从网络药理学角度研究白芍治疗类风湿关节炎的作用

郑春松　黄绥心　叶蕻芝　叶锦霞　徐筱杰

【摘 要】目的：从分子水平揭示白芍治疗类风湿关节炎的作用。方法：从北京大学天然产物库中搜索白芍的化学成分，通过分子对接和生物网络技术，研究白芍化合物与类风湿关节炎相关通路重要靶点的相互作用。结果：模拟筛选出来白芍有效成分群25个化合物，为苷类、多酚类、黄酮类和有机酸类化合物，能与p38 MAPK、JNK和PI3K-AKT信號通路中重要靶点p38、JNK-1、JNK-3、PI3Kα、PI3Kβ和PI3Kδ有相互作用。结论：网络药理学直观显示了白芍治疗类风湿关节炎的多成分、多靶点和多通路作用，为后续从白芍中开发出治疗类风湿关节炎的新药提供了依据。

【关键词】 关节炎，类风湿；白芍；网络药理学；分子对接

On the Role of Baishao in the Treatment of Rheumatoid Arthritis from the Viewpoint of Network Pharmacology

ZHENG Chun-song，HUANG Sui-xin，YE Hong-zhi，YE Jin-xia，XU Xiao-jie

【ABSTRACT】Objective：To reveal the role of Baishao（Radix Paeoniae Alba）in the treatment of rheumatoid arthritis at the molecular level.Methods：The chemical constituents of Baishao were searched from the Universal Natural Products Database of Peking University.The molecular docking and biological network techniques were used to study the interaction between the compounds of Baishao and the important targets of related pathways of rheumatoid arthritis.Results：Twenty five compounds of the effective constituents in Baishao selected by simulation，such as glycosides，polyphenols，flavonoids and organic acids，could interact with important targets of p38，JNK-1，JNK-3，PI3Kα and PI3Kβ and PI3Kδ in the signaling pathways of p38 MAPK，JNK and PI3K-AKT.Conclusion：Network pharmacology explicitly shows the multi-component，multi-target and multi-channel effects of Baishao on rheumatoid arthritis，providing a basis for the development of new drugs for the treatment of rheumatoid arthritis in Baishao.

【Keywords】 arthritis，rheumatoid；Baishao；network pharmacology；molecular docking

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以关节滑膜为主要靶组织的慢性全身性自身免疫性疾病[1]。现代医学治疗RA采用非甾体抗炎药、柳氮磺吡啶、甲氨蝶呤、地塞米松等。这些药物长期服用具有胃肠道、肝功能、肾功能等不良反应，很多患者无法长期坚持，治疗效果不佳[2]。因此，开发新型、有效、低毒和适合长期服用的RA药物，已经成为研究热点。

RA属中医学“痹证”范畴。中药在治疗RA方面有悠久的历史，也取得较好的效果[3]。白芍为毛茛科植物芍药的根，具有养血敛阴、柔肝止痛和平抑肝阳之效，可治疗疼痛病证[4]。现代研究表明，白芍总苷具有抗炎、镇痛和免疫调节等作用，已经用于RA的临床治疗，且未见明显的不良反

应[5-6]。而且，古代文献记载了白芍是治疗“痹证”的常用中药[7]。但是，白芍治疗RA具体的药效物质基础及作用机制未见报道。因此，本文借助网络药理学技术[8]，从分子层面研究白芍化合物与RA相关通路重要靶点的相互作用，为其后续的药物开发和实验提供依据。

1 材料与设备

1.1 实验材料 白芍分子数据集，RA靶蛋白数据集。

1.2 实验设备 本实验采用Accelrys公司的Discovery Studio（DS）软件进行计算，其运行环境是：DS2.0图形工作站和Microsoft Windows XP Professional，SP2操作系统。计算模拟过程中所用的参数除非特别指明，否则均为缺省值。

