网络药理学探讨防风羌活药对治疗中风的分子机制研究
摘 要通过对防风-羌活药对治疗中风病的有效活性成分、作用靶标、分子机制等进行初步预测分析,为以后探究药对的作用机制提供了有效依据。通过数据库和药理学平台，对防风羌活药对化学成分进行分析，预测靶点目标，并通过构建网络图表分析防风羌活药对治疗中风的分子作用机制。该研究检测到防风药化学成分36个，羌活药化学成分105个，其中防风中主要含有色原酮类、香豆素类、多糖等化学成分，羌活主要含有挥发油、糖类、香豆素等成分；通过候选靶标分析得到药对候选靶标功能信息，如基因单核苷酸、细胞色素氧化酶、A类受体基因簇等，防风-羌活药对共检索到72条代谢通路，关键靶标有19个，代谢通路有外源性机制、激活GABA受体、核受体转录、胆汁酸和盐的内循环、PPAR信号通路、甘油三酯分解代谢等；通过核心靶标网络分析得到药物靶标26个，疾病靶标18个，其中节点较大的药物靶标说明和脑卒中疾病有关，节点较大的疾病靶标说对疾病影响较深，通过整合平台检索出缺血性脑卒中相关的靶标有ENG，FLNA，CALM1，ACVRL1，TGFB1，ACVRL1等，通过抑制炎症因子，从而减弱信号通路造成的反应，达到促进血管新生等治疗目的；通过功能富集分析和通路分析得到RNA聚合酶Ⅱ启动子转录调控、线粒体、炎症反应与脑卒中疾病关联紧密的通路信息，并与药物化学成分相结合，分析出防风和羌活对治疗脑卒中疾病均有解热、镇痛、抗炎、抗凝血等作用；通路中所关联的核心靶标有FLNA、SMAD3、CALM1、TGFBR1等；防风和羌活药都具有镇痛、抗炎、抑菌等作用，并且将两味药材相配伍可发挥出改善血管血流舒张效果、调节循环系统等作用；通过研究药对配伍治疗疾病从而得出复合制剂在网络药理学方面的特点是:多成分、多靶点和多途径。本次课题是通过网络药理学对防风-羌活药对治疗脑卒中病进行初步预测，为以后的深入研究奠定基础。
目 录
1 绪论 1
2 网络药理学 2
2.1 材料与方法 2
2.1.1 防风羌活用药规律分析 2
2.1.2 防风羌活药的化学活性成分及潜在靶标预测 2
2.1.3 网络构建分析 2
2.1.4 基因功能及代谢通路分析 2
2.2结果 2
2.2.1防风羌活药对的用药规律分析 2< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 2.2.2 防风羌活化学成分及候选靶标分析 3
2.2.3 防风羌活药对治疗脑卒中的核心靶标网络分析 6
2.2.4 GO功能富集分析和KEGG通路分析 7
2.2.5防风羌活药对治疗脑卒中的“成分靶标通路”分析 8
2.3 讨论 9
结论 11
参考文献 12
致 谢 16
1 绪论
脑卒中又称为“中风”，是一种以出血性损伤为主的急性脑血管疾病，多发于肥胖、冠心病、高血压、糖尿病、高胆固醇症等基础疾病中老年人的脑血管疾病,包括脑血栓、腔隙性梗死、脑栓塞等不同类型的疾病[1]，病死概率极高，属于全球范围的致死性病症之一[2]。曾有依据表明，患有脑卒中疾病的病人超过十分之三在疾病初期会出现病情恶化现象且难以恢复，严重影响了人们的日常生活和行动[3]。
