摘要:目的 利用网络药理学及数据挖掘方法初步探索中药调节阿尔茨海默病(AD)嗅觉障碍的物质基础及用药规律。方法 通过OMIM、GeneCards、CTD等数据库分别获得AD和嗅觉障碍的相关靶点,取两者的交集靶点后,以在中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)中类药性≥0.18且可匹配到相应的化合物为条件,进一步筛选获得AD嗅觉障碍的潜在作用靶点。应用TCMSP数据库收集潜在作用靶点的相关化合物、中药,在Cytoscape软件中构建靶点-化合物、靶点-化合物-中药网络,根据度值大小获得核心潜在作用靶点、核心候选化合物及核心候选中药。将获得的核心候选化合物及核心潜在作用靶点进行分子对接,初步验证预测结果。建立中药数据库,通过数据分析获得AD嗅觉障碍的中药用药规律。结果 共获得AD及嗅觉障碍的疾病相关靶点2919、2358个,两者的交集靶点共946个;其中,符合类药性≥0.18且能匹配到相关化合物的靶点共245个,候选化合物1172个,候选中药406味。候选中药的药味以苦、辛、甘为主,药性主要为温,归经以肝、肺二经为要主。结论 以网络药理学及数据挖掘的方法,较为系统的探索了中药调节AD嗅觉障碍的物质基础,获得了中药治疗AD嗅觉障碍的用药规律,为该病的治疗提供了理论依据及用药指导。
阿尔茨海默病(AD)是进行性的、不可治愈的神经退行性疾病[1]。多数患者被诊断为AD时,病情已达到中重度的痴呆阶段,该阶段难以逆转,其治疗应该立足于早期预防及干预。嗅觉障碍常存在于AD的早期阶段,甚至可先于认知功能障碍出现。嗅觉功能障碍可能是AD的早期预警和筛查指标,针对其嗅觉功能的减退,确定适当的治疗方法,早期干预,对延缓疾病进程有益[2]。但关于AD中嗅觉障碍发生的机制迄今尚不明确,西药干预效果未达到预期,中药及复方在病机复杂的AD及其伴随疾病的治疗中有着多靶点、多层次、不良反应少等优势[3,4]。中医理论中,AD被归为“呆证”范畴,关于中药干预其嗅觉障碍的报导较少,且缺少系统性的探索。现通过网络药理学及数据挖掘,将AD嗅觉障碍潜在作用靶点、候选化合物、候选中药等多个层面得到的信息整合,从而获得干预嗅觉障碍的中药用药规律,为中药调节AD嗅觉障碍的研究奠定了基础,也为其临床用药提供了理论依据。
1、实验部分
1.1 数据库及软件
研究所涉及的数据库有GeneCards、OMIM、CTD、UniProt、中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)等;数据分析软件为Cytoscape 3.7.1。
1.2 方法与结果
1.2.1 阿尔茨海默病(AD)和嗅觉障碍相关作用靶点的收集
以“Alzheimer′s disease”和“Olfactory disorders”为关键词,分别在GeneCards、OMIM、CTD等数据库中分别检索疾病相关作用靶点,并取得两者交集靶点。随后,将交集靶点输进蛋白数据库UniProt匹配各靶点的全称。
1.2.2 AD嗅觉障碍候选化合物的筛选
在中药系统药理学数据库与分析平台TCMSP中,以类药性(DL)≥0.18且可匹配到相应的化合物为标准对交集靶点进行二次筛选,获得AD嗅觉障碍的潜在作用靶点,收集潜在作用靶点的相关化合物及其相关信息。
通过检索相应数据库,分别获得2919个AD相关靶点及2358个嗅觉障碍相关靶点,交集靶点共946个。能够匹配到相应化合物且DL≥0.18的靶点共245个,将这245个相关靶点视为AD嗅觉障碍的潜在作用靶点。将上述潜在作用靶点在TCMSP中进行检索,共获得了1172个候选化合物(表1)。将所获得的潜在作用靶点及候选化合物输入Cytoscape 3.7.1软件中构建靶点-化合物网络(图1,化合物度值≥4)。该网络由1417个节点与3884条边构成,网络中各节点的度值大小与其在网络中的枢纽性、调控作用成正相关。ESR1、PTGS1、GSK3B、CCNA2、ESR2在网络中的度值最高,将其视为干预AD嗅觉障碍的核心潜在作用靶点。度值最高的前6位的化合物分别为槲皮素(quercetin)、木犀草素(progesterone)、(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯[(-)-epi-gallocatechin-3-gallate]、雌二醇(17-β-estradiol)、金雀异黄酮(genistein),分别与70、57、50、36、36个靶点相关,可作为干预AD嗅觉障碍的核心潜在候选化合物。
表1 中药调节AD嗅觉障碍的核心候选化合物(度值>15)
图1 阿尔茨海默病中嗅觉障碍相关靶点-化合物网络
1.2.3 AD嗅觉障碍的潜在作用靶点-化合物-中药网络的构建
