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基于网络药理学探讨金匮肾气丸治疗慢性心力衰竭的作用机制

2024-02-22 118 上传者：管理员

摘要：目的基于网络药理学探讨金匮肾气丸治疗慢性心力衰竭的作用机制。方法借助数据库获取金匮肾气丸与慢性心力衰竭（CHF）的交集基因，利用Cytoscape 3.8.0软件构建中药化合物-靶点网络及蛋白与蛋白互作（PPI）网络，筛选关键靶点进行基因本体论（GO）和京都基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。结果获得金匮肾气丸与CHF的交集靶点190个，得到槲皮素、山柰酚等关键化合物。PPI分析筛选得到核心基因21个，并构建调控网络。GO分析得出生物过程2316条，主要与氧化应激等密切相关。KEGG分析获得相关信号通路178条，主要涉及高级糖基化终末产物-受体（AGE-RAGE）、白细胞介素-17(IL-17)、转化生长因子（TNF）、缺氧诱导因子-1(HIF-1)信号通路等。结论金匮肾气丸主要通过多成分、多靶点、多途径作用机制治疗CHF，值得进一步研究探讨。

关键词：
作用机制
喘证
慢性心力衰竭
网络药理学
金匮肾气丸
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心力衰竭是各种心脏结构或功能性疾病导致心室充盈和（或）射血功能受损，心排血量不能满足机体组织代谢需要，以肺循环和（或）体循环淤血，器官、组织血液灌注不足为临床表现的一组综合征。慢性心力衰竭（Chronic heart failure,CHF）是心血管疾病终末期表现和最主要的死因。有研究[1]显示，在我国35岁以上的人群中，心力衰竭（以下简称“心衰”）的患病率为1.3%，估计可达1370万人。

CHF归属于中医学“喘证”“虚劳”“水肿”的范畴，病位在心，以心之阳气虚衰为本。心阳是心衰发病及转归预后的决定因素。金匮肾气丸出自汉代张仲景所著的《金匮要略》，是具有“温补肾阳，化气行水”之效的方剂。现代研究[2]表明，在心衰常规用药基础上加用金匮肾气丸，可明显改善患者的中医临床证候，改善左室射血分数（LVEF）、脑钠肽（BNP）等心衰指标，可有效提高心脏功能。本研究借助网络药理学的相关理论，对金匮肾气丸治疗CHF的作用方式和途径进行挖掘，为研究中医药的作用机制提供新思路。

1、资料与方法

1.1 药物有效成分的筛选

利用TCMSP数据库筛选金匮肾气丸药物有效成分。分别以生地黄、山药、山萸肉、牡丹皮、茯苓、泽泻、附子、桂枝、车前子、牛膝为关键词进行搜索，将相关参数设置为口服生物利用度（OB)>30%且类药性（DL)>0.18，得到金匮肾气丸有效成分。

1.2 疾病基因的获取

利用GeneCard、OMIM、Phar‐mGkb、TTD和DrugBank数据库，以“Chronic heart fail‐ure”为关键词进行检索，提取与CHF相关的靶点；合并所有数据库结果，删除重复基因，得到相关疾病基因的数据库。

图1 金匮肾气丸-活性成分-靶点网络图

1.3 交集靶标基因的获取

将CHF的靶标基因与金匮肾气丸的有效成分靶点基因进行映射，得到金匮肾气丸治疗CHF的靶标基因。

1.4 Cytoscape网络构建分析

将上述取得的交集靶点基因和药物有效成分一起导入Cytoscape 3.8.0中，绘制出“金匮肾气丸-有效成分-CHF-靶点”网络图。

1.5 蛋白质互作（PPI）网络构建分析

利用在线String数据库获取靶点蛋白互作网络。再将获取的靶点网络导入Cytoscape 3.8.0软件，通过Cy‐toNCA插件分析PPI。

1.6 可视化处理

利用R软件进行基因本体论（GO）和京都基因组百科全书（KEGG）富集分析，进行柱状图的可视化处理。

2、结果

2.1 金匮肾气丸的有效成分及疾病基因筛选

在TCMSP中筛选出金匮肾气丸中的有效成分为119个，对应的靶点共1051个，整理后得到靶基因195个。从多个基因数据库中搜索，共得到10 479个疾病靶点，删除重复靶点后，最终得到10 352个疾病相关靶基因。

2.2 构建中药-靶点交集数据库

将金匮肾气丸、CHF的潜在靶点进行映射，得到190个交集靶点。

2.3 构建中药-活性成分靶点网络图

筛选出对应靶点的金匮肾气丸的有效成分共54个，对应靶点去重并标准化后共计190个。构建“药物-活性成分-靶点”网络（见图1），图中共包含257个节点，949条边。其中，Degree值>50的有效成分有4个，分别是槲皮素（Quercetin,Degree值=413）、β-谷甾醇（Betasitosterol,Degree值=82）、豆甾醇（Stigmasterol,Degree值=56）、山柰酚（Kaempferol,Degree值=55);Degree值排名前三的药物靶点，分别为核受体辅激活蛋白2(NCOA2,Degree值=36）、前列腺素内过氧化物合成酶2(PTGS2,Degree值=30）、前列腺素内过氧化物合成酶1(PTGS1,Degree值=28），将这些靶点作为金匮肾气丸治疗CHF的关键靶点。

2.4 PPI网络构建及关键靶点选取

将交集靶点导入String在线平台，得到PPI网络，将所得数据导入Cyto‐scape 3.8.0软件，通过CytoNCA插件对PPI网络进行分析（见图2），筛选出核心基因21个，Degree值排名靠前的靶点蛋白基因主要有丝裂原活化蛋白激酶1(MAPK1）、myc髓细胞组织增生病毒癌基因同源物（MYC）、热休克蛋白90α基因（HSP90AA1）、雌激素受体alpha基因（ESR1），表明这4个靶蛋白与其他蛋白之间的相互作用强。

