劉子豪 來(lái)曉磊 劉紅旭
2019年12月以來(lái),全球各國(guó)陸續(xù)出現(xiàn)新型冠狀病毒肺炎病例,并進(jìn)一步蔓延,世界衛(wèi)生組織已宣布新型冠狀病毒肺炎為大流行病[1]。截至2020年6月16日8時(shí),根據(jù)美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)發(fā)布的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[2],全世界共有200余個(gè)國(guó)家和地區(qū)累計(jì)確診病例超過(guò)800萬(wàn)例,累計(jì)死亡超過(guò)43萬(wàn)例。
國(guó)家衛(wèi)生健康委及國(guó)家中醫(yī)藥管理局先后頒布診療方案[3],針對(duì)本病的不同證型辨證施治,并多次提出中醫(yī)“治未病”要廣泛參與到此次疫情防治之中。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為在未病之時(shí)如果能夠采取一定的手段,可以對(duì)預(yù)防疾病起到一定的作用?!端貑?wèn)·四氣調(diào)神大論篇》云“是故圣人不治已病治未病,不治已亂治未亂”[4],提出“治未病”的概念?!端貑?wèn)·刺法論篇》云“正氣存內(nèi),邪不可干”,強(qiáng)調(diào)“正氣”在預(yù)防疾病中的重要地位。目前針對(duì)本次新型冠狀病毒肺炎的中醫(yī)認(rèn)識(shí)較為統(tǒng)一[5-7],疾病歸屬于“疫癘”范疇,其病因?qū)傩詾椤皾穸局啊保C(jī)為“濕、毒、瘀、閉、虛”,病位在肺、脾。由此推測(cè),以扶正、化濕、解毒為立法的中藥處方可以起到預(yù)防新冠肺炎的作用。
眾多國(guó)醫(yī)大師也積極參與此次疫情防治,筆者前期對(duì)國(guó)醫(yī)大師已公布的預(yù)防處方進(jìn)行總結(jié)、分析,周仲瑛、孫光榮、唐祖宣、李佃貴、金世元、王琦、熊繼柏、劉祖貽等國(guó)醫(yī)大師開(kāi)具了預(yù)防用方,以益氣、化濕、清解為主要立法,其中黃芪、藿香、金銀花為核心處方用藥[8]?!端貑?wèn)·評(píng)熱論篇》云“邪之所湊,其氣必虛”,正氣是抵御外邪的核心,正氣充足則外邪不易傷人。北京市第5版新冠肺炎中醫(yī)藥防治方[9]中成人代茶飲方使用了黃芪、藿香;兒童代茶飲方使用了金銀花。蔣燕君等[10]對(duì)中國(guó)各地公布的預(yù)防處方進(jìn)行數(shù)據(jù)分析同樣發(fā)現(xiàn)黃芪為預(yù)防新冠肺炎的核心用藥。此次新冠肺炎屬“濕毒疫”[11],化濕、解毒是主要預(yù)防和治療方法。方中黃芪益氣扶正,藿香芳香化濕,金銀花清熱解毒,三藥聯(lián)用可扶正祛邪,直中病機(jī),從而起到未病先防之用。
常態(tài)化疫情防控之下,目前尚無(wú)特效藥物問(wèn)世,疫苗仍處于臨床試驗(yàn)階段,在做好個(gè)人防護(hù)的同時(shí),能否通過(guò)“中醫(yī)治未病”的參與起到預(yù)防新型冠狀病毒肺炎的作用值得臨床研究。本研究擬通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)篩選出黃芪、藿香、金銀花3味藥物的作用靶點(diǎn),預(yù)測(cè)其核心活性化合物,并運(yùn)用分析軟件對(duì)藥物—化合物—靶點(diǎn)以及靶點(diǎn)—信號(hào)通路進(jìn)行分析,探索其預(yù)防新型冠狀病毒肺炎的潛在作用機(jī)制,為抗新冠肺炎藥物開(kāi)發(fā)和臨床防治應(yīng)用提供理論參考。
應(yīng)用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及分析平臺(tái)(http://tcmspw.com/tcmsp.php)[12],以“黃芪”“藿香”“金銀花”為關(guān)鍵詞檢索藥物相關(guān)活性化合物。以口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%、類(lèi)藥性(drug-likeness,DL)≥0.18、藥物半衰期(drug half-life,HL)≥10為篩選條件,最終得到符合條件的化合物。
