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基于网络药理学的甘草酸二铵干预新型冠状病毒肺炎机制研究

2021-09-13 560 上传者：管理员

摘要：目的利用网络药理学方法探讨甘草酸二铵干预新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的潜在靶点和分子机制。方法先应用PubChem和STRING数据库获取甘草酸二铵标准靶点,接着在Genecards数据库检索COVID-19靶点并经Uniprot数据库校正,二者的交集靶点运用STRING、Cytoscape3.7.2软件构建并分析网络,进一步运用R语言和DAVID平台对作用靶点进行GO和KEGG功能富集分析。结果获得甘草酸二铵治疗COVID-19的靶点24个,GO生物学过程1054条和KEGG信号通路94条,主要涉及炎症、免疫和病毒细菌感染等。结论甘草酸二铵可能通过多个通路作用于IL-6、TNF等靶点,发挥抗COVID-19作用。

关键词：
交集靶点
新冠肺炎
甘草酸二铵
细胞因子风暴
网络药理学
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众所周知，由严重急性呼吸综合征冠状病毒-2(severeacuterespiratorysyndromecoronavirus2,SARS-CoV-2)[1]引起的新型冠状病毒肺炎（简称新冠肺炎，CoronavirusDisease2019,COVID-19）在全球流行，各国专家均认为细胞因子风暴可能是导致COVID-19患者病情重症化的主要原因[1,2]，在目前无特效药的情况下寻找对抗细胞因子风暴的有效药物成为控制COVID-19病情的迫切方法。甘草酸二铵是临床常用的甘草酸制剂[3]，其可用于治疗普通型COVID-19患者安全有效且不良反应少[4,5]。本研究从网络药理学的角度探讨甘草酸二铵干预COVID-19的潜在靶点和作用机制，为后续基础实验和COVID-19的临床用药提供新的思路。

1、资料与方法

1.1 获取甘草酸二铵作用靶点

以甘草酸二铵英文名称“DiammoniumGlycyrrhizinate”为检索词，在PubChem数据库获取其靶蛋白，并通过STRING数据库查询对应基因名。

1.2 获取COVID-19潜在治疗靶点

在Genecards数据库中以“CoronaVirusDiseas”和“NovelcoronavirusPneumonia”为关键字检索新冠肺炎相关靶点，剔除重复基因后输入Uniprot数据库校正筛选疾病靶点。

1.3 甘草酸二铵治疗COVID-19潜在作用靶点预测

通过Venny2.1在线工具，将药物预测靶点与疾病靶点取交集，共同基因为甘草酸二铵治疗COVID-19的潜在靶点。

1.4 构建蛋白互作网络和筛选核心靶点

将交集靶点导入STRING数据库，物种定义为“Homosapiens”，选择高置信度0.7进行蛋白互作分析，构建PPI网络，再运用Cytoscape3.7.2构图和分析网络拓扑参数。

1.5 GO功能富集分析

运用R语言和DAVID数据库，对靶点进行GO功能富集分析，包括生物过程（biologicalprocess,BP）、细胞成分（cellularcomponent,CC）和分子功能（molecularfunction,MF）三部分。运用R语言对富集分析结果进行可视化处理，设置P<0.05，按显著性排序将GO前20条富集条目以柱状图和气泡图展示。

1.6 KEGG通路富集分析

运用R语言进行KEGG通路富集分析，设置P<0.05，将KEGG排名前20富集条目以柱状图和气泡图展示。

2、结果

2.1 甘草酸二铵的潜在靶点

通过PubChem和STRING数据库的搜索，得到甘草酸二铵潜在治疗靶点共68个，部分结果见表1。

2.2 COVID-19潜在靶点

通过Genecards数据库和UniProt数据库搜索，共收集到与COVID-19相关靶点309个，部分信息见表2。

2.3 甘草酸二铵治疗COVID-19潜在作用靶点

运用Venny2.1在线工具筛选出24个共同靶点，基因信息见表3，靶点结果以韦恩图展示（图1）。

2.4 甘草酸二铵与COVID-19靶点PPI网络构建

蛋白质互作分析得到PPI网络（图2a),Cytoscape3.7.2可视化分析（图2b）得到23个节点，506条边，节点越大表示靶点越重要，颜色由红变蓝与度值呈正相关，边越粗则关系越密切。网络中度值最高的为IL-6(degree=21）、TNF(degree=20），其余超过节点平均度值的基因依次为IL-10、VEGFA、STAT1、INS、IL-4、PTGS2、ALB、MAPK8、IL-17A、IFNG。