防风，又称屏风、风肉，味甘，性微温，归于脾经、肝、膀胱，主要含有色原酮类、香豆素类、挥发油类、多糖类等成分，具有解热、镇痛作用[45]，能够降低毛细血管通透性从而抑制炎症的发生、抑制凝血因子和血小板聚集[69]。防风发挥其祛风解表的功效,用于治疗皮肤疾病、肺系疾病、内分泌系统疾病；取其胜湿止痛、止痉功效用于治疗神经疾病、妇科疾病、痹症等。羌活又称羌青、羌滑，性温,味辛、苦，主要含有挥发油类、香豆素类、有机酸类、糖类等成分，具有镇痛、抗炎作用，能抗血栓形成和抗凝血[10]、抗休克、抗心律失常、缓解心肌缺血等。防风和羌活皆喜清凉温爽，防风以治风为主，羌活则善治湿[11]，均有发散寒凉、祛除湿气的功效。在《张简斋医案》中就常将两味药材配伍用于调经助孕、调肝理脾、治疗痢疾、全身浮肿、头晕乏力等病症[12]。脑卒中疾病的发生主要由于患者本身气血失调，风、火、痰、瘀引发脑部突然出血，损害大脑中重要器官，出现此症状需立即就医。中医诊治当以祛邪为主，恢复期虚实兼收，临床上常将活血化瘀药作为主要治疗药物。
网络药理学以系统的生物学理论为基础，由一个固定信号节点（Nodes）作为设计的对象。研究模式由单独的药物、靶点演变为现在的“药物靶点基因疾病”, 与中药方剂中的“多组分、多靶点、多途径”的协同合作关系相得益彰[1314]，因此，针对多基因、多疾病相关的“分子群”寻找组合式药物靶标将成为药物研究和开发的新型发展方向。本研究课题是以“防风羌活”药为研究对象,按照“成分—靶标—途径—活性”关联进行预测，从而对其治疗中风病的活性成分、分子机制等做出初步分析，为以后的深入研究奠定了坚实的基础。 2 网络药理学
2.1 材料与方法
2.1.1 防风羌活用药规律分析
通过剂数据库检索同时含防风、羌活的剂型，通过频次统计，从临床方面探讨防风羌活药对病症使用的分类。
2.1.2 防风羌活药的化学活性成分及潜在靶标预测
2.1.3 网络构建分析
平台镶嵌了许多蛋白质蛋白质相互作用结构域，基于数据库进行防风羌活药对和疾病的靶标网构图和视觉性报告。建立“药物疾病候选”靶标的联系，挖掘“药物疾病”的药理机制，建立“活性成分潜在靶点”系统[1920]，分析药对治疗脑卒中的作用机制。
2.1.4 基因功能及代谢通路分析
通过整合平台进行基因功能（http://www.geneontology.org）及代谢通路分析（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,http://www.genome,jp/kegg/），从而探讨防风羌活药治疗中风的潜在作用靶点在信号通路中的作用。
2.2结果
2.2.1防风羌活药对的用药规律分析
采用中药成方制剂数据库输入任务检索出64种含有防风、羌活的方剂，经过统计得出用药类型中使用频次较高(>3)有5种（表2.1）。经研究发现防风羌活药对主要用在心脑血管疾病领域。通过此次用药规律统计得出防风羌活药对已参与临床使用，目前的初步探索是为以后的深入研究奠定坚实基础。
表2.1 含防风羌活药治疗疾病统计结果
疾病名
频次
脑血管疾病
15
心血管疾病
13
高血压
8
关节炎
5
风湿
4
2.2.2 防风羌活化学成分及候选靶标分析
通过数据库和TCMSP整合平台(http://lsp.nwu.edu.cn),检索出防风羌活药的有效化学成分[2122]，从而得到防风药化学成分36个，候选靶标338个；羌活药化学成分105个，候选靶标1255个。其中防风中主要含有色原酮类、香豆素类、多糖等化学成分，羌活主要含有挥发油、糖类、香豆素等成分。通过整合平台中的相似性分析再结合DrugBank数据库,设置相似性≥0.8，分别对防风、羌活药的化学成分进行评价与筛选，并进行基因功能分析，见表2.2；进行代谢通路分析，见表2.3。