基于网络药理学探讨蝉翼藤治疗Ⅱ型糖尿病的潜在机制

黄萍 左莹莹 黄丽华 吴秀英 沈洁 磨一锋 梁艳青 周二妹 李丽 李勇文

桂林医学院 广西 桂林 541199

摘要：通过网络药理学的方法探讨蝉翼藤治疗二型糖尿病（T2DM）的潜在机制。从文献中获取蝉翼藤中有效的单体成分。用Targetswiss数据库预测该单体成分的作用靶点。用Genecards、CTD、Drugbank数据库对T2DM的靶点进行预测，接着对二者用Jvenn在线工具绘制韦恩图，得到交集的81个靶点。在String数据库对得到的81个交集的靶点构建蛋白-蛋白（PPI）网络，使用Cytoscape3.8.2软件进行可视化分析。使用Metascape数据库和微生信对交集的81个共同靶点进行GO/KEGG富集分析，使用cytoscape3.8.2软件的插件ClueGO对富集分析的结果进行可视化。GO富集分析与KEGG富集分析分别得到118个可能与T2DM作用机制有关的富集项以及69个可能是T2DM通路的富集项。通过网络药理学分析结构显示，蝉翼藤治疗T2DM可能是通过ESR1、PTGS2、CYP2C19 、COMT、SREBF1、CYP19A1等关键靶点发挥作用。从而促进胰岛素的分泌实现降血糖的作用。

关键词：蝉翼藤；T2DM；网络药理学；

近些年，随着人们生活水平的提升以及饮食结构的改变，T2DM发病率展现出不断升高的发展趋势。T2DM是内分泌科比较常见的一种代谢性疾病，典型症状为多尿、多饮、多食以及体重下降。导致T2DM的病因主要有遗传因素、环境因素、年龄因素、种族因素及生活方式。主要诱因包括肥胖、体力活动过少和应激。T2DM表现为持续高血糖、长期代谢紊乱等引起全身器官出现功能障碍和衰竭，严重者引发电解质紊乱等。临床治疗旨在减轻胰岛素抵抗，改善患者血脂新陈代谢水平，从而达到增强患者身体素质的效果^[1]。2017年有4.25亿糖尿病患者，预计这一数字在2045年将增加到6.29亿。糖尿病在我国已经成为继心血管疾病和癌症之后的第三大致死病。超过90%的糖尿病患者患有T2DM。胰岛素抵抗和β细胞功能障碍均与T2DM的发展有关。胰岛β细胞功能缺陷和胰岛素抵抗是T2DM发生的病因。当体内血糖水平高时，胰岛β细胞会分泌胰岛素来降低血糖，若β细胞功能出现障碍，胰岛素分泌不足，无法有效降糖，血糖水平就会升高；有些患者胰岛素分泌正常但机体对胰岛素不敏感，无法有效利用胰岛素，称之为胰岛素抵抗。常见的口服降糖药有磺脲类促泌剂格列吡嗪、二甲双胍类盐酸二甲双胍、α-糖苷酶抑制剂伏格列波糖、胰岛素增敏剂吡格列酮等。主要通过刺激胰岛素分泌、增加细胞对胰岛素的应用、在肝脏抑制胰岛素的产生、促进周围组织细胞对葡萄糖的利用并抑制肝糖原异生。由于糖尿病与微血管和大血管等并发症有关，增加医疗成本，需要尽快用最佳的策略来对付这种流行病；再者，虽然目前已经研制出一些治疗T2DM的药物，但是这些药物在治疗T2DM方面非常有限，因此，本文主要研究蝉翼藤治疗T2DM潜在靶点，希望能为T2DM提供一些新思路和策略。

蝉翼藤(SecuridacainappendiculataHassk)为远志科(Polygalaceae)远志族蝉翼藤属植物，本属植物是一类主产于热带美洲，少数产自亚洲热带地区的攀援灌木。蝉翼藤根茎味辛、甘、苦，性微寒，有活血化瘀、消肿止痛和清热利尿的功效。民间用于跌打损伤、风湿骨痛、腰肌劳损、急慢性肠胃炎、产后恶露不净等^[2]。广西玉林正骨水即采用此药作为主药之一，被2010年版中国药典收载。迄今为止，从蝉翼藤属植物中已确证的化学成分主要有黄酮与酮、生物碱、皂苷和有机酸及其衍生物等4类^[3]从蝉翼藤中分离得到27个化合物，其中20个为酮类化合物，鉴定为1，7－二羟基𠮿酮（１）、1,3,8－三羟基－2－甲氧基𠮿酮（２）、1，7－二羟基－3，4－二甲基氧基𠮿酮（３）、1,3,8－三羟基－4－甲氧基𠮿酮（４）、7－羟基－1,2－二甲氧基𠮿酮（５）、1,3,6－三羟基－2,7－二甲氧𠮿酮（６）、1,4,8－三羟基𠮿酮（７）、1,7－二羟基－3－甲氧基𠮿酮（８）、1,6－二羟基－7－甲氧基𠮿酮（９）、1,8－二羟基－3,4－二甲氧基𠮿酮（１０）等^[4]。