應(yīng)用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及分析平臺(tái)獲取黃芪、藿香、金銀花3味藥物主要活性化合物的關(guān)聯(lián)靶點(diǎn),應(yīng)用UniProt數(shù)據(jù)庫(kù)[13](http://www.uniprot.org)校正靶點(diǎn)基因名稱(chēng)。以“coronavirus disease 2019” “novel coronavirus pneumonia”等為關(guān)鍵詞在GeneCards網(wǎng)站(http://www.genecards.org)檢索新型冠狀病毒肺炎相關(guān)基因,在String在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.string-db.org)導(dǎo)入靶點(diǎn)基因,設(shè)定屬性為人類(lèi)。收集化合物靶點(diǎn)基因與新型冠狀病毒肺炎基因的共同靶點(diǎn),并繪制韋恩圖。結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape 3.7.1軟件進(jìn)行藥物—化合物—靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)可視化。
利用String在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)共同靶點(diǎn)的進(jìn)行蛋白互作分析,將靶點(diǎn)信息導(dǎo)入String數(shù)據(jù)庫(kù),物種選擇“Homo sapiens”,以蛋白互作綜合得分>0.4為篩選條件,獲取共同靶點(diǎn)蛋白互作信息及可視化網(wǎng)絡(luò)圖。
應(yīng)用R(https://www.r-project.org/)語(yǔ)言軟件及Bioconducter生物信息軟件包(https://www.bioconductor.org/),導(dǎo)入靶點(diǎn)基因,進(jìn)行靶點(diǎn)基因本體功能及基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路富集分析,保留P<0.05的結(jié)果。得到黃芪—藿香—金銀花有效化合物作用靶點(diǎn)的主要生物功能和過(guò)程以及相關(guān)通路,選取前20個(gè)條目進(jìn)行可視化處理。最后運(yùn)用Cytoscape軟件構(gòu)建靶點(diǎn)—信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)圖。
通過(guò)中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及分析平臺(tái)檢索到黃芪、藿香、金銀花中化合物417個(gè),其中黃芪87個(gè)、藿香94個(gè)、金銀花236個(gè);以O(shè)B≥30%、DL≥0.18且HL≥10為閾值篩選條件,得到活性成分24個(gè)。其中MOL000098-quercetin為黃芪、藿香、金銀花共有化合物;MOL000422-kaempferol為黃芪、金銀花共有化合物。刪除重復(fù)項(xiàng)共21個(gè)活性成分。見(jiàn)表1。
從中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及分析平臺(tái)中獲取活性化合物相關(guān)靶點(diǎn)181個(gè),從Genecards數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選得到新型冠狀病毒肺炎相關(guān)靶點(diǎn)259個(gè),兩者相映射得到42個(gè)共同靶點(diǎn),并繪制韋恩圖。結(jié)果見(jiàn)表2、圖1。
表1 黃芪、藿香、金銀花化合物基本信息
續(xù)表
表2 黃芪、藿香、金銀花和新型冠狀病毒 肺炎重合靶點(diǎn)信息
將已篩選的有關(guān)活性化合物及靶點(diǎn)構(gòu)建表格,導(dǎo)入Cytoscape軟件,對(duì)不同化合物進(jìn)行屬性命名,構(gòu)建藥物—化合物—靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖,結(jié)果見(jiàn)圖2。其中粉色代表疾病新型冠狀病毒肺炎,綠色代表黃芪、藿香、金銀花3味藥物,黃色代表活性化合物,藍(lán)色代表靶點(diǎn)。藥物活性化合物中等級(jí)(degree)值排列前5位的分別是:槲皮素(quercetin,MOL000098,degree值為152)、山奈酚(kaempferol,MOL000422,degree值為39)、木犀草素(leteolin,MOL000006,degree值為36)、尼泊爾鳶尾異黃酮(irisolidone,MOL005916,degree值為16)、芒柄花黃素(formononetin,MOL000392,degree值為14);主要靶點(diǎn)中degree值排列前5位的分別是PTGS2(degree值為18)、PTGS1(degree值為15)、PPARG(degree值為14)、NOS2(degree值為10)、MAPK14(degree值為7)。
圖1 黃芪、藿香、金銀花和新型冠狀病毒肺炎