候选靶标信息包括基因单核苷酸（GO: 0005216，GO:0005272，GO:0086006），细胞色素氧化酶、还原酶活性（GO:0016712，GO:0008395，GO:0016705，GO:0003707，GO:0020037，GO:0005506，GO:0070330），线粒体结构功能（GO:0015347，GO:0016758），A类受体基因簇（GO:0004890，GO:0022851，GO:0005237，GO:0005230，GO:1904315，GO:0005254）等。细胞色素氧化酶是一种末端复合物，经由电子传导，可通过阻断细胞色素氧化酶从而造成细胞的凋亡代谢、动脉粥样硬化及斑块破裂，同时，细胞色素氧化酶会影响神经细胞的功能代谢循环,容易造成ATP合成减少。有研究说明,损伤能导致细胞线粒体结构出现病变,并引起细胞色素氧化酶活性降低,导致其氧化能力低下，减少ATP产量,使细胞的能量代谢功能产生阻碍,从而引起细胞受损，严重甚至引起死亡[23]。线粒体为ATP合成的主要场地,其能量合成障碍为器官功能障碍的重要机能,其中包含了三羧酸循环基本酶类、呼吸链酶系等酶类。这些酶不仅参与ATP合成，还能调节钙离子与活性氧，维持细胞的稳定，当脑卒中发作时，线粒体所保持的动态平衡被打破，与其有关联的信号通路被激活，最终诱导神经细胞损伤[24]。见表2.3，防风羌活药对共检索到72条代谢通路，关键靶标有19个，代谢通路包括有外源性机制、激活GABA受体、核受体转录、有机阴离子的运输、胆汁酸和盐的内循环、氧化磷酸化、PPAR信号通路、甘油三酯分解代谢等。羌活醇提取物能起到保护肝脏的作用，其作用机制可能与HIRI（肝缺血再灌注损伤）模拟体肝内GSHPx活力提升，抗氧自由基（AO）的功能及脂质过氧化损伤的抑制有关联[25]，即针对HIRI的病症发挥活血散瘀等功效。白山石防风地下部分中的主要成分—酰化香豆素类成分和乙炔化合物具有明显的保肝作用和血管扩张作用，对肝损害具有显著的抑制作用[26]。羌菖注射液能够清除超氧化阴离子自由基、减轻脂质过氧化的损伤、对细胞具有保护作用，说明羌活、石菖蒲可通过提高机体抗氧化能力,减轻应激损伤,升高ATP酶的活性,保护缺血再灌注过程中的脑细胞，抑制炎症反应,并调节NMDA受体的表达,利用其拮抗作用来抑制兴奋性神经元,这个过程可能会对突触损伤和认知功能起到抑制和帮助作用，减少细胞凋亡，对脑缺血再灌注损伤起保护作用[27]。有研究表明，羌活挥发油能治疗脑垂体后叶素导致的急性心肌缺血，可能是因为羌活挥发油能够扩张冠脉，提高冠脉血流量。防风羌活药对配伍对于脑卒中可以起到一定的改善作用，并能够减少血小板的聚集和附着,抑制血栓形成,扩张血管，增加血流量等。现代药理方面的研究也提到过很多中草药都有治疗或改善肝损伤疾病的功效，不管是单味的药材还是复方制剂都可以从对线粒体功能的调节、对肝细胞膜的防护和促进作用、抗脂质过氧化、提高免疫功能等机制来起到对器官的保护作用[28]。
目 录
1 绪论 1
2 网络药理学 2
2.1 材料与方法 2
2.1.1 防风羌活用药规律分析 2
2.1.2 防风羌活药的化学活性成分及潜在靶标预测 2
2.1.3 网络构建分析 2
2.1.4 基因功能及代谢通路分析 2
2.2结果 2
2.2.1防风羌活药对的用药规律分析 2< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 2.2.2 防风羌活化学成分及候选靶标分析 3
2.2.3 防风羌活药对治疗脑卒中的核心靶标网络分析 6
2.2.4 GO功能富集分析和KEGG通路分析 7
2.2.5防风羌活药对治疗脑卒中的“成分靶标通路”分析 8
2.3 讨论 9
结论 11
参考文献 12
致 谢 16
1 绪论
