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基于网络药理学研究地锦草对糖尿病的作用机制

2024-10-11 126 上传者：管理员

摘要：目的使用网络药理学方法分析地锦草对糖尿病产生作用的物质成分及治疗机制。方法借助TCMSP数据库检索地锦草中所含的主要活性成分及其作用靶点并进行筛选，得到地锦草治疗糖尿病的活性成分和作用靶点。筛选数据库GeneCards和OMIM以得到治疗糖尿病的相关基因，与药物活性成分作交集。依据STRING数据库并采用Cytoscape软件分析蛋白质相互作用(PPI)网络，获得核心靶点后通过在线分析网站Metascape进行GO分析和KEGG通路分析。结果共获得地锦草6个主要活性成分与糖尿病有关的作用靶点131个，GO分析结果显示主要与血管生成、抗缺氧、血小板激活、炎性反应等生物过程相关，KEGG富集分析表明关键通路主要集中于癌症通路与炎症相关通路等。结论 PPI研究发现TNF-α、IL-6、AKT1均居于地锦草治疗糖尿病相关靶点的前5位，验证了网络药理学预测靶点的准确性。了解了地锦草治疗糖尿病的物质基础和分子机制，研究结果对地锦草的后续开发利用有一定的积极作用。

关键词：
分子机制
地锦草
并发症
糖尿病
网络药理学
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我国是全球糖尿病患病率增长较快的国家之一，也是糖尿病患者最多的国家，2021年我国糖尿病患者达到1.4亿[1]。糖尿病后期经常产生许多并发症，常累及肾脏、血管、眼和足等器官。糖尿病疾病负担研究显示，2016年我国糖尿病死亡人数逾14万，病死率从1990年的6.3%上升至2016年的10.3%[2]。为遏制糖尿病发病率和并发症发生率的不断上升，提升人民身体健康水平，“健康中国行动(2019—2030年)”中指出糖尿病的防治迫在眉睫。地锦草全草入药，于夏、秋两季植株成长完全后采收，去掉其他杂质后晒干备用。地锦草分布区域辽阔，几乎分布全国各地。地锦草清热解毒常用于治疗疮疳痈肿，凉血止血用于治疗咯血、尿血、便血、崩漏等，利湿退黄常用于治疗湿热黄疸[3]。现代相关研究发现地锦草具有一定的降糖作用，但地锦草治疗糖尿病的有效成分及作用机制尚不明确。本研究中，笔者运用网络药理学研究方法，探讨地锦草降糖的主要成分并分析其作用机制，以期为地锦草治疗糖尿病的新药研究提供理论参考。总结报道如下。

1、资料与方法

1.1 资料检索

1.1.1 地锦草主要有效活性成分：

运用TCMSP数据库输入“地锦草”检索其活性成分，根据报道的地锦草相关文献，以口服生物利用度(OB)≥30%,类药性(DL)≥0.18为筛选条件，选取主要活性成分。

1.1.2 地锦草主要有效成分的作用靶点获取：

运用TCMSP数据库结合报道的地锦草相关文献分析地锦草主要有效成分的作用靶点，将获得的全部地锦草有效成分作用靶点结合Uniprot数据库进行比对，得到规范化的地锦草主要有效成分的基因靶点。

1.1.3 地锦草有效成分治疗糖尿病的靶点筛选：

以“diabetes”为关键词分别在OMIM和GeneCards数据库中搜索与糖尿病相关联的靶点基因，将得到的靶点去除有重复的靶点即得到所有的糖尿病靶点。将“1.1.2”项得到的地锦草有效成分的作用靶点与糖尿病去除重复值后的靶点输入在线网站Venny 2.1取交集，得到地锦草治疗糖尿病的相关靶点。

1.2 方法

1.2.1 蛋白质相互作用(PPI)网络构建与分析：

利用STRING数据库导入筛选得到的地锦草治疗糖尿病的可能作用靶点，分析处理PPI网络，利用Cytoscape 3.7.1软件进行可视化处理。

1.2.2 靶点与作用通路分析：

获得核心靶点后通过在线分析网站Metascape进行GO富集分析和KEGG信号通路富集分析，将结果进行可视化处理。

2、结果

2.1 地锦草活性成分的获得

检索获得38个地锦草的活性成分，以OB≥30%和DL≥0.18为条件筛选并通过查阅地锦草的相关文献，最终得到6个成分，见表1。

表1地锦草治疗糖尿病主要活性成分信息

2.2 地锦草活性成分作用靶点的收集

通过TCMSP数据库找到地锦草6个主要成分作用的靶点，在Uniprot数据库搜索这些靶点对应的基因名称，共获得地锦草6个主要活性成分的作用靶点共计256个。

2.3 地锦草活性成分靶点与糖尿病靶点筛选

以“diabetes”为关键词在GeneCards数据库中收集得到1 727个糖尿病相关疾病基因，在TTD与OMIM数据库分别收集到157与254个相关疾病的基因。将3个数据库得到的所有基因进行汇总和去除重复值后共计获得2 000个目的基因。将“2.2”项得到的256个地锦草靶点与2 000个糖尿病靶点进行在线网站Venny 2.1作图分析共收集到131个共同靶点，见图1。

图1地锦草活性成分靶点与糖尿病靶点交集韦恩图

2.4 靶点PPI网络的构建

运用STRING在线数据平台绘制“2.3”项得到共有靶点的PPI图(图2),分析得到131个节点和2 405条蛋白质交互作用，根据中心节点度值找出前10位的靶点蛋白，预测为地锦草治疗糖尿病的关键蛋白，见表2。通过Cytoscape软件对地锦草“药物—有效成分—靶点—疾病”进行可视化，见图3。

