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基于网络药理学研究麻黄治疗支气管炎的作用机制
摘要:为探讨麻黄治疗支气管炎的作用机制,采用网络药理学研究方法通过TCMSP、UniProt和GeneCards数据库获取麻黄的主要成分、靶点以及支气管炎相关靶点,并进行交集分析。利用STRING数据库分析交集靶点互作关系,并使用DAVID数据库进行GO功能和KEGG通路富集分析。研究结果共筛选得到23个麻黄活性成分,180个麻黄靶点,2287个支气管炎靶点,以及96个交集靶点。蛋白互作网络分析发现TNF、AKT1、TP53等为麻黄治疗支气管炎靶点集合中的核心靶点。GO和KEGG通路富集分析显示,麻黄治疗支气管炎可能涉及IL-17、TNF、甲型流感等信号通路。综上,麻黄能够通过多成分-多靶点-多信号通路作用机制治疗支气管炎。
关键词:网络药理学;麻黄;支气管炎
支气管炎是一种常见的呼吸系统疾病,特征是持续的咳嗽和呼吸道分泌物的增加;其中,急性喘息型支气管炎和喘息性支气管炎也是常见的表现形式,表现为突发的呼吸困难、呼吸急促和胸闷,不仅给患者的日常生活带来了重大挑战,而且增加了急性发作时的死亡风险。
麻黄具有宣肺平喘的功效,其使用历史悠久。研究证明其含有的活性成分,如生物碱等,可能通过抗炎和免疫调节作用治疗支气管炎;特别是在急性喘息型支气管炎的治疗中,麻黄可以显著改善症状和恢复患者的肺功能;此外,慢性支气管炎患者使用麻黄治疗的研究也表明,与传统治疗相比,麻黄汤的治疗效果更为显著,能够显著提高患者的临床治疗总有效率,并在一定程度上改善临床症状和相关的临床指标[1]。这些发现为麻黄在支气管炎治疗中的应用提供了新的证据基础,但麻黄治疗支气管炎的作用机制尚待深入探索。
网络药理学是近年来发展起来的一门新兴学科,能够将复杂网络分析方法应用于中医药系统生物学的研究中,符合中医整体观念的基本特点。本研究拟采用网络药理学方法,通过收集和分析麻黄有效成分及其作用靶点,分析药物靶点与疾病靶点之间的相互作用关系,探讨麻黄治疗支气管炎的作用机制,以期为其临床应用及药理研究提供参考。
1.方法
1.1 麻黄治疗支气管炎靶点的获取
通过TCMSP数据库检索麻黄活性成分(OB≥30%,DL≥0.18)及其对应的靶点信息。利用UniProt数据库,将所得靶点蛋白名转换为基因名。使用GeneCards数据库中,以“bronchitis”作为检索关键词,收集与该疾病相关的靶点信息(Relevance score>0.5)。利用Venny2.1在线工具,对麻黄的靶点与支气管炎相关靶点进行交集分析,获得麻黄与支气管炎的共有靶点。
1.2 交集靶点蛋白互作网络分析
将交集靶点导入STRING数据库,进行了蛋白互作网络分析,根据度值(即节点在网络中的连接数)对核心靶点进行筛选。
1.3 交集靶点GO(Gene Ontology)功能与通路富集分析
将交集靶点导入DAVID分析平台,进行了GO功能富集分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集分析,除去与支气管炎相关性小的癌症等信号通路后,选取P值最小15条信号通路绘制表格。
2 结果
2.1麻黄治疗支气管炎靶点的获取
通过TCMSP数据库的检索,筛选得到23个麻黄活性成分,经uniprot翻译得到180个麻黄靶点基因名。Genecards数据库筛选得到2287支气管炎靶点,共获得96个麻黄和支气管炎的交集靶点
2.2交集靶点蛋白互作网络分析
使用String数据库对交集靶点进行蛋白互作分析,共得到1938个边,平均节点度值为40.4,蛋白互作富集P值<10-16,度值排名前20个靶点包括TNF、AKT1、TP53等、EGFR、CASP3、BCL2、IL6、MMP9、ESR1、HIF1A、IL1B、MYC、PTGS2、MAPK3。CCND1、CXCL7、IFNG、PPARG、EGF、NFKB1A等。