以AD嗅觉障碍的候选化合物于TCMSP中进行检索,共获得468味中药。以2020年版《中国药典》及《中药学》为参考,对所获得的中药进行名称规范,名称规范化并去重后共得到406味AD嗅觉障碍的候选中药。构建靶点-化合物-中药网络,取潜在作用靶点度值≥3、候选化合物度值≥5、候选中药度值≥10的进行可视化(图2)。其中,甘草、丹参、桑白皮、桑叶、延胡索的度值最高,分别含有52、36、31、29、28个候选化合物。以候选化合物为桥接,统计各味中药所作用的靶点数,沙棘、白果、枇杷叶、余甘子等4味中药可干预的靶点数最多(图3)。
1.2.4 分子对接结果
将核心潜在作用靶点ESR1(PDB ID:1XPC)、PTGS1(PDB ID:6Y3C)、GSK3B(PDB ID:1J1B)、CCNA2(PDB ID:2CCH)、ESR2(PDB ID:3OLL)与核心候选化合物槲皮素、雌二醇、木犀草素、(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯、金雀异黄酮等分别进行分子对接。由表2可知:各核心潜在作用靶点与核心候选化合物的对接结合能均小于-5.0 kcal·mol-1,表明结合活性良好。其中,木犀草素与PTGS1的结合能最佳(-11.17 kcal·mol-1)。部分分子对接结果见图4。
图2 靶点-化合物-中药网络
图3 核心候选中药的度值(A)和靶点(B)
表2 核心潜在作用靶点与候选化合物分子对接结果
图4 PTGS1与槲皮素(A)、(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯(B)、木犀草素(C)、雌二醇(D)和金雀异黄酮(E)的分子对接图
1.2.5 候选中药的性味与归经
整理和归纳候选中药的性、味及归经等信息,并根据出现频次进行统计分析,获得用药规律。由表3~5可知:可应用于AD嗅觉障碍的中药药味以苦、辛、甘为主,药性以温、寒居多,主要归肝、肺二经。
表3 调节AD和嗅觉障碍中药的归经分布
表4 调节AD和嗅觉障碍中药的药性分布
2、讨论
阿尔茨海默病(AD)具有不可逆的特点,因此,AD的早发现早治疗尤为重要。文中发现:槲皮素、(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯、木犀草素、雌二醇、金雀异黄酮等为中药干预AD嗅觉障碍的核心化合物。临床研究发现:患者的嗅觉功能障碍很可能是因中枢神经和嗅觉系统的病变引起的。槲皮素可清除活性氧、抑制tau蛋白过度磷酸化和β淀粉样蛋白(Aβ)来保护大脑神经[5];木犀草素是黄酮类化合物之一,常见的天然药材金银花、菊花及食物甜菜和胡萝卜中都包含该物质,运用到AD的嗅觉中可以发挥其抗炎、抗氧化、抗肿瘤和神经保护等多重作用。木犀草素和槲皮素存在于多种蔬菜和水果中,二者结合能够为食疗法干预AD早期嗅觉障碍提供思路和方向[6]。(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯能保护神经活性,对AD的发生可能有一定临床预防作用[7];雌二醇和金雀异黄酮目前在嗅觉方面的研究较少,其与AD嗅觉障碍之间的相关性仍需探索。沙棘、白果、枇杷叶、余甘子中均含有黄酮类成分。黄酮类化合物大多以苷类形式存在于植物体内,具有神经保护、改善学习记忆认知、抗炎、抗菌、抗病毒、以及降血糖等药理活性[8]。但目前这些药物治疗AD嗅觉障碍作用机制的研究仍显不足,尤其在信号机制和药效动力学方面了解不深入。文中显示:干预AD嗅觉障碍的中药药味以苦、辛、甘为主,药性以温、寒居多,其主要归经为肝、肺、胃、脾经。AD嗅觉障碍与脑和鼻相关。在中医上肺和鼻关系紧密,通过调养肺可以治疗鼻病。肝主疏泄、脾主运化,肝脏和脾胃功能变弱会导致血津液不归正化,痰阻湿滞气机的升降使其失常,人体就会出现湿浊、痰饮、淤血等病理产物[9]。辛味和苦味的药结合可以达到一通一降,开泄并用,前者的能散能行和后者的能泻能燥能够起到行气、去热和化痰的疗效。临床用药应可以活血化淤、豁痰开窍、益气养血为主,疏肝理肺。文中研究基于数据整理,需用动物实验验证。通过药物实验和疗效观察可进一步寻找治疗AD嗅觉障碍的有效组方,为AD的早期治疗和干预提供了参考。
表5 调节AD和嗅觉障碍中药的药味分布
参考文献:
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基金资助:国家自然科学基金资助项目(批准号:81903738);北京中医药大学新教师启动基金项目(2022-JYB-XJSJJ-031);
文章来源:李智飘,郭宵飞,徐国杰等.阿尔茨海默病嗅觉障碍中药用药规律的网络药理学研究[J].华西药学杂志,2023,38(06):628-632.
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