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基于网络药理学探讨升陷汤治疗慢阻肺的分子机制

2025-02-11 31 上传者：管理员

摘要：目的：采用网络药理学探究升陷汤治疗慢性阻塞性肺疾病（COPD）的分子机制。方法：在TCMSP中检索并筛选黄芪、知母、柴胡、升麻、桔梗的活性成分和作用靶点，在蛋白质数据库Uniport统一靶点名称，通过Cytoscape软件构建化合物-靶点网络。在Gene Card、OMIM、TTD数据库中筛选COPD疾病靶点，并与升陷汤作用靶点交集处理，得到升陷汤与COPD共同靶点，构建PPI网络并筛选关键靶点，并对共同靶点进行GO富集和KEGG通路分析，将升陷汤核心成分与药物-疾病核心基因进行分子对接获取结合能。结果：筛选后得到有效成分黄芪17个、知母12个、柴胡14个，、升麻12个、桔梗4个；槲皮素、山柰酚、木犀草素、7-O-甲基异微凸剑叶莎醇、芒柄花素为重要性排名前5的化合物。得到药物靶点213个，COPD疾病靶点1 064个，取交集后共有升陷汤治疗COPD靶点108个。升陷汤治疗COPD潜在基因KEGG信号通路分析可知，主要包括癌症相关通路、TNF、MAPK、松弛素、NF-κB、Apelin等信号通路；GO功能分析结果主要包括炎症反应的调节、调节上皮细胞增殖、对外源性刺激的反应调控等。结论：升陷汤主要通过IL-6、TNF等靶点调控TNF、NF-κB、MAKB等信号通路控制炎症，发挥对COPD的治疗作用。

关键词：
不良反应
升陷汤
呼吸道异常
慢性阻塞性肺疾病
网络药理学
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慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructivepulmonary disease，COPD）中老年人频发，特点是呼吸道异常（支气管炎、毛细支气管炎）和/或肺泡（肺气肿）引起的慢性呼吸道症状（呼吸困难、咳嗽、咳痰），导致持续、反复恶化的气流阻塞［1］。COPD患者常由于肺部感染而加重，各类抗生素、支气管扩张剂及糖皮质激素是现代医学的主要治疗手段［2］。但COPD治疗周期长，长期服用西药易引发不良反应，产生耐药性，综合疗效不佳，辅以中药往往可取得更好的疗效。COPD中医上属于“肺胀”“喘症”“咳嗽”范畴，痰浊、血瘀、肺肾两虚被认为是其主要病机。中医的精髓在于辨证论治，近代大家张锡纯先生提出了“大气”学说，其大气下陷的主要症状（如气喘、呼吸困难、精神衰惫）与COPD的临床症状十分相似［3］。临床研究证明，升陷汤可治疗COPD［4-7］，但其具体作用机制仍不清楚，本研究将使用网络药理学探讨升陷汤治疗COPD的潜在靶点和分子机理。

1、方法

1.1升陷汤活性成分和作用

靶点筛选在中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）中，对柴胡、黄芪、知母、桔梗、升麻的化学成分进行检索。在这一过程中，将使用口服生物利用度（OB）≥30%和类药性（DL）≥0.18作为筛选条件，并在该平台获取这些活性化合物的作用靶点。

1.2靶蛋白基因名的确定及化合物-靶点网络的构建

在蛋白质数据库Uniport将靶点蛋白与对应基因名称统一，并用Cytoscape 3.7.2软件构建升陷汤治疗COPD成分-靶点网络。在此网络中，节点代表成分和靶点蛋白，而连线代表成分与靶点蛋白的相互作用。利用Cytoscape 3.7.2中“NetworkAnalyzer”功能计算节点连接度、节点介度和节点紧密度这3个关键网络拓扑参数。

1.3 COPD相关疾病靶点收集及PPI网络构建在疾病数据库GeneCard、OMIM、TTD检索

COPD相关疾病靶点，其中GeneCard数据库以相关性得分≥30过滤检索结果。为明确升陷汤与COPD相互作用关系，将COPD疾病靶点与升陷汤相关靶点做交集处理，绘制韦恩图，随后将共有靶点导入到STRING数据库，选择人类物种构建靶点蛋白相互作用网络（PPI），并将TSV文件导入Cytoscape3.7.2构建网络图，通过拓扑分析筛选核心靶点。