脑卒中又称为“中风”，是一种以出血性损伤为主的急性脑血管疾病，多发于肥胖、冠心病、高血压、糖尿病、高胆固醇症等基础疾病中老年人的脑血管疾病,包括脑血栓、腔隙性梗死、脑栓塞等不同类型的疾病[1]，病死概率极高，属于全球范围的致死性病症之一[2]。曾有依据表明，患有脑卒中疾病的病人超过十分之三在疾病初期会出现病情恶化现象且难以恢复，严重影响了人们的日常生活和行动[3]。
防风，又称屏风、风肉，味甘，性微温，归于脾经、肝、膀胱，主要含有色原酮类、香豆素类、挥发油类、多糖类等成分，具有解热、镇痛作用[45]，能够降低毛细血管通透性从而抑制炎症的发生、抑制凝血因子和血小板聚集[69]。防风发挥其祛风解表的功效,用于治疗皮肤疾病、肺系疾病、内分泌系统疾病；取其胜湿止痛、止痉功效用于治疗神经疾病、妇科疾病、痹症等。羌活又称羌青、羌滑，性温,味辛、苦，主要含有挥发油类、香豆素类、有机酸类、糖类等成分，具有镇痛、抗炎作用，能抗血栓形成和抗凝血[10]、抗休克、抗心律失常、缓解心肌缺血等。防风和羌活皆喜清凉温爽，防风以治风为主，羌活则善治湿[11]，均有发散寒凉、祛除湿气的功效。在《张简斋医案》中就常将两味药材配伍用于调经助孕、调肝理脾、治疗痢疾、全身浮肿、头晕乏力等病症[12]。脑卒中疾病的发生主要由于患者本身气血失调，风、火、痰、瘀引发脑部突然出血，损害大脑中重要器官，出现此症状需立即就医。中医诊治当以祛邪为主，恢复期虚实兼收，临床上常将活血化瘀药作为主要治疗药物。
网络药理学以系统的生物学理论为基础，由一个固定信号节点（Nodes）作为设计的对象。研究模式由单独的药物、靶点演变为现在的“药物靶点基因疾病”, 与中药方剂中的“多组分、多靶点、多途径”的协同合作关系相得益彰[1314]，因此，针对多基因、多疾病相关的“分子群”寻找组合式药物靶标将成为药物研究和开发的新型发展方向。本研究课题是以“防风羌活”药为研究对象,按照“成分—靶标—途径—活性”关联进行预测，从而对其治疗中风病的活性成分、分子机制等做出初步分析，为以后的深入研究奠定了坚实的基础。 2 网络药理学
2.1 材料与方法
2.1.1 防风羌活用药规律分析
通过剂数据库检索同时含防风、羌活的剂型，通过频次统计，从临床方面探讨防风羌活药对病症使用的分类。
2.1.2 防风羌活药的化学活性成分及潜在靶标预测
2.1.3 网络构建分析
平台镶嵌了许多蛋白质蛋白质相互作用结构域，基于数据库进行防风羌活药对和疾病的靶标网构图和视觉性报告。建立“药物疾病候选”靶标的联系，挖掘“药物疾病”的药理机制，建立“活性成分潜在靶点”系统[1920]，分析药对治疗脑卒中的作用机制。
2.1.4 基因功能及代谢通路分析
通过整合平台进行基因功能（http://www.geneontology.org）及代谢通路分析（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,http://www.genome,jp/kegg/），从而探讨防风羌活药治疗中风的潜在作用靶点在信号通路中的作用。
2.2结果
2.2.1防风羌活药对的用药规律分析
采用中药成方制剂数据库输入任务检索出64种含有防风、羌活的方剂，经过统计得出用药类型中使用频次较高(>3)有5种（表2.1）。经研究发现防风羌活药对主要用在心脑血管疾病领域。通过此次用药规律统计得出防风羌活药对已参与临床使用，目前的初步探索是为以后的深入研究奠定坚实基础。
表2.1 含防风羌活药治疗疾病统计结果
疾病名
频次
脑血管疾病
15
心血管疾病
13
高血压
8
关节炎
5
风湿
4
2.2.2 防风羌活化学成分及候选靶标分析