2.5 地锦草治疗糖尿病关键靶点GO分析

131个交集靶点进行细胞组分(CC)、分子功能(MF)与生物学过程(BP)分析结果显示，地锦草治疗糖尿病的关键靶点共有689个在GO条目上富集，包括52条细胞组分，112条分子功能和534个生物信息学过程。结果显示，细胞组分可能与细胞间隙、细胞质和细胞膜等相关；分子功能与酶的结合位点、蛋白质结合、血红素的结合有关；生物学过程可能与凋亡过程的调控、抗缺氧、清除超氧自由基和对生长激素的调节等生物学过程相关，见图4。

图2地锦草与糖尿病交集靶点PPI图

图3地锦草治疗糖尿病“药物—有效成分—靶点—疾病”网络图

表2地锦草治疗糖尿病的前10位关键蛋白

2.6 地锦草治疗糖尿病的KEGG分析

KEGG通路富集分析表明，主要包括癌症通路、乙型肝炎、肿瘤坏死因子通路、前列腺癌、HIF-1信号通路、甲型流感等127条通路。根据通路包括的基因数做KEGG富集分析结果前20位的气泡图，见图5。

3、讨论

糖尿病是由于胰岛素分泌绝对或相对不足(胰岛素分泌缺陷),及机体靶组织或靶器官对胰岛素敏感性降低(胰岛素作用缺陷)引起的以血糖水平升高，可伴有血脂异常等为特征的代谢性疾病[4]。糖尿病如果不及时控制非常容易引起慢性和急性并发症；急性并发症主要包括非酮症高渗性昏迷和酮症酸中毒，慢性并发症多为糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病和糖尿病足等。糖尿病视网膜病变表现为患者视力模糊，若不及时采取相对应的措施，可进一步导致视网膜脱落，甚至可能发生永久性失明。糖尿病肾病主要表现为泡沫尿，腿、脚肿胀或全身肿胀，进一步发展可能导致肾功能衰竭和尿毒症。糖尿病足表现为患者足部感染、溃疡或者坏疽。这也是导致糖尿病患者有时需要截肢的主要原因。西药在糖尿病防治方面主要以磺脲类和格列奈类等药物促进胰岛素分泌；双胍类药物抑制肝脏葡萄糖的分泌；α-糖苷酶抑制剂延缓人体肠道对糖类物质的吸收进而可以降低餐后血糖值；口服胰岛素增敏剂可降低部分患者的胰岛素抵抗如格列酮类药物。然而西药治疗对糖尿病初期及其并发症防治的效果，以及不良反应的预防方面表现并不理想。而中医药治疗糖尿病有多成分、多靶点、多通路的特点，具有疗效显著、不良反应小、不易复发等优势，且在糖尿病并发症预防上具有显著优势。

本研究分析了地锦草治疗糖尿病的有效成分，中药—活性成分—靶点网络显示鞣花酸、谷甾醇、山萘酚、槲皮素等活性成分对应的靶点较多，推测为主要活性成分。槲皮素可多途径防治慢性肾脏疾病进展，首先可抑制糖尿病肾病大鼠体内晚期糖基化终末产物沉积及晚期糖基化终产物mRNA的表达，其次具有抗氧化和抑制自由基介导的作用，以及减少蛋白质非酶糖基化的作用，并且还可延缓肾间质纤维化[5- 8]。山柰酚具有抗氧化、抗炎等作用，可通过抑制肾脏组织的炎性反应和细胞凋亡，改善糖尿病肾病模型大鼠的肾功能和组织病理损伤[9]。

图4地锦草治疗糖尿病关键靶点GO分析

图5地锦草治疗糖尿病的KEGG富集通路分析气泡图

通过相关条件筛选得到256个地锦草活性成分的作用靶点，其中有131个靶点与糖尿病的靶点重合，表明地锦草确有可能具有防治糖尿病的作用。通过KEGG富集分析进一步探讨了地锦草治疗糖尿病可能的作用机制，结果表明癌症和炎症相关通路很有可能是地锦草治疗糖尿病的关键通路。

有研究显示糖尿病胰岛素抵抗被认为是一种低度炎性状态，与炎性因子有着密切联系。炎性反应是引起胰岛素抵抗的重要因素之一，在炎性反应发生时，机体内部通过内分泌和旁分泌途径分泌多种炎性因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素系列、C反应蛋白(CRP)等，引起胰岛素信号转导受阻从而诱发机体胰岛素抵抗[10]。TNF-α、IL- 6为典型的促炎因子，正常生理条件下在体内保持平衡状态，当胰岛素抵抗发生时，炎性反应可通过影响胰岛素信号转导及诱发血管内皮功能障碍，进一步加重胰岛素抵抗[11-12]。AKT1 是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，可参与炎症、癌症、糖尿病及心血管疾病等的发生发展[13]。本PPI研究发现TNF-α、IL- 6、AKT1均居于地锦草治疗糖尿病相关靶点的前五位，验证了网络药理学预测靶点的准确性。

参考文献:

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[13]苗艳菊,杨敏,郑娇,等.Akt1在高血压心肌纤维化中的作用及其机制[J].中华高血压杂志,2013,21(3):265-271.

基金资助:江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ2205914);江西中医药高等专科学校科研项目(2022B03);

文章来源:于武华,桂明明,何平平,等.基于网络药理学研究地锦草对糖尿病的作用机制[J].临床合理用药,2024,17(28):1-5+11.