2 方 法

2.1 分子数据集建立 从北京大学天然产物库中下载白芍的化学成分[9]，共计79个。在DS软件中，保存为sd文件，建立白芍分子数据集。根据治疗靶数据库（TTD）[10]和文献[11-12]，确定与RA相关p38 MAPK、JNK和PI3K-AKT信号通路中的关键蛋白p38、JNK和PI3K为研究靶点。在RCSB Protein Data Bank上[13]，下载其蛋白质-配体复合物晶体结构。

2.2 分子对接 白芍分子集配体与RA治疗靶点在DS软件的LigandFit模块中进行分子对接[8，14]。具体如下：蛋白结构去溶剂、去配体、加氢处理后，以其所含的活性原配体来确定活性位点；在“Input Ligands”中输入白芍sd文件。使用蒙特卡罗方法对白芍配体进行构象采样、Dreiding力场下进行打分，保留得分最高的构象。对对接成功配体化合物的DOCK-SCORE进行排序[15]，寻找比原配体DOCK-SCORE高的化合物，视为白芍治疗RA的药效物质基础[16]。

2.3 生物网络构建 将RA药效物质基础与靶点当作节点，相互作用用边表示。采用Cytoscape软件构建白芍化合物-靶点作用网络[17]；在此基础上，若靶点为通路中的蛋白，化合物为该靶点作用的化合物，化合物和通路也当作节点，相互作用用边表示，由此构建白芍化合物-通路作用网络[18]。通过Cytoscape软件中Plugins面板下Network Analysis分析白芍中化合物与靶点、化合物与通路的作用情况。

3 结 果

3.1 白芍治疗RA的分子对接 本实验以p38、JNK-1、JNK-3、PI3Kα、PI3Kβ和PI3Kδ为虚拟药理筛选模型，以蛋白的原配体DOCK-SCORE值为阈值，从白芍中筛选出潜在的活性化合物数目分别为10，2，3，7，19和7，共计25个，见表2。其中，UNPD191674、UNPD167613、UNPD144202、UNPD143034、UNPD13820、UNPD135747、

UNPD117238和UNPD101079属于苷类化合物，

UNPD99008、UNPD92271、UNPD214940、UNPD212849、UNPD210702和UNPD186304属于有机酸类化合物，UNPD6788、UNPD93947、UNPD86328、UNPD71815、UNPD58764、UNPD53453、UNPD170165、UNPD169525、UNPD153434和UNPD141059属于多酚类化合物，UNPD195730属于黄酮类化合物。提示白芍有效成分群为苷类、有机酸、多酚类和黄酮类化合物。

3.2 白芍治疗RA的生物网络 依据分子对接的白芍化合物及其所作用的靶点，构建了白芍化合物-靶点作用网络，该网络中含有31个节点（包括6个靶蛋白节点和25个化合物节点）以及41条边，见图1。52%的化合物能作用于1个靶点，仅有28%的化合物能作用≥3个靶点，见图2。依据化合物、靶点及其通路的关系，构建了白芍的化合物-通路作用网络，该网络中含有28个节点（包括3个信号通路节点和25个化合物节点）以及37条边，见图3。通过Network Analysis分析两个网络中重要节点的网络特征，见表3和表4。表3的“度”代表化合物节点作用的靶点数，结果显示，化合物节点UNPD58764能作用的最大靶点数达到5个。表4中“度”代表化合物节点作用的通路数或通路节点能作用的化合物数，结果显示，PI3K-AKT信号通路节点能作用的化合物最大数目达到24个，化合物节点UNPD143034、UNPD53453、UNPD144202和UNPD167613能作用的通路数目最大可达到3。上述直观显示了白芍的多成分、多靶点和多通路

作用。

4 讨 论

目前，已经明确RA的各种致病因子所作用的“靶组织”为滑膜关节[19]。在RA的滑膜组织中，p38呈现高表达并被激活，且p38抑制剂可以抑制炎症和骨破坏，并能减少细胞中促炎症细胞因子的产生[11，20]。Mun等[21]研究发现，JNK抑制剂可下调体外培养的胶原诱导性大鼠成纤维滑膜细胞中基质金属蛋白酶-1（MMP-1）和MMP-3的表达，来减轻关节和软骨破坏。Yang等[22]研究也发现，JNK抑制剂雷公藤甲素能抑制RA成纤维细胞样滑膜细胞的迁移。此外，Harris等[23-24]研究发现，PI3K-AKT信号通路在RA滑膜细胞中广泛存在，并处于异常激活状态，是造成滑膜细胞凋亡失衡的原因之一。研究发现，PI3K抑制剂ZSTK474具有抗RA作用，能明显改善胶原诱导的小鼠关节炎症状，且副作用小[25]。因此，p38、JNK和PI3K已经成为治疗RA的重要靶点和研究对象。

