或提取物中與其功能性質(zhì)關(guān)系密切的化學(xué)成分能夠反映其有效性和安全性，對(duì)其進(jìn)行“物質(zhì)-功能”網(wǎng)絡(luò)分析為中藥行業(yè)的質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制提供了新的思路。通過(guò)氣相-質(zhì)譜聯(lián)用或超高液相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)中藥復(fù)方的化學(xué)成分進(jìn)行分析，進(jìn)行“成分-靶點(diǎn)-疾病”網(wǎng)絡(luò)分析，確定關(guān)鍵模塊和節(jié)點(diǎn)，可以從“代謝指紋-化學(xué)構(gòu)成-網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)”的藥理學(xué)角度確定中藥復(fù)方的質(zhì)量標(biāo)志物[57]。LI K等通過(guò)整合化學(xué)、生物合成分析、藥代動(dòng)力學(xué)分析，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，使用灰色關(guān)聯(lián)分析和最小二乘支持向量機(jī)回歸技術(shù)，鑒定出元胡止痛片的三個(gè)質(zhì)量標(biāo)記物(原阿片堿、α-別隱品堿和延胡索堿)與其生物活性高度相關(guān)，其中延胡索乙素、延胡索堿和白茅苷可作為區(qū)分元胡止痛片真假的成分組合，也可用于生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制[58]。

4 結(jié)語(yǔ)

中藥藥理作用是多成分、多靶點(diǎn)、多途徑的整體作用，當(dāng)前新藥研發(fā)的“單一靶點(diǎn)，單一藥物”模式難以勝任中藥的藥理研究，而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的應(yīng)用則為中藥研究提供了有力的工具。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)可以從生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，構(gòu)建“活性成分-作用靶標(biāo)-疾病”的藥理網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等高通量技術(shù)，為中藥研究與創(chuàng)新提供實(shí)踐基礎(chǔ)和有效途徑。即便如此，基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析的結(jié)果仍需研究者們?cè)诩?xì)胞水平、離體組織和整體動(dòng)物層面上的活性驗(yàn)證，結(jié)合臨床研究結(jié)果，能夠更快捷和有效地進(jìn)行中藥開(kāi)發(fā)研究；在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究中引入生物芯片、等離子體質(zhì)譜法和微量升華法等新技術(shù)，有利于中醫(yī)藥的大數(shù)據(jù)研發(fā)和質(zhì)量控制，促進(jìn)中藥現(xiàn)代化的進(jìn)程。