1.4共有靶点的通路分析

为了深入研究COPD与升陷汤靶共有靶点的主要信号通路及生物学过程，将共有靶点输入Metascape数据库进行GO生物学过程富集分析和KEGG信号通路分析，设定物种为人，并在靶基因筛选条件时限定P<0.05，最终使用可视化手段展示排名前列的分析结果。

1.5分子对接应用

AutoDockVina对成分-靶点蛋白网络中节度值排名前5的中药成分与PPI网络中节度值排名前5的核心靶点，进行分子对接研究得到结合能。

2、结果

2.1升陷汤有效成分及其作用

靶点在TCMSP平台筛选出黄芪、柴胡、升麻、桔梗、知母的主要活性化合物59个，其中黄芪17个、柴胡14个、桔梗4个、升麻12个、知母12个，得到作用靶点1 102个，去重后得到213个，部分活性化合物见表1。

表1升陷汤中部分活性化合物

2.2升陷汤化合物-靶点蛋白网络图及关键成分

在Uniport数据库规范靶点简称，构建化合物-靶点蛋白网络。其中A1、A2分别代表柴胡与黄芪共有化合物异鼠李素和槲皮素；A3代表柴胡与升麻共有化合物丙烯酰胺；B1代表柴胡、黄芪、知母的共有化合物山柰酚；B2代表柴胡、升麻、知母共有的化合物豆甾醇。位于靶点群以上的3个圈形编号自左至右分别为黄芪、柴胡、升麻中的化合物；靶点群以下自左至右2个圈形编号分别代表知母、桔梗中的化合物。网络图中含有254个节点（其中有候选化合物节点64个，靶蛋白节点190个），642条边，每个候选化合物平均对2.97（190/6）个靶点发生作用，每个靶蛋白平均与3.38（642/190）个化合物连接。因此升陷汤中存在1个候选化合物与多个靶点发生相互作用，同时也存在多个候选化合物作用于同一个靶点，说明升陷汤通过多成分、多靶点实现整体作用。经拓扑分析，节度值排名前5的化合物分别为槲皮素、山柰酚、木犀草素、7-O-甲基异微凸剑叶莎醇、芒柄花素，分别能与133、56、52、38、31个靶点发生相互作用。排名前5的靶点分别为PTGS2、PTGS1、NCOA2、PRSS1、AR，分别与30、22、21、17、14个化合物构成网络。见图1。

图1化合物-靶点蛋白网络图

2.3疾病靶点与COPD共有靶点获取

共收集到COPD靶点1 520个，其中OMIM数据库552个，GeneCard数据库892个，TTD数据库76个，去重后得到1 064个疾病靶点。采用疾病靶点与升陷汤药物靶点绘制韦恩图，得到108个交集靶点。见图2。

2.4 PPI网络构建及核心靶点获取

将交集靶点导入STRING数据库，分析后将获得的文件导入Cytoscape 3.7.2绘制网络图。图中靶点节度值越大，则颜色越深，面积越大。节度值排名前5的核心靶点依次为白细胞介素-6（IL-6）、RAC-alpha丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（AKT1）、肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤蛋白p53（TP53）。见图3。(9.0%)