1材料与方法

1.1蝉翼藤药效成分及其靶点

从文献中查找关于蝉翼藤的有效成分，在化源网（https://www.chemsrc.com/）和chenmical book（https://www.chemicalbook.com/ProductIndex.aspx）这两个数据库中找到有效成分的化学名称对应的CAS号，然后去pubchem（https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）数据库^[5]找到化学成分对应的化学结构，再到swissADME（

http://www.swissadme.ch/index.php）数据库预测该化合物的药代动力学、药物化学等参数是否合格，筛选出胃肠吸收高和其他比较好的化学成分，最后到Swisstargetprediction（http://old.swisstargetprediction.ch/）数据库预测化合物分子的靶点。

1.2二型糖尿病靶点预测

在Genecards数据库（http://www.genecards.org/），CTD数据库（http://ctdbase.org/）drugbank数据库（https://go.drugbank.com/）中输入T2DM，胰岛素抵抗作为关键词搜索，将三个数据库的靶点在jvenn取并集，获得的共同靶点作为T2DM的作用靶点^[6]~[8]。

1.3甲基阿魏酸成分靶点-T2DM靶点的交集

将1.1得到的蝉翼藤治疗T2DM关键成分甲基阿魏酸靶点和1.2得到T2DM的靶点复制粘贴到jvenn（http://jvenn.toulouse.inra.fr/app/example.html）在线网络，绘制韦恩图，二者交叠的部分即为蝉翼藤药效成分直接作用于T2DM的靶点。

1.4蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络的构建

将1.3得到的交集的靶点复制粘贴到String（https://www.string-db.org/）在线分析网站,得到PPI网络功能富集分析，以TSV格式下载后导入cytoscape3.8.2软件进行可视化分析，得到蝉翼藤药效成分治疗T2DM的PPI网络。

1.5 GO/KEGG富集分析

将1.3得到的交集靶点输入metascape（https://metascape.org/gp/index.）数据库，进行GO分子功能和KEGG信号通路富集分析，得到蝉翼藤药效成分治疗T2DM生物过程、细胞组分、分子功能及主要通路等有关的富集项,下载分析结果，使用cytoscape3.8.2软件进行可视化分析。

1.6“成分-靶点-通路-疾病”网络的构建

将蝉翼藤化合物、交集的靶点、KEGG富集分析得到的通路、疾病名称-二型糖尿病导入cytoscape3.8.2软件，绘制“成分-靶点-通路-疾病”网络。

2结果

2.1 有效成分及靶点

通过从文献中查找关于蝉翼藤的有效成分，SwissTargetPrediction预测的化合物作用的靶点有93个。

2.2二型糖尿病的靶点

在Genecards数据库、CTD数据库、Drugbank数据库获得的靶点取并集后，一共得到29809个靶点。

2.3 蝉翼藤化合物-T2DM靶点的交集

利用搜索的到得到93个T2DM的靶点和蝉翼藤化合物的靶点在jvenn在线网站做韦恩图，得到蝉翼藤化合物治疗T2DM的潜在靶点81个。

2.4 蛋白-蛋白互作网络（PPI）的构建

利用String网站对81个交集基因进行分析，通过cytoscape3.8.2软件进行可视化分析。基因圆的大小代表（P Value）显著性的大小，圆越大显著性越大，两个靶点间线条的粗细表示相互作用得分，线越粗则代表相互作用得分越高，说明这两个节点的相互作用证据多。

图一：蛋白质-蛋白质互作（PPI）网络

2.5 GO/KEGG富集分析

2.5.1 生物过程（BP）分析

使用cytoscape3.8.2软件的插件ClueGO对富集分析的结果进行可视化。在GO富集分析一共得到118个富集的结果，其中生物过程（BP）一共富集到63个结果，按照显著性大小排序可得（蝉翼藤）治疗T2DM与G蛋白偶联乙酰胆碱受体,、腺苷酸环化酶抑制G蛋白偶联乙酰胆碱、神经递质分解过程、omega-hydroxylase P450酶通路、脂氧合酶途径、hepoxilin代谢过程、omega-hydroxylase P450 通路-1等活性生物合成过程等生物过程密切相关。

