基于网络药理学探讨白芍治疗2型糖尿病的作用机制

金美英 潘韦韦 崔镇海

[摘要]目的運用网络药理学探讨白芍治疗2型糖尿病的具体作用机制。方法应用 TCMSP 数据库筛选白芍的有效活性成分，应用 TTD、DrugBank、DisGeNET数据库筛选2型糖尿病相关作用靶点，运用Cytosape 3.2.1软件进行可视化处理及拓扑参数分析，应用 STRING 数据库进行蛋白相互作用分析，应用 DAVID 数据库进行 GO 及 KEGG 通路富集分析。结果白芍抗2型糖尿病的主要活性成分为山柰酚、芍药苷、桦木酸等，其中 BP 主要涉及类固醇激素介导的信号通路、RNA 聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控、RNA 聚合酶Ⅱ启动子的转录起始等;CC 涉及细胞器膜、膜、内质网膜等;MF 主要涉及类固醇激素受体、RNA 聚合酶Ⅱ转录因子活性配体激活序列特异性 DNA 结合、锌离子结合等，通路主要涉及糖尿病相关通路有 HIF-1信号通路、 AMPK 信号通路、VEGF 信号通路等。结论白芍可能是通过作用炎症反应、胰岛素抵抗、糖尿病并发症等相关靶点及通路，起到治疗2型糖尿病的作用。

[关键词]网络药理学;白芍;2型糖尿病;作用机制

[中图分类号] R285.5  [文献标识码] A   [文章编号]2095-0616（2021）23-0035-05

A probe into the action mechanism of treating type 2 diabetes with debark peony root based on network pharmacology

JINMeiying1 PANWeiwei2 CUIZhenhai

1.Department of Endocrinology and Metabolic Diseases， the Third Affiliated Hospital of Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China;2.College of Traditional Chinese Medicine， Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China;3.Orthopedic Center， the Third Affiliated Hospital of Changchun University of Chinese Medicine， Jilin， Changchun 130117， China

[Abstract] Objective To probe into the specific action mechanism of treating type 2 diabetes （T2D） with debark peony root by applying network pharmacology. Methods TCMSP database was used to screen the effective active components of debark peony root. TTD， DrugBank and DisGeNET databases were used to screen the T2D-related action targets. Cytosape 3.2.1 software was used for visualization processing and topological parameter analysis. STRING database was used for protein interaction analysis. DAVID database was used for GO and KEGG pathway enrichment analysis. Results The main active components of debark peony root against T2D were kaempferol， paeoniflorin and betulinic acid， etc.， among which BP mainly involved steroid hormone-mediated signaling pathway， positive regulation of transcription from RNA polymerase Ⅱ promoter， and transcription initiation of RNA polymerase Ⅱ promoter， etc.， CC involved organelle membrane， membranes， endoplasmic reticulum membrane， etc.， MF mainly involved steroid hormone receptor， RNA polymerase Ⅱ transcription factor active ligand-activated sequence-specific DNA binding， zinc ion binding， etc.， and the pathways were mainly diabetes-related pathways such as HIF-1 signaling pathway， AMPK signaling pathway， VEGF signaling pathway， etc. Conclusion It can be concluded that debark peony root may be effective in treating T2D through acting on the relevant targets and pathways of inflammatory response， insulin resistance and diabetic complications， etc.

[Key words] Network pharmacology; Debark peony root; Type 2 diabetes; Action mechanism

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是以血中葡萄糖水平升高为生化特征及多饮、多食、多尿、消瘦、乏力为临床特征的代谢紊乱综合群[1]，其中2型糖尿病患病人数占糖尿病患者总数的90%以上[2]。目前中国已成为全球糖尿病患者人数最多的国家[3]，我国18岁以上成年人中2型糖尿病的发病率高达11.6%[4]，2型糖尿病及其并发症严重危害人类健康，给家庭及社会带来巨大经济负担。