通过数据库和TCMSP整合平台(http://lsp.nwu.edu.cn),检索出防风羌活药的有效化学成分[2122]，从而得到防风药化学成分36个，候选靶标338个；羌活药化学成分105个，候选靶标1255个。其中防风中主要含有色原酮类、香豆素类、多糖等化学成分，羌活主要含有挥发油、糖类、香豆素等成分。通过整合平台中的相似性分析再结合DrugBank数据库,设置相似性≥0.8，分别对防风、羌活药的化学成分进行评价与筛选，并进行基因功能分析，见表2.2；进行代谢通路分析，见表2.3。候选靶标信息包括基因单核苷酸（GO: 0005216，GO:0005272，GO:0086006），细胞色素氧化酶、还原酶活性（GO:0016712，GO:0008395，GO:0016705，GO:0003707，GO:0020037，GO:0005506，GO:0070330），线粒体结构功能（GO:0015347，GO:0016758），A类受体基因簇（GO:0004890，GO:0022851，GO:0005237，GO:0005230，GO:1904315，GO:0005254）等。细胞色素氧化酶是一种末端复合物，经由电子传导，可通过阻断细胞色素氧化酶从而造成细胞的凋亡代谢、动脉粥样硬化及斑块破裂，同时，细胞色素氧化酶会影响神经细胞的功能代谢循环,容易造成ATP合成减少。有研究说明,损伤能导致细胞线粒体结构出现病变,并引起细胞色素氧化酶活性降低,导致其氧化能力低下，减少ATP产量,使细胞的能量代谢功能产生阻碍,从而引起细胞受损，严重甚至引起死亡[23]。线粒体为ATP合成的主要场地,其能量合成障碍为器官功能障碍的重要机能,其中包含了三羧酸循环基本酶类、呼吸链酶系等酶类。这些酶不仅参与ATP合成，还能调节钙离子与活性氧，维持细胞的稳定，当脑卒中发作时，线粒体所保持的动态平衡被打破，与其有关联的信号通路被激活，最终诱导神经细胞损伤[24]。见表2.3，防风羌活药对共检索到72条代谢通路，关键靶标有19个，代谢通路包括有外源性机制、激活GABA受体、核受体转录、有机阴离子的运输、胆汁酸和盐的内循环、氧化磷酸化、PPAR信号通路、甘油三酯分解代谢等。羌活醇提取物能起到保护肝脏的作用，其作用机制可能与HIRI（肝缺血再灌注损伤）模拟体肝内GSHPx活力提升，抗氧自由基（AO）的功能及脂质过氧化损伤的抑制有关联[25]，即针对HIRI的病症发挥活血散瘀等功效。白山石防风地下部分中的主要成分—酰化香豆素类成分和乙炔化合物具有明显的保肝作用和血管扩张作用，对肝损害具有显著的抑制作用[26]。羌菖注射液能够清除超氧化阴离子自由基、减轻脂质过氧化的损伤、对细胞具有保护作用，说明羌活、石菖蒲可通过提高机体抗氧化能力,减轻应激损伤,升高ATP酶的活性,保护缺血再灌注过程中的脑细胞，抑制炎症反应,并调节NMDA受体的表达,利用其拮抗作用来抑制兴奋性神经元,这个过程可能会对突触损伤和认知功能起到抑制和帮助作用，减少细胞凋亡，对脑缺血再灌注损伤起保护作用[27]。有研究表明，羌活挥发油能治疗脑垂体后叶素导致的急性心肌缺血，可能是因为羌活挥发油能够扩张冠脉，提高冠脉血流量。防风羌活药对配伍对于脑卒中可以起到一定的改善作用，并能够减少血小板的聚集和附着,抑制血栓形成,扩张血管，增加血流量等。现代药理方面的研究也提到过很多中草药都有治疗或改善肝损伤疾病的功效，不管是单味的药材还是复方制剂都可以从对线粒体功能的调节、对肝细胞膜的防护和促进作用、抗脂质过氧化、提高免疫功能等机制来起到对器官的保护作用[28]。
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