2.5 GO功能富集分析

GO功能富集分析共得到1054个条目，其中涉及BP(1013项）、CC(13项）、MF(28项），如图3所示，靶点主要集中在细胞因子生成调控、肽基酪氨酸磷酸化和修饰、对脂多糖、细菌起源分子的反应、细胞因子合成代谢过程、活性氧生成、炎症反应、白细胞分化等生物过程，其中在细胞因子生成调控、炎症反应、白细胞分化等方面基因数目较多。

2.6 KEGG通路富集分析

KEGG通路分析得到94条富集结果，基因数目>8的通路共7条，分别是IL-17信号通路、结核病、炎症性肠病、利什曼病、Th17细胞分化、弓形虫病、细胞因子受体相互作用（图4）。

3、讨论

本研究采用网络药理学构建甘草酸二铵的药物-靶点-疾病网络以期解释其潜在分子机制，在进行靶点互作分析时发现，甘草酸二铵可能通过24个潜在靶点发挥抗COVID-19作用，靶点涉及炎症因子、血管内皮生长因子、环加氧酶2、白蛋白、丝裂原活化蛋白激酶、免疫调节、细胞凋亡和其他。IL-6、TNF、IL-10、IL4、IFNG在重症患者的血浆水平高于其他类型患者[1]，其中IL-6是引起细胞因子风暴的关键分子之一[6],TNF作为免疫防御分子通过NF-κB和MAPK通路调节免疫应答、介导炎症。甘草酸二铵主要通过抑制IL-6、TNF和多种细胞因子阻止炎症风暴，减轻SARS-CoV-2引起的炎症损伤，对其他病毒同样有普适性，其在临床上也能对抗乙肝病毒引起的炎症风暴发挥护肝作用[7]，是临床一线的抗炎保肝药。甘草酸二铵可诱导干扰素和增强免疫功能[8]，可能通过IFNG调节信号传导与STAT1发挥潜在抗病毒作用；还可通过VEGFA一定程度上缓解细胞因子风暴引起的肺弥漫性损伤；抑制炎症反应关键酶COX2(PTGS2）降低炎症损伤。

GO和KEGG富集分析显示细胞因子生成调控、炎症反应、白细胞分化等生物过程和免疫调节、病毒细菌感染等信号通路在甘草酸二铵干预COVID-19中起到关键作用。在重症、危重症患者外周血中Th17增加提示着CD4细胞过度激活而引起免疫失衡[2]，免疫失衡是细胞因子风暴的主要原因之一。HIF-1信号通路在COVID-19具有重要作用[9]。甘草酸二铵可能通过Th17、Th1和Th2分化、IL17、细胞因子相互作用、HIF-1等多途径发挥抗炎、免疫调节作用。

综上，甘草酸二铵通过Th17、Th1和Th2分化、IL-17等多条信号通路调控IL-6、TNF、IL-10等多个靶点干预COVID-19，主要针对病毒引起的细胞因子风暴，抑制炎症、抗氧化应激、调节免疫，减轻肺及肺外组织器官的急性损伤，同时改善病毒或药物引起的肝功能异常，建议在基础治疗方案上尤其出现肝损伤且无禁忌证情况下联合甘草酸二铵治疗COVID-19及预防其重症化，以期获得新的临床治疗收益，但以上论述尚需通过相关试验进一步验证。

参考文献:

[4]周外民,赵富明,李榜龙,等.甘草酸二胺在普通型新型冠状病毒肺炎患者治疗中的临床价值[J/OL],病毒学报,2020,36(2)160-164.

[5]席加喜,向淑麟,张华君,等,阿比多尔联合甘草酸二铵肠溶胶囊治疗新冠肺炎的临床观察[J].中国医院药学杂志,2020,40(12):1287-1290

[7]甘草酸制剂肝病临床应用专家委员会,甘草酸制剂肝病临床应用专家共识[J].临床肝胆病杂志,2016,32(5):844-852.

[8]原皓,林三仁,吴克香,等.甘草酸二铵对大鼠结肠炎的抗炎作用机制研究[J],中华消化杂志,2006(1);22-25.

文章来源：林少梅,万金玉,廖婉婷,黄刚,林适峰.基于网络药理学的甘草酸二铵干预新型冠状病毒肺炎机制研究[J].中国处方药,2021,19(09):6-9.