在String在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)上輸入42個(gè)共同靶點(diǎn),分析后得到蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖,見(jiàn)圖3。該網(wǎng)絡(luò)圖含有42個(gè)靶點(diǎn)及513條邊,平均度值為24.4。其中,各節(jié)點(diǎn)表示作用靶點(diǎn),每條邊表示各靶點(diǎn)之間的相互作用關(guān)系,邊數(shù)越多表示該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用靶點(diǎn)越重要。
基因本體論生物功能主要包括生物過(guò)程(biology process,BP)、細(xì)胞組成(cell component,CC)和分子功能(molecular function,MF)3個(gè)部分。將共同靶點(diǎn)進(jìn)行基因本體論生物功能分析,以P<0.05為篩選條件,共獲得基因本體論生物功能1470條,根據(jù)生物過(guò)程、細(xì)胞組成和分子功能分別選取前20個(gè)條目(細(xì)胞組成滿(mǎn)足條件的僅10條)進(jìn)行可視化分析,見(jiàn)圖4~6,圖中縱坐標(biāo)表示條目名稱(chēng),橫坐標(biāo)表示富集個(gè)數(shù)。圖4顯示共同作用靶點(diǎn)生物過(guò)程集中在細(xì)菌反應(yīng)、脂多糖應(yīng)答、細(xì)菌來(lái)源分子反應(yīng)等;圖5顯示共同靶點(diǎn)在細(xì)胞組成中集中于膜筏、膜微區(qū)、膜區(qū)等;圖6顯示共同作用靶點(diǎn)分子功能集中于細(xì)胞因子受體結(jié)合、細(xì)胞因子活性、受體配體活性等。
圖2 黃芪—藿香—金銀花配伍預(yù)防新冠肺炎藥物—化合物—靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖
圖3 黃芪—藿香—金銀花配伍預(yù)防新冠肺炎靶點(diǎn)蛋白互作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖
注:縱坐標(biāo)表示條目名稱(chēng);橫坐標(biāo)表示富集個(gè)數(shù)。
注:縱坐標(biāo)表示條目名稱(chēng);橫坐標(biāo)表示富集個(gè)數(shù)。
注:縱坐標(biāo)表示條目名稱(chēng);橫坐標(biāo)表示富集個(gè)數(shù)。
對(duì)42個(gè)共同靶點(diǎn)進(jìn)行基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路富集分析,以P<0.05為篩選條件,對(duì)排列前20位的通路進(jìn)行可視化分析,得到通路富集分析柱狀圖,見(jiàn)圖7。圖中縱坐標(biāo)表示通路名稱(chēng),橫坐標(biāo)表示富集的個(gè)數(shù)。共同靶點(diǎn)主要富集于AGEs-RAGE信號(hào)通路、甲型流感通路、白介素-17信號(hào)通路、人巨細(xì)胞病毒感染、腫瘤壞死因子信號(hào)通路、美國(guó)錐蟲(chóng)病通路、卡波西肉瘤相關(guān)皰疹病毒感染通路等。
將獲得的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路條目和共同靶點(diǎn)信息導(dǎo)入Cytoscape軟件,繪制靶點(diǎn)—通路網(wǎng)絡(luò)圖,見(jiàn)圖8。圖中藍(lán)紫色圖標(biāo)代表相關(guān)靶點(diǎn),淺綠色圖標(biāo)代表相關(guān)通路。其等級(jí)值排列前5位的核心靶點(diǎn)為MAPK1、RELA、MAPK8、PRKCB、PRKCA。
注:縱坐標(biāo)表示通路名稱(chēng);橫坐標(biāo)表示富集的個(gè)數(shù)。
注:藍(lán)紫色圖標(biāo)代表相關(guān)靶點(diǎn);淺綠色圖標(biāo)代表相關(guān)通路。
《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問(wèn)》云“疫癘乃天之邪氣,若吾身正氣內(nèi)固,則邪不可干,故不相染也”,“正氣存內(nèi),邪不可干,邪之所湊,其氣必虛”。正氣是人體抵御外邪的重要部分,筆者前期對(duì)國(guó)醫(yī)大師公布的預(yù)防處方分析,多以益氣、化濕、清解為核心思路,黃芪、藿香、金銀花為核心用藥。