2.5 GO及KEGG富集分析运用R

软件对190个关键靶点进行GO功能富集（P<0.05），其中影响的生物功能有2316个，提示金匮肾气丸治疗CHF可能主要与氧化反应等生物过程密切相关。KEGG富集分析获得178条相关信号通路，通过筛选后得到高度相关的通路20条（见图3），主要包括流体剪切应力与动脉粥样硬化、高级糖基化终末产物-受体（AGE-RAGE）、白细胞介素-17(IL-17）、转化生长因子（TNF）、缺氧诱导因子-1(HIF-1）信号通路等。

图3 KEGG富集分析柱状图

图2 金匮肾气丸治疗CHF靶蛋白PPI网络图

3、讨论

本研究基于网络药理学方法，探讨金匮肾气丸治疗CHF的作用机制。分析结果可知，金匮肾气丸中与治疗CHF相关的重要活性成分有槲皮素、山柰酚、β-谷甾醇、豆甾醇等。槲皮素通过抑制细胞凋亡、减少氧化应激，以及影响心脏中的炎症蛋白而对心脏损伤起到保护作用[3]。山柰酚具有抗炎和抗氧化活性的作用，可通过衰减血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）诱导的炎症和氧化应激来预防心脏重塑[4]。β-谷甾醇和豆甾醇属于甾醇类化合物，具有降低胆固醇、抗氧化、抗炎、免疫调节等生理特性[5]，如β-谷甾醇可降低丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平，增加超氧化物歧化酶（SOD）水平而达到抗氧化应激的作用，并通过下调白细胞介素-6(IL-6）和肿瘤坏死因子-α(TNF-α）等炎症因子水平来限制炎症反应，因此，β-谷甾醇可抑制心脏坏死和心肌细胞凋亡[6]。

将化合物潜在靶点与CHF治疗靶点取交集，共获得190个交集靶点，进行PPI网络分析后共得到21个核心基因，其中Degree值靠前的核心基因有MAPK1、MYC、HSP90AA1、ESR1等。MAPK1的抑制作用可以调节细胞活力、凋亡率以及细胞自噬，从而影响冠状动脉粥样硬化性心脏病及CHF的进展[7]。MYC的表达可诱导细胞周期失调和线粒体改变，从而导致肥厚性心肌病和CHF[8]。HSP90AA1为热休克蛋白（Hsp),Hsp可在调控细胞存活、增殖、凋亡和应激引起的细胞死亡中起作用，在心肌细胞损伤的情况下，其表达水平升高具有保护作用[9]。有研究[10]显示，在心肌缺血的动物模型中，由ESR1基因编码的核受体ERα的激活，可减小心脏梗死面积，抑制心肌细胞凋亡、炎症和氧化应激反应，还可诱导血管扩张并增加新血管的生成。

KEGG富集通路显示，CHF的发生主要与流体剪切应力与动脉粥样硬化、AGE-RAGE、IL-17、TNF、HIF-1信号通路的激活密切相关。在湍流血流与低液体剪切应力的区域易发生动脉粥样硬化，炎症细胞因子刺激，如TNF-α，可能促进动脉粥样硬化的内皮细胞（EC）基因表达；研究[11]表明，稳定的层流血流可减少EC的凋亡并抑制TNF介导的EC激活，由此可形成对动脉粥样硬化的保护机制。动脉粥样硬化发生在冠状动脉易形成冠状动脉粥样硬化性心脏病，出现心肌缺血缺氧，在终末期易演变为CHF。AGE-RAGE信号通路的激活在糖尿病心力衰竭的发展和进展中起着关键作用，其通过引发一系列导致血管和心肌损伤的事件，如氧化应激、炎症反应和细胞外基质积聚增强，导致肌细胞舒张和收缩功能障碍[12]。IL-17和TNF属于促炎细胞因子，可调节心肌细胞的表型和功能，抑制心肌细胞的收缩功能，诱导巨噬细胞的炎症激活，刺激微血管炎症和功能障碍，并促进成纤维细胞中的基质降解表型。此外，细胞因子诱导的生长因子合成可能发挥慢性纤维化作用，可参与心衰的发生[13]。HIF-1是一种转录因子，通过调节血管生成、血管重塑、葡萄糖代谢和氧化还原稳态来控制氧气输送。动物模型分析[14]表明，HIF-1通过激活这些稳态机制，在缺血性心脏病和压力超负荷心衰中起着至关重要的保护作用。

综上所述，通过网络药理学分析金匮肾气丸作用于CHF的作用机制，体现了其多成分、多靶点、多途径作用于疾病的特点。金匮肾气丸通过抑制炎症、氧化应激反应，减少心肌细胞凋亡等途径对CHF起到治疗作用。然而由于本研究主要通过数据挖掘、计算机模拟对金匮肾气丸治疗CHF的药效机制进行预测，该结论仍需细胞实验、动物实验等进一步验证。

参考文献:

[2]户丽娟.金匮肾气丸合桃红四物汤联合西药治疗慢性心力衰竭疗效及对患者心率变异性､左室重构和肾功能的影响[J].陕西中医,2021,42(11):1576-1580.

[5]张沙,邓圣庭,方成堃,等.植物甾醇的性质､生理功能及其在动物生产中的应用研究[J].湖南饲料,2022(1):43-48.

基金资助:江西省研究生创新专项资金项目【No.YC2021-S515】;

文章来源:刘妍宏,何义鑫,胡景璇.基于网络药理学探讨金匮肾气丸治疗慢性心力衰竭的作用机制[J].中国中医药现代远程教育,2024,22(06):83-87.