2.5.2细胞组分（CC）分析

细胞组分（CC）分析一共富集到23个按照显著性排序可知（蝉翼藤)治疗T2DM与排序核内体、胰岛素受体复合体、染色体复合体、纺锤体极中心体等细胞组分密切相关。

2.5.3 分子功能（MF）分析

MF分析一共得到32个富集项，按照显著性从大到小排序可知(蝉翼藤）治疗T2DM与水解酶结合、碳酸盐脱水酶结合、氢过氧二十碳三酸酯脱水酶结合、G蛋白偶联神经递质受体活性酶结合、G蛋白偶联乙酰胆碱受体结合等分子功能密切相关。

2.5.4 KEGG通路富集分析

KEGG通路富集分析一共得到69个富集项，按照显著性从大到小排序得到前20个最具显著性的通路。结果显示雌激素信号通路是最具显著性的通路，可能是（蝉翼藤）治疗T2DM的重点通路。氮代谢、卵巢类固醇生成、花生四烯酸代谢、化学致癌、色氨酸代谢、胆碱能突触、胰岛素抵抗、Rap1信号通路等可能是较重要的通路。

2.6“成分-靶点-通路-疾病”网络

将 2.4 得到的交集靶点，导入 Cytoscape 3.8.2软件中建立 “（蝉翼藤）-交集靶点-通路-疾病”网络，网络由 87个节点组成 225 条边。最左边代表蝉翼藤，其次代表药物-疾病的交集靶点，再次表KEGG富集的通路，最右边代表疾病，展示成分靶点-通路-疾病之间的关系。

图二：“成分-靶点-通路-疾病”网络

3. 结论

本研究采用网络药理学方法，阐明蝉翼藤对T2DM的作用机制和分子靶点。蝉翼藤中𠮿酮类和有机酸的可调控与T2DM相关的大部分靶点。通过PPI网络筛选发现，通过蛋白互作获得的6个关键基因(ESR1、PTGS2、CYP2C19 、COMT、SREBF1、CYP19A1)可能为糖尿病的治疗提供新的思路。蝉翼藤可能通过调节G蛋白偶联乙酰胆碱受体,、腺苷酸环化酶抑制G蛋白偶联乙酰胆碱、神经递质分解过程、omega-hydroxylase P450酶通路、脂氧合酶途径、hepoxilin代谢过程、omega-hydroxylase P450 通路-1等活性生物合成过程来调节降糖功能。以上功能主要通过氮代谢、卵巢类固醇生成、花生四烯酸代谢、化学致癌、色氨酸代谢、胆碱能突触、胰岛素抵抗、Rap1信号通路实现。常见靶点中的ESR1、PTGS2、CYP2C19 、COMT、SREBF1和CYP19A1是蝉翼藤抗T2DM活性成分的关键靶点。虽然我们已经尝试通过网络药理学研究蝉翼藤在T2DM治疗中的作用，但还需要进一步的体内和体外实验来验证这些观点。

3.参考文献

[1]王庆霞.2型糖尿病的临床治疗进展[J].中国城乡企业卫生,2021,36(09):64-66.

[2] 江苏植物研究所,中国医学科学院药物研究所,中国科学院昆明植物所.新华本草纲要.第一册.上海:上海科学技术出版社,1988.292.

[3]查海燕. 蝉翼藤根中的皂苷类成分研究[D].天津大学,2015.

[4]王起文. 蝉翼藤化学成分及其抗多药耐药肿瘤活性研究[D].南京中医药大学,2017.

[5]Ashburner M, et al. Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium. Nat. Genet. 2000;25:25–29.

[6]Philippe Bardou, Jérôme Mariette, Frédéric Escudié, Christophe Djemiel and Christophe Klopp. jvenn: an interactive Venn diagram viewer. BMC Bioinformatics 2014, 15:293 doi:10.1186/1471-2105-15-293

[7]Davis AP, Grondin CJ, Johnson RJ, Sciaky D, Wiegers J, Wiegers TC, Mattingly CJ The Comparative Toxicogenomics Database: update 2021. Nucleic Acids Res. 2020 Oct 17.

[8]Stelzer G, Rosen R, Plaschkes I, Zimmerman S, Twik M, Fishilevich S, Iny Stein T, Nudel R, Lieder I, Mazor Y, Kaplan S, Dahary D, Warshawsky D , Guan - Golan Y, Kohn A, Rappaport N, Safran M, and Lancet D. The GeneCards Suite: From Gene Data Mining to Disease Genome Sequence Analysis , Current Protocols in Bioinformatics (2016), 54:1.30.1 - 1.30.33 .doi: 10.1002 / cpbi.5

大学生创新训练项目，项目号：30301021023；202110601018；202110601020；202110601019