2型糖尿病属于中医的“消渴”范畴，《素问·奇病论》：“此人必数食甘美而多肥也，肥者令人内热，甘者令人中满，故其气上溢，转为消渴”[5]。白芍为毛茛科植物芍药的干燥根，药性酸、苦、微寒，归肝、脾经，功效敛阴止汗、养血调经、平肝止痛。《得配本草》以其“除烦止渴”。《本草分经》认为白芍可“治一切血病，脾热、易饥”。临床当中也多用含有白芍的方剂治疗2型糖尿病及其并发症[6-10]，均取得满意疗效。

网络药理学[11]（network pharmacology）是一门运用生物分子网络方法分析药物与疾病和靶点之间“多成分、多靶点、多途径”协同作用关系的药理学分支学科，本研究采用网络药理学方法，探讨白芍治疗2型糖尿病的潜在分子机制，为后续实验研究和临床应用提供思路和可行依据。

1材料与方法

1.1中药活性成分及对应靶点筛选

中药系统药理学数据库与分析平台 TCMSP 数据库输入白芍，筛选白芍活性成分，ADME 参数筛选条件：口服生物利用度（OB）≥30%，类药性（DL）≥0.18，药物半衰期（HL）≥4 h，筛选白芍有效化合物活性成分，将 TCMSP 中筛选出来的有效活性成分在Pubchem数据库中查询相应的 SMILE 结构，根据 SMILE 结构，在通过 Swiss Target Prediction 数据库预测候选成分对应的靶点。

1.22型糖尿病靶点筛选

应用 TTD 数据、DrugBank数据库、DisGeNET数据库筛选2型糖尿病对应靶标，输入“Type 2 diabetes”“Diabetes Mellitus， Type 2”“Type 2 Diabetes Mellitus”，筛选疾病靶点。

1.3白芍—2型糖尿病靶点网络构建

将筛选出的白芍成分靶点与2型糖尿病疾病靶点输入Venny 2.1.0绘制韦恩图，取得成分与疾病的共有靶点将疾病与药物共同作用靶点导入 String 数据库，物种选择 Homo sapiens（人），构建成分疾病共同靶点的 PPI 网络，同时运用Cytoscape 3.2.1软件进行成分-网络结构可视化处理，并进行拓扑参数分析，根据 Degree 值进行网络渲染。

1.4靶点生物功能注释及通路分析

应用Cytoscape 3.2.1软件中的GlueGO工具对白芍与2型糖尿病共同的53个靶点进行 GO—BP 分析，设定 P <0.01，应用 DAVID 数据库及Omicshare数据库工具，将筛选出二者共有靶标基因进行 KEGG 通路富集分析，P <0.05作为靶点的筛选标准。通过富集分析的功能条目，考察共有靶点可能干预的生物学功能，从而获得白芍改善2型糖尿病的相关通路。

2结果

2.1白芍主要化合物的筛选

TCMSP 数据库中白芍的 ADME 参数筛选， OB ≥30%， DL ≥0.18，HL ≥4 h，其中2个化合物没有在 TCMSP 数据库中筛选到相关作用靶点，其余共获得符合筛选条件的活性成分8个，见表1。

2.2白芍及2型糖尿病共有靶点的PPI网络构建

筛选出白芍活性成分238个靶点，2型糖尿病508个靶点，将活性成分与2型糖尿病靶点输入Venny 2.1.0绘制韦恩图，取得成分与疾病的共有靶点53个，见图1。将疾病与药物共同作用靶点导入 String 数据库，物种选择 Homo sapiens（人），获得节点数53，边数246，平均节点度9.28，平均局部聚类系数：0.496， PPI 富集 P <1×10-16，构建成分疾病共同靶点的 PPI 网络，见图2。

2.3成分-靶点相互作用网络构建

获取白芍活性成分以及T2DM共同的靶点53个，运用Cytoscape 3.2.1软件进行成分-网络结构可视化处理并进行拓扑结构分析，根据 Degree 值进行网络渲染，节点颜色由黄色到红色，越靠近红色且颜色越深代表关联度越大。见图3。