2.3 交集靶点GO(Gene Ontology)功能与通路富集分析
使用DAVID数据库分析获得143条P值<0.01的信号通路,去除特定疾病相关的通路后,筛选得到P值最小的15条通路包括IL-17信号通路、TNF信号通路、甲型流感、C型凝集素受体信号通路、内分泌抵抗、HIF-1信号通路、PI3K-Akt信号通路、细胞凋亡、细胞衰老、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药、MAPK信号通路、Toll样受体信号通路、p53信号通路、新型冠状病毒肺炎-COVID-19和FoxO信号通路等
3 讨论与结论
麻黄首载于《神农本草经》,具有发汗解表、宣肺平喘等功效,是治疗支气管炎的常用药物。临床研究显示,麻黄对缓解支气管炎症状具有一定的疗效,尤其是在改善呼吸道症状和减少并发症方面表现良好。麻黄的有效成分包括麻黄碱、伪麻黄碱等,这些成分具有显著的抗菌、抗病毒,以及调节免疫、抗氧化等活性[2]。研究表明,麻黄碱通过刺激β2肾上腺素能受体,能有效缓解支气管痉挛,改善呼吸功能[3]。此外,麻黄所含黄酮类化合物也具有一定的抗炎作用,可通过减少炎症细胞因子的释放来发挥抗炎作用[4]。
本研究通过网络药理学方法,发现麻黄治疗支气管炎的作用机制可能与多种信号通路相关,其中,IL-17、TNF、MAPK等信号通路与炎症密切相关,IL-17和TNF均为炎症因子,可参与支气管炎的炎症反应。麻黄可能通过抑制炎症相关通路,减轻炎症反应。C型凝集素受体、Toll样受体信号通路等均参与免疫调节和炎症反应,麻黄可能通过调节上述信号通路,调节细胞免疫功能,减轻炎症反应。此外,靶点还富集于甲型流感病毒和新型冠状病毒等信号通路中,说明麻黄具有一定的抗呼吸道病毒作用,可能通过抑制流感病毒复制,减轻病毒感染引起的炎症反应。HIF-1转录因子可参与细胞缺氧反应;p53是一种肿瘤抑制基因,与PI3K-Akt信号通路和FoxO信号通路均参与细胞增殖、凋亡、炎症反应等多种生理过程;凋亡是细胞程序性死亡的一种形式,参与炎症反应的调节;细胞衰老与炎症反应密切相关,可能影响支气管炎的发病机制。麻黄可能通过调节上述通路,改善支气管黏膜的缺氧状态,提高细胞活性,促进炎症修复。
综上,麻黄能够通过多成分-多靶点-多信号通路发挥治疗支气管炎的作用,本研究为麻黄治疗支气管炎提供了一定的理论依据,未来可结合体内外实验验证,深入探索其作用机制。
参考文献
[1]孟艳平.麻黄汤治疗慢性支气管炎合并肺气肿的临床疗效及其安全性[J].临床合理用药杂志,2020,13(21):14 41.
[2]González-Juárez DE, Escobedo-Moratilla A, Flores J, et al. A Review of the Ephedra genus: Distribution, Ecology, Ethnobotany, Phytochemistry and Pharmacological Properties[J]. Molecules. 2020;25(14):3283.
[3]Shakeri F, Ghorani V, Saadat S, Gholamnezhad Z, Boskabady MH. The Stimulatory Effects of Medicinal Plants on β2-adrenoceptors of Tracheal Smooth Muscle. Iran J Allergy Asthma Immunol. 2019;18(1):12-26.
[4]潘燕蝶,潘小丹,李洁,等.慢性阻塞性肺疾病继发肺部感染的炎性因子及 TLR7/IL-23/IL-17信号通路作用[J].中华医院感染学杂志,2020,30(07):994-998.
基金项目:河北农业大学大学生创新创业训练计划项目(2024319)
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