图2共同靶点韦恩图·

图3升陷汤治疗COPD潜在靶点PPI网络图

2.5 KEGG通路分析与GO富集分析

利用Metascape数据库对COPD与升陷汤药物共同靶点进行KEGG通路分析，设置阈值≥5、EASE≥0.1，得到180条信号通路，在微生信平台对P值排名前20条信号通路可视化，见图4。横坐标和图形大小表示在KEGG中的富集数目，纵坐标表示通路名称，图形颜色越深，代表该通路显著性越强，包括癌症相关通路、TNF、糖尿病并发症中的AGE-RAGE、MAPK、松弛素、NF-κB、Apelin以及钙等信号通路。研究显示，当FoxO激活时会导致肺支气管微结构发生自噬，COPD患者血清中NF-κB和FoxO含量高，而NF-κB可以促进FoxO激活，从而导致肺支气管壁中的微结构发生自噬，引起气管壁损伤，升陷汤活性成分通过抑制NF-κB通路达到对COPD的治疗作用［8］。陈才伟等［9］的动物实验表明，抑制MAKP信号通路可改善小鼠肺部炎症。此外，相关疾病包括人巨细胞病毒感染、疟疾等，升陷汤可能对这些疾病具有治疗作用。利用Metascape数据库对交集靶点进行GO富集分析，得到分子功能条目140个，生物学过程条目1 640个，细胞组成条目64个，将排名前20条可视化，见图5、图6、图7。GO富集分析表明升陷汤活性成分可在膜筏、囊泡腔、细胞质核周区域、细胞外基质、质膜外侧等不同部位，通过与细胞因子受体、蛋白结构域特异性、一氧化氮合酶、生长因子、激酶调节剂活性、蛋白酶、激酶、血红素、蛋白激酶活性、丝氨酸水解酶活性、蛋白质同源二聚化活性、过氧化物酶活性、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂活性等结合，实现对无机物、肽、脂多糖、营养水平、氧气水平、外源性刺激的反应，细胞凋亡信号通路的调控，炎症反应，上皮细胞增殖，细胞活化等的调节作用。图4 KEGG信号通路分析图5 GO细胞组分富集分析图6 GO生物学过程富集分析图7 GO分子功能富集分析

2.6升陷汤活性成分与COPD靶点分子对接

通过筛选节度值较高的药物活性成分和PPI网络中5个节度值最高的靶点进行分子对接，对升陷汤活性成分治疗COPD进行分子对接验证，结合能提示结合活性的强弱。当结合能>-5 kJ/mol时，表示分子之间结合活性较差；当结合能<-5 kJ/mol时，表示具有良好的结合活性［10-11］；当结合能<-7 kJ/mol时，表示具有强烈的结合活性。见表2。

表2升陷汤活性成分与COPD靶点分子对接结果

3、讨论

近代大家张锡纯先生通过《黄帝内经》《医门法律》等书籍的研究，并结合自己的临床实践，提出了“大气”学说，他认为大气即宗气，最初形成于肾脏，以元气为根本，少火逐渐升腾，在后天水谷之气的培育下壮大，贮藏于胸中［3］。《医学衷中参西录》［12］载：“宗气不但为诸气之纲领，并可为血脉之纲领”“胸中大气，包举肺外，司呼吸之中枢”“撑持全身，振作精神。”由此可知大气的功能（1）鼓动肺脏，以司肺脏之呼吸；（2）撑持全身，振作精神，维持全身的生理功能；（3）辅助血脉的正常运行。病因除五劳七伤致气分大虚而作外，外感亦有之，使得胸中大气虚极而陷之。其主要症状多见气短不足以吸，虽呼吸困难，但无肩息，以呼气困难为主，甚至呼吸停顿，陷入危险状态，其兼证，因大气下陷导致阳气郁滞，无法温分肉而作寒，阳气蓄积欲宣发而导致作热，故可见往来寒热。或因肺失宣肃而自觉胸中满闷，或见心悸、失音、肢体酸软、精神昏聩，小腹下坠，不畏寒冷等。服开破之药症状增剧，脉多见沉迟微弱，关前尤甚。