2.4白芍—2型糖尿病共同靶点GO及KEGG通路富集分析

应用 DAVID 数据库及Omicshare数据库工具，将筛选出二者共有靶点进行 GO（BP、CC、MF）富集及 KEGG Pathway 功能富集分析，P <0.05作为靶点的筛选标准。富集结果用气泡图显示前20个分析结果。BP 富集分析结果见图4，CC 富集分析结果见图5，MF 富集分析结果见图6，KEGG 通路富集分析结果见图7。

3讨论

通过网络药理学分析，白芍重要的活性成分依次为山柰酚、谷甾醇、β-谷甾醇、桦木酸、芍药苷。 GO 富集分析显示白芍可通过多种生物学过程影响2型糖尿病， BP 主要涉及类固醇激素调控、RNA 聚合酶Ⅱ启动子转录、RNA 聚合酶Ⅱ启动子的转录起始等。CC 主要涉及细胞器膜、膜、内质网膜等;MF 主要涉及类固醇激素受体活性、RNA 聚合酶Ⅱ转录因子活性配体激活序列特异性 DNA 结合、锌离子结合等。KEGG 富集显著通路31条，通过查阅文献，筛选出与2型糖尿病关联比较大的通路，包括 HIF-1信号通路、AMPK 信号通路、VEGF 信号通路、Ras 信号通路、TNF 信号通路、胰岛素抵抗、 cAMP 信号通路等。缺氧诱导因子1α（HIF-1α）作为重要的核转录因子，具有氧浓度敏感性，通過调控下游功能基因表达水平，促进靶器官微血管内皮细胞增殖和微血管生成，对缺氧做出应答，从而参与糖尿病并发症的进程[12]。AMPK 作为调控能量稳态的重要激酶，是真核生物细胞和有机体代谢的中心调节剂之一，负责监管细胞的能力输入和输出，维持细胞生理活动的平稳运转，激活 AMPK 信号通路降低糖尿病大鼠肝脏脂质堆积和炎症反应[13]。足细胞排泄的血管内皮生长因子（vascular endo-thelial growth factor，VEGF）是内皮细胞特异性蛋白质，是足细胞、内皮细胞和血管内皮细胞必备的有丝分裂原，高糖状态下红细胞携氧能力低，缺氧状态明显从而导致 VEGF 升高，是糖尿病血管病变的重要标志之一[14]。Ras 高血糖条件下可刺激产生 Ang Ⅱ，并通过影响肾小球毛细血管压力和通透性的增加以及 TGF-β诱导的肾小球系膜基质积聚过多引起的胰岛素抵抗，从而导致糖尿病肾病的发生[15]。TNF-α能够降低血管内皮细胞 NOS 活性，下调 NO 对血管的舒张作用，调节多种生长因子和细胞黏附因子的表达，NF-α能够刺激单核细胞、内皮细胞分泌 IL-6等炎症因子表达，影响糖尿病周围神经病变的进展[16]。胰岛素抵抗是胰岛素调控外周靶器官代谢葡萄糖的作用降低，主要表现为胰岛素促进肌肉和脂肪组织摄取葡萄糖，以及抑制肝脏产生葡萄糖的能力受损，胰岛素抵抗是2型糖尿病的关键起始病因[17]。cAMP 为第二信使的信号通路主要是通过活化 cAMP 依赖的 PKA 使下游靶蛋白磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为，抑制 PKA 能直接阻断 TGF-β1诱导的肾小球硬化，改善糖尿病肾病小鼠肾功能[18]。以上富集的生物过程及通路初步揭示了白芍改善2型糖尿病的作用机制，提示白芍可能是通过作用炎症反应、胰岛素抵抗、糖尿病并发症等相关靶点及通路，起到治疗2型糖尿病的作用。

本研究应用网络药理学方法，探讨白芍治疗2型糖尿病的可能分子靶标及作用机制，然而网络药理学是在生物学数据库与生物建模基础上预测靶点，有些数据库更新缓慢，其结果也需要进一步实验层面的验证，经过预测与实验的验证，才能得到中药抗2型糖尿病的精准靶点。

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（收稿日期：2021-06-16）