基于网络药理学分析中药半夏的药理作用分子机制
(信阳农林学院生物与制药工程学院，河南信阳 464000)
摘要
基于网络药理学方法探讨中药半夏主要活性成分的药理活性，预测和分析其潜在的分子作用机制。首先使用TCMSP数据库筛选半夏的有效活性成分及作用靶点，并用Uniprot数据库将作用于人源靶点转成相应的基因名，而后运用STRING平台结合Cytoscape软件构建蛋白互作网络，再利用DAVID数据库进行GO生物学过程分析和KEGG信号通路富集分析，最后构建主要活性成分-靶点-通路可视化网络图。结果表明，半夏有12种主要有效成分作用于169个人源靶点，其中半夏的主要活性成分为黄芩素、β-谷甾醇、豆甾醇、松柏苷等。他们主要通过调控核心基因AKT1、FOS、JUN、TP53、VEGFA、MMP9、ESR1、CASP3、HSP90AA1、AR、PTGS2、RELA、PPARG、CYCS 和PGR及关键基因PIK3CG、PRKACA、BCL2、ADRA1A，ADRA1B和ADRB2等靶点，经钙信号、激酶信号等途径，在治疗癌症、神经性疾病、内分泌代谢性疾病等方面发挥较强的作用。研究揭示了中药半夏具有多成分、多靶点、多途径的药理作用特点，将为进一步对其药理药效作用机制的研究奠定了基础。
引言
近年来，随着系统生物学的发展，基于“药物-靶点-疾病”相互作用的网络分析方法，已成为挖掘潜在的药物作用机制的重要手段[5]，同时该方法也为中医药的现代化研究提供了新的指导思路。本研究预测、分析中药半夏的主要活性成分及相应靶点所参与的信号通路，构建主要活性成分-靶点-通路的可视化网络，为半夏广泛药理作用的进一步深入研究提供参考。
正文部分
1 实验部分
1.1 半夏主要活性成分及潜在作用靶点的获得
在 TCMSP数据库（https://tcmspw.com/tcmsp.php）中，输入关键词“半夏”，利用评价中药药物临床应用的两个重要指标口服生物利用度（OB）≥30%[6]和类药性（DL）≥0.18[7]作为筛选条件，获取半夏潜在的生物活性成分。
1.2 蛋白互作网络的构建和hub基因的鉴定
将收集的潜在靶点基因导入STRING[8]平台（https://string-db.org/），物种选择人，设置蛋白相互关系的评价指标为中等可信度≥0.4，删除游离蛋白，构建蛋白互作网络。
1.3 GO 和KEGG富集分析
利用DAVID平台（https://david.ncifcrf.gov/）进行GO（Gene Ontology）生物学过程（Biological process, BP）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）信号通路富集分析。
1.4 成分-靶标-通路网络构建
在通路富集分析的基础上，根据重要信号通路及其相应靶点和半夏主要活性成分，构建“成分-靶标-通路”网络关系图。使用Cytoscape 软件对网络进行可视化。
2 结果与讨论
2.1 半夏主要活性化合物及潜在作用靶点
从 TCMSP 数据库中共检索到半夏化学成分116 种，使用OB≥30%和 DL≥0.18条件获得13种活性化合物（见表1）。
2.2蛋白互作网络
通过STRING平台预测分析，蛋白互作网络中有92个节点和668条边。如图 1所示，互作网络中，度值(Degree)排在前15的hub基因分别为AKT1、FOS、JUN、TP53、VEGFA、MMP9、ESR1、CASP3、HSP90AA1、AR、PTGS2、RELA、PPARG、CYCS 和PGR。
2.3 GOBP和KEGG分析
GO功能分析是从系统的角度反映半夏活性成分的多重药效作用机制。对半夏主要化学成分作用靶点基因进行了BP富集，共获得95条信息，其中P<0.01，且Count≥5的有9条（见图2），包括腺苷酸环化酶抑制G蛋白偶联乙酰胆碱受体信号传导通路、磷脂酶C激活G蛋白偶联乙酰胆碱受体、突触传导、正调控蛋白激酶B信号通路、丝氨酸残基磷酸化、正调控RNA聚合酶II启动子的转录等生物学过程。
2.4 成分-靶标-通路网络
将半夏12种主要化学成分、筛选的显著性 P<0.01，且Count≥10的20条信号通路及其相关的靶点基因构建网络。如图4所示，绿色菱形表示重要的通路，蓝色菱形表示潜在靶点基因，浅绿圆形表示化合物。
2.5 讨论
作为中国传统的中药材，半夏已有2000多年的药用历史，是许多中药复方的成分之一，在治疗癌症，祛痰镇咳等方面广泛使用。
3 结论
结论
本文应用网络药理学研究方法，初步构建了中药半夏的主要活性成分-靶点-信号通路的关系网络，预测和分析了半夏12种活性成分中黄芩素、β-谷甾醇、豆甾醇、松柏苷治疗疾病的主要分子作用机制。预测的蛋白互作网络的15个hub基因中，黄芩素含有11个，分别为AKT1、FOS、TP53、VEGFA、MMP9、CASP3、HSP90AA1、AR、PTGS2、RELA、CYCS，表明黄芩素在治疗疾病中起着重要作用。其次β-谷甾醇包括的hub基因有JUN、CASP3、PTGS2、HSP90AA1和PGR；松柏苷有hub基因ESR1、AR、PTGS2、PPARG；豆甾醇有PTGS2、PGR。本研究也表明，除通过作用于相关hub基因外，β-谷甾醇也可能通过BCL2、CASP9和PIK3CG关键靶点，依赖调节细胞周期的PI3K-AKT信号路径，在治疗直肠癌、小细胞肺癌等肿瘤中发挥作用；黄芩素可能通过PIK3CG、BCL2、AKT1和TP53关键靶点，发挥抗肿瘤作用。β-谷甾醇和豆甾醇可能通过ADRA1A，ADRA1B和ADRB2关键靶点在心肌细胞的肾上腺素信号转导和钙信号通路中发挥作用。
引用本文：乔新荣, 蔡静,陈琼. 基于网络药理学分析中药半夏的药理作用分子机制[J].化学试剂, 2021, 43(6):783-789.
