网络药理学揭示槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染的作用机制

网络药理学揭示槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染的作用机制

上呼吸道感染是常见的呼吸系统疾病，主要由病毒引起，治疗上以抗病毒为主。中药在上呼吸道感染的治疗上具有较大优势，研究表明，350种传统药用植物中有63种具有抗病毒作用。槟榔-草果-厚朴，《温疫论》中载其有“除伏邪，破戾气”的作用，其组方达原饮在现代急性突发传染病的治疗中应用广泛。基于此，研究者通过网络药理学对槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染的作用机制做初步研究。

研究方法

1. 槟榔-草果-厚朴活性及作用靶点的获取

• 从TCMSP、BATMAN-TCM和Swiss Target Prediction数据库中筛选槟榔-草果-厚朴中较高活性的成分及作用靶点。

2. 上呼吸道感染相关靶点的获取

• 从Gene Cards数据库以“Upper respiratory tract infection”为关键词进行检索。

3. 共同靶点的获取及PPI网络的构建

• 将药物靶点与疾病靶点上传Venny2.1.0平台，获得共同靶点及韦恩图。
• 在STRING11.0数据库构建蛋白相互作用网络。

4. PPI网络的拓扑分析与核心靶点获取

• 利用Cytoscape3.7.1中内置插件CytoHubba进行核心靶点拓扑分析。

5. GO及KEGG通路富集分析

• 将共同靶点上传Metascape数据库进行功能和通路富集分析。

6. 分子对接验证

• 进入RCSB PDB数据库下载核心作用靶点蛋白的PDB格式文件。
• 进入Pub Chem数据库获取药物的核心活性成分的SDF格式文件。
• 进入CB-Dock数据库进行分子对接，并将得到的数据导入微生信平台进行可视化处理。

研究结果

1. 槟榔-草果-厚朴活性成分及靶点

• 获得活性成分16个，作用靶点216个。

2. 上呼吸道感染相关靶点

• 从Genecards数据库得到7515个上呼吸道感染相关靶点。

3. 槟榔-草果-厚朴-上呼吸道感染靶点PPI网络

• 得到韦恩图（见图1）、槟榔-草果-厚朴成分-上呼吸道感染共同靶点190个和槟榔-草果-厚朴成分-上呼吸道感染靶点PPI网络（见图2）。

图1. 槟榔-草果-厚朴-上呼吸道感染靶点韦恩图

图2. 槟榔-草果-厚朴-上呼吸道感染靶点PPI网络

4. 槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染的核心靶点

• 筛选出TNF、IL-6、MMP-9、CASP3、STAT3、AKT1、TGFB1、HIF-1α、IL-1β和PTGS2等10个核心靶点。

5. GO和KEGG富集分析结果

• 通过Metascape数据库的GO富集分析，得到槟榔-草果-厚朴190个作用靶点的GO富集分析结果120条。
• KEGG富集分析结果40条，涉及PI3K-AKT、松弛素、NF-κB、cAMP、FoxO等信号通路。

6. 槟榔-草果-厚朴-活性成分-上呼吸道感染靶点网络

• 构建出槟榔-草果-厚朴-活性成分-上呼吸道感染靶点网络，该网络图中共有187个节点和34,782条连线。
• 按Degree值进行降序排列，取排名前10的活性成分作为主要活性成分，包括Quercetin、Procyanidin B1、Daucosterol_qt、Eucalyptol、Neohesperidin等。

7. 分子对接验证结果

• 通过CB-Dock数据库得到分子对接结果，表明槟榔-草果-厚朴的主要活性成分与治疗上呼吸道感染的核心靶点具有结合性，且大部分结合性强烈。

讨论

1. 槟榔-草果-厚朴中主要活性成分的作用机制

• Quercetin对呼吸道合胞病毒、甲型流感病毒等有抑制作用，可通过下调AKT1的表达抑制PI3K-AKT信号通路。
• Procyanidin B1能拮抗IL-6抑制IL-1β等细胞因子产生，可能通过抑制NF-κB信号通路发挥抗炎作用。
• Daucosterol_qt可抑制IL-6和IL-1β的表达。
• Eucalyptol对呼吸系统炎性疾病具有抗炎、抗氧化的作用，可抑制LTB2、PGE2、IL-1β、IL-6、TNF-α和TGFB1的产生。
• Neohesperidin对革兰阳性菌的抗菌作用高于革兰阴性菌，能有效抑制细菌生长，还能提升免疫力。

2. 槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染通路的作用机制

• PI3K-AKT信号通路可被激活，并通过B细胞和T细胞受体的免疫应答调节机体免疫。
• 松弛素信号通路可增加MMP-2和MMP-9的表达，而MMP-9是诱导炎症因子分泌的关键因子。
• NF-κB信号通路在调节对感染的免疫应答中起关键作用，激活后的NF-κB可调控许多因子的转录。
• cAMP信号通路的升高可调节炎症反应，抑制细胞吞噬、吞噬体酸化、溶酶体酶释放等。
• FoxO信号通路通过调节基因表达参与细胞的生理事件，包括凋亡、细胞周期控制、葡萄糖代谢、氧化应激抵抗等。

3. 槟榔-草果-厚朴中主要活性成分的分子对接验证

• 分子对接结果表明，槟榔-草果-厚朴中主要活性成分通过TNF、MMP9、STAT3、AKT1、TGFB1、PTGS2等核心靶点发挥治疗作用。

总结

综上所述，槟榔-草果-厚朴治疗上呼吸道感染的潜在作用机制涉及抗病毒、抗炎和增强免疫力三方面，主要是以Quercetin、Procyanidin B1、Daucosterol_qt、Eucalyptol、Neohesperidin等活性成分，通过TNF、MMP9、STAT3、AKT1、TGFB1、PTGS2等核心靶点和PI3K-AKT、松弛素、NF-κB、cAMP、FoxO等信号通路，抑制呼吸道病毒如呼吸道合胞病毒、流感病毒、鼻病毒、腺病毒等和呼吸道细菌如溶血性链球菌等，下调炎症因子如TNF-α、IL-1β、IL-6等的表达，增强自然杀伤细胞的细胞毒性和吞噬单核细胞比例，提高CD4+和CD8+细胞数等，从而缓解鼻和咽喉部症状，达到治疗上呼吸道感染的作用。

由于本研究仅限于网络药理学层面，部分预测内容目前缺乏相应的研究，所以具体的调控机制、关键作用靶点还需通过谱效关系研究、动物或细胞实验等进行验证。