鉴于RA的发病机制复杂，单一靶点的药物难以有较好的疗效，多靶点的联合药物治疗已经成为未来治疗RA的趋势[26]。国内外学者将中药视为组合化合物库，且因其具有多靶点作用，是国内外发现RA药物的重要来源[27-28]。但是，由于中药成分复杂，若按传统的提取分离到活性测定，时间长、难度大，特别是有些化合物含量很低，提取分离很难，活性也难以检测，影响到中药开发。在此背景下，前期笔者课题组提出了从“活性成分到中药”的反向途径出发，将基于分子对接的网络药理学成功用于雷公藤治疗RA的药效物质基础及其机制研究中，从整体水平反映了雷公藤治疗RA的特点[29]。此外，柯志鹏等[30]运用网络药理学研究了芪桂痛风片的药效物质基础与分子作用机制，高耀等[31]基于网络药理学研究了逍遥散抗抑郁活性成分作用靶点，张新庄等[32]利用网络药理学方法研究了热毒宁注射液抗流感病毒的分子作用机制，苏真真等[33]基于网络药理学方法探讨了银黄口服液抗呼吸道感染的作用机制。因此，网络药理学已经成为中药研究领域最常见的技术之一。

本实验以p38 MAPK、JNK和PI3K-AKT信号通路中的关键蛋白p38、JNK和PI3K为靶点，利用分子对接研究白芍化合物与靶点的相互作用，构建了白芍化合物-靶点作用网络及化合物-通路作用网络。图1和图3显示了大多数化合物只能作用于1个靶点或1条通路，只有少数化合物可作用于多个靶点或多条通路。图2显示具有混杂药物和组合药物性质的化合物个数分别为12和13，提示在治疗RA上白芍可能拥有更多类似组合药物的化合物。为了进一步评价网络中节点的重要性[30]，笔者分析了节点的度和介数，见表3和表4。在化合物-靶点作用网络模型中，表3显示白芍治疗RA的药效物质基础中重要化合物为多酚类（UNPD58764、UNPD141059、UNPD53453、UNPD170165、UNPD86328、UNPD71815和UNPD153434）和苷类（UNPD143034、

UNPD144202和UNPD195730）。提示白芍中这两

类成分可以作为未来开发的重点。其中，已有實验报道，tannic acid（UNPD58764）能作用p38 MAPK信号转导通路[34]，这与本文研究UNPD58764能与p38相互作用相符合。在化合物-通路作用网络模型中，表4显示白芍中化合物能作用于p38 MAPK、JNK和PI3K-AKT信号通路，提示白芍可能通过抑制这3条通路的活化，抑制炎症和骨破坏，从而达到治疗RA的作用。其中，实验已经证实了白芍能作用于p38 MAPK、JNK信号通路，达到对大鼠胶原性关节炎的治疗作用，为白芍治疗RA提供依据[35]。而且，PI3K-AKT信号通路具有较高的度和介数值，是网络中一个重要节点，是未来开展白芍治疗RA作用机制的重点研究对象。

总之，网络药理学直观展示了白芍治疗RA的多成分、多靶点和多通路作用，为后续白芍药效物质基础及分子作用机制实验研究提供导向作用，也为从白芍中进行RA新药开发提供依据。在此基础上，未来将收集更多的RA通路和蛋白，把白芍化合物、靶点、通路、疾病和证候关联在一起，开展白芍的多尺度网络药理学研究，从分子水平揭示白芍的适应证以及对其功效进行现代语言学阐释。

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收稿日期：2016-12-26；修回日期：2017-02-23