本研究采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法,應(yīng)用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及分析平臺(tái)對(duì)黃芪、藿香、金銀花三味中藥的有效活性化合物進(jìn)行篩選,應(yīng)用GeneCards數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)疾病靶點(diǎn)進(jìn)行篩選,構(gòu)建活性成分—靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用String在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建蛋白互作網(wǎng)絡(luò),并應(yīng)用Bioconducor程序包進(jìn)行靶點(diǎn)基因本體及基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路富集分析,構(gòu)建靶點(diǎn)—信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)。本研究共篩選出活性化合物21個(gè),相關(guān)靶點(diǎn)181個(gè),與新型冠狀病毒肺炎重合靶點(diǎn)42個(gè),基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路144個(gè),說(shuō)明黃芪—藿香—金銀花配伍預(yù)防新型冠狀病毒肺炎具有多成分、多靶點(diǎn)、多通路的特點(diǎn)。
化合物中活性最強(qiáng)的是槲皮素、山奈酚、木犀草素、尼泊爾鳶尾異黃酮和芒柄花黃素。槲皮素具有抗病毒、抗炎、抗感染、抗腫瘤、抗氧化、清除自由基、免疫調(diào)節(jié)等多種作用,并且對(duì)肺、支氣管損傷具有保護(hù)作用[14-15]。湯海等[16]研究表明槲皮素可通過(guò)抑制Janus激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3 (Janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3,JAK2/STAT3)信號(hào)通路激活而改善氣體交換功能,抑制炎性介質(zhì)的釋放,從而減輕脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷。魏萍等[17]研究發(fā)現(xiàn)槲皮素可以降低轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白和腫瘤壞死因子-α等表達(dá),抑制大鼠肺泡細(xì)胞凋亡,降低大鼠肺組織炎癥和纖維化損傷。萬(wàn)巧鳳等[18]報(bào)道槲皮素可通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡效應(yīng)酶Caspase-3活性在體外發(fā)揮抗甲型流感病毒作用。Kumar P等[19]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)槲皮素可通過(guò)減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)進(jìn)而保護(hù)流感病毒感染的小鼠肺組織。山奈酚具有抗癌、抗氧化、抗病毒、抗炎、抗菌、增強(qiáng)機(jī)體免疫等多種藥理作用[20]。趙妍[21]研究發(fā)現(xiàn)山奈酚可以減輕脂多糖導(dǎo)致的小鼠急性肺損傷。DONG X等[22]發(fā)現(xiàn)山奈酚可通過(guò)降低絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、核因子-κB等通路的活性來(lái)抑制腫瘤壞死因子-α、白介素-6、白介素-10、、白介素-1β、血管細(xì)胞黏附分子-1、細(xì)胞間黏附分子-1的表達(dá)水平,發(fā)揮抗炎作用。張偉賢等[23]發(fā)現(xiàn)山奈酚可通過(guò)抑制Jun氨基末端激酶磷酸化,降低肝細(xì)胞氧化應(yīng)激, 保護(hù)線(xiàn)粒體功能,抵抗DNA斷裂誘發(fā)細(xì)胞凋亡,從而減輕肝細(xì)胞損傷。木犀草素具有抗氧化、抗菌、抗炎、神經(jīng)保護(hù)和抗過(guò)敏的特性[24]。有研究[25-26]發(fā)現(xiàn)木犀草素可以通過(guò)減少活性氧和活性氮的生成,影響花生四烯酸的代謝和多種炎性信號(hào)通路,抑制炎性細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)的表達(dá),從而減輕炎癥反應(yīng)。鄧東沅等[27]發(fā)現(xiàn)體外環(huán)境下,甲型流感病毒感染A549細(xì)胞激活凋亡通路后,木犀草素能通過(guò)降低相關(guān)基因表達(dá),干預(yù)細(xì)胞凋亡,發(fā)揮抑制流感病毒的作用。芒柄花黃素具有抗炎、調(diào)節(jié)代謝、調(diào)節(jié)雌激素、降壓等作用[28-29]。楊雅靜[30]研究發(fā)現(xiàn)芒柄花黃素可提高小鼠固有免疫細(xì)胞的吞噬功能及溶菌酶的殺菌活性,提升小鼠體液免疫能力。多位學(xué)者[31-36]應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)不同中藥處方如清肺排毒湯、藿香正氣口服液、連花清瘟膠囊、達(dá)原飲中均含有槲皮素、山奈酚、木犀草素、尼泊爾鳶尾異黃酮等有效活性成分,研究者應(yīng)用分子對(duì)接技術(shù)發(fā)現(xiàn)上述成分與2019新型冠狀病毒3CL水解酶的結(jié)合能同目前臨床推薦應(yīng)用的新型冠狀病毒肺炎治療用藥洛匹那韋、瑞德西韋等藥物基本相似。