治疗以升提胸中大气为大法，升陷汤为代表方，方中以黄芪为君补气，又善升阳举陷，柴胡得天地春升之性，引清气上行，升麻纹如车辐，有升转循环之用，桔梗载诸药之力上达于胸中，妙在以凉润之知母济黄芪之温，使阴阳相配，使全方更具灵动之性。COPD患者日久肺气受伤，其证多符合大气下陷，临床研究证实升陷汤可以减轻COPD炎症反应，改善肺功能［4-5, 7］。COPD主要发病机制有氧化应激、炎症反应、蛋白酶/抗蛋白酶失衡等，经网络药理学分析可知，升陷汤中关键活性成分有槲皮素、山柰酚、木犀草素、芒柄花素等。化合物槲皮素、山柰酚和芒柄花素属于类黄酮，可抑制TNF、IL-1、IL-6等炎症因子参与NF-κB和MAPK信号通路［13-14］，最终减轻COPD气道重塑，避免病情进展发挥抗炎作用。槲皮素通过调节钙稳态抑制dsRNA，降低巨噬细胞中炎症因子的释放，此外它还具有调节免疫、抗氧化及抗病毒等作用［15］。木犀草素通过抑制巨噬细胞磷酸化，从而进一步降低核因子活性，实现了抗炎作用，它也可抑制IL-6、TNF等炎症因子的释放［16-17］。动物实验表明，木犀草素可增加总超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活力提高机体耐缺氧能力，即抗氧化能力［18］。芒柄花素具有抗菌、增强免疫力的作用［19］。经筛选升陷汤靶点有108个，IL-6、AKT1、TNF、IL-1β、TP53可能为主要核心靶点，IL-6是一种重要的促炎细胞因子，研究表明，COPD患者IL-6较正常人水平较高，但没有证据表明与肺功能下降有关，临床上主要用于判断感染的进展。IL-1β 和TNF作为一种促炎和抗炎因子，参与慢性呼吸系统疾病中的自噬和炎症反应，在COPD的急慢性炎症中可调节炎症和修复反应［20］。

综上所述，升陷汤治疗COPD的活性成分是槲皮素、山柰酚、木犀草素、芒柄花素等，主要通过IL-6、TNF等靶点调控TNF、NF-κB、MAKB等信号通路控制炎症，发挥对COPD的治疗作用。本研究通过网络药理学利用药物有效成分及作用途径等数据对升陷汤作用于COPD的具体机制进行了分析，但由于网络药理学的局限性和中药复方的复杂性，今后还需进一步的动物实验和临床研究。

参考文献:

[2]杨勤军,李泽庚,张星星,等.中医药治疗慢性阻塞性肺疾病稳定期研究进展[J].江西中医药大学学报, 2018, 30(5): 113-116, 124.

[3]林小林,唐林,陈宝贵.从“升陷汤”浅析大气下陷[J].江西中医药,2021, 52(4): 13-16.

[4]姜委明,杨俊艳,杨晋芳.升陷汤辅助治疗对慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者氧化应激及炎症指标的影响[J].中医药临床杂志,2021, 33(2): 357-360.

[5]叶迎春,周亮,占中英.升陷汤辅助治疗慢性阻塞性肺疾病急性加重期的临床观察[J].现代诊断与治疗, 2023, 34(1): 27-29.

[6]尹春玲.升陷汤加减辅治慢性阻塞性肺疾病急性加重期的效果[J].临床合理用药, 2023, 16(17): 61-63.

[7]郑天锦.升陷汤治疗慢性阻塞性肺疾病急性加重期的临床疗效观察[J].现代养生, 2022, 22(3): 187-189.

[9]陈才伟,陈家亮,李华娟,等.虫草素调节MAPK/AP-1信号通路对慢性阻塞性肺疾病大鼠肺组织损伤的影响[J].临床肺科杂志,2023, 28(11): 1656-1661.

[10]邓光辉,叶梦娟,蔡肖,等.基于网络药理学､分子对接及实验验证探讨霍山石斛治疗非酒精性脂肪肝的作用机制[J].中草药,2023, 54(16): 5244-5256.

[11]温恺思,鲜芯蕊,冯钰荧,等.基于网络药理学和分子对接探究鸡骨草防治肝纤维化的研究[J].中国临床药理学杂志, 2023, 39(16):2400-2403.

[12]张锡纯.医学衷中参西录[M].北京:中医古籍出版社, 2016.

文章来源:史建刚,廖平凡,丁兆辉,等.基于网络药理学探讨升陷汤治疗慢阻肺的分子机制[J].江西中医药大学学报,2025,37(01):88-93.