靶點(diǎn)—信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)圖中,等級(jí)值前5位的靶點(diǎn)分別是MAPK1、RELA、MAPK8、PRKCB、PRKCA。MAPK1和MAPK8同歸屬于MAPK家族成員,在包括氧化應(yīng)激、DNA損傷、癌癥發(fā)展和病毒感染在內(nèi)的環(huán)境應(yīng)激下被激活[37]。WANG C等[38]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可通過(guò)蛋白調(diào)控抑制MAPK,從而抑制病毒的有關(guān)活動(dòng)。RELA是核因子-κB轉(zhuǎn)錄因子的一個(gè)亞基,其通過(guò)誘導(dǎo)免疫細(xì)胞、炎癥細(xì)胞基因的表達(dá),參與炎癥反應(yīng)的調(diào)控,與中性粒細(xì)胞密不可分?;罨闹行粤<?xì)胞能夠分泌γ-干擾素、白介素-6等炎性因子,升高腫瘤壞死因子-α等趨化因子,能加重炎癥反應(yīng)[39]。TIAN B等[40]研究也發(fā)現(xiàn)RELA與病毒引起的呼吸道炎癥有關(guān)。陳民利等[41]研究發(fā)現(xiàn)RELA在急性肺損傷大鼠肺組織中表達(dá)增加,提示抑制RELA表達(dá)可能對(duì)急性肺損傷有改善作用。TPRKCB和PRKCA屬于蛋白激酶C家族,在細(xì)胞的代謝、凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。Kennedy SG等[42]研究發(fā)現(xiàn),蛋白激酶C的激活能抑制細(xì)胞凋亡。
靶點(diǎn)基因本體富集分析結(jié)果中,生物過(guò)程集中于脂多糖應(yīng)答、生物刺激反應(yīng)、細(xì)胞凋亡信號(hào)通路的調(diào)控、氧化應(yīng)激反應(yīng)等方面,分子功能集中于細(xì)胞因子受體結(jié)合、細(xì)胞因子活性、受體配體活性、趨化因子結(jié)合、腫瘤壞死因子結(jié)合等方面。推測(cè)這些生物過(guò)程和分子功能在黃芪—藿香—金銀花預(yù)防新型冠狀病毒肺炎中起到了關(guān)鍵的作用。
基因組數(shù)據(jù)庫(kù)通路富集分析發(fā)現(xiàn)主要涉及的通路有AGEs-RAGE信號(hào)通路、甲型流感通路、白介素-17信號(hào)通路等,涉及病毒、細(xì)菌、免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)等多個(gè)方面。晚期糖基化終末產(chǎn)物受體信號(hào)通路可激活核因子-κB,使其進(jìn)入細(xì)胞核,在核內(nèi)同多種基因啟動(dòng)子序列特異性結(jié)合,可引起大量黏附分子、生長(zhǎng)因子、促炎細(xì)胞因子等的表達(dá)和釋放,引起慢性細(xì)胞活化和組織損傷[42]。白介素-17和腫瘤壞死因子信號(hào)通路都是參與炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)的重要通路。由此推測(cè)黃芪—藿香—金銀花可能通過(guò)作用于上述通路,調(diào)節(jié)病毒相關(guān)通路,調(diào)控細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng),從而達(dá)到預(yù)防新型冠狀病毒肺炎的效果。
綜上所述,黃芪—藿香—金銀花配伍其主要有效活性成分為槲皮素、山奈酚、木犀草素、尼泊爾鳶尾異黃酮和芒柄花黃素,可能通過(guò)作用于MAPK1、RELA、MAPK8、PRKCB、PRKCA等核心靶點(diǎn),調(diào)控AGEs-RAGE信號(hào)通路、甲型流感通路、白介素-17信號(hào)通路等,從而預(yù)防新型冠狀病毒肺炎。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究的局限性在于它不能得出任何藥效學(xué)的結(jié)論,其重要意義在于為尋找可能的有效活性成分、關(guān)鍵通路和作用靶點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。希望本研究為中醫(yī)藥防治新型冠狀病毒肺炎及中藥新藥的開(kāi)發(fā)提供有益的思路。