DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25051915
中图分类号:R256.3;|R574.4;|R285.5
方欣悦1,2, 潘恺璇2,3, 李潇杰1, 陈迎2,4, 黄海阳4, 洪思晋5, 侯少贞2
| 【作者机构】 | 1广州中医药大学第一临床医学院; 2广州中医药大学中药学院; 3广州中医药大学第四临床医学院; 4广州中医药大学东莞医院; 5广州中医药大学科技创新中心 |
| 【分 类 号】 | R256.3;R574.4;R285.5 |
| 【基 金】 | 国家自然科学基金资助项目(82274381) 广东省科技创新战略专项资金(“攀登计划”专项资金)项目(pdjh2023 b0124) 广东省高校科研平台和项目重点领域项目(2022 ZDZX2011)。 |
腹泻型肠易激综合征(diarrhea-predominant irritable bowel syndrome,IBS-D)是一种典型的慢性功能性肠道疾病,以反复发作的腹痛、腹胀和腹泻为主要临床表现,且这些症状常常与情绪波动密切相关[1]。目前,IBS-D的主要治疗手段包括止泻剂、解痉剂,现有的药物治疗策略往往无法阻止疾病的复发。根据IBS-D的主要临床表现,中医大多将其归属于“泄泻”“腹痛”的范畴,目前认为肝郁脾虚是最为常见和重要的因素之一[2-3]。聚类分析临床实践中治疗IBS-D组方用药规律发现,白术、枳实使用频率较高,对IBS-D有良好的治疗效果[4]。故推测枳术散可作为治疗IBS-D的通用方,但其具体的药效机制仍需深入的科学研究与明确阐释。
图1 IBS-D潜在治疗关键靶点
IBS-D:腹泻型肠易激综合征。
网络药理学作为现代药物研究的一种新兴方法,为中医药作用机制的探索提供新视角,但其预测结果往往需要在实际环境中进一步验证和确认[5]。因此,本研究聚焦于经典名方枳术散,旨在通过综合运用网络药理学、分子对接技术及动物实验等研究方法,深入探究枳术散治疗IBS-D的具体作用途径和治疗效果。
检索TCMSP数据库(http://tcmspw com/index php)获取枳术散中枳实、白术的主要活性成分,以类药性≥0.18、口服利用度≥30%为筛选条件,确保所获取的核心活性成分具有实际的药理作用及良好的口服吸收效果[6]。在Uniprot数据库(https://www.uniprot.org/)中获取活性成分具体的作用靶点,并集去重后,获得枳术散活性成分的预测靶点集。
使用GeneGards数据库(https://www.genecards.org/)、OMIM数据库(https://omim.org/)、TTD数据库(http://db.idrblab.net/ttd/)筛选疾病的关联靶点,以“Diarrheapredominant irritable bowel syndrome”为关键词进行检索,其中GeneGards数据库仅保留评分>9.13的靶点,以确保所选靶点的高关联性。汇总靶点并剔除冗余,获得最终的疾病靶点集合。
枳术散活性成分与IBS-D的共同靶点由Venny 2.1韦恩图绘制工具(https://bioinf ogp.cnb.csic.es/tools/venny/)筛选获得,构建药物-疾病交集靶点韦恩图,交集即为预测药物治疗作用靶点。
利用Cytoscape 3.9.1软件构建枳术散调节IBS-D肠动力紊乱的“药物-成分-靶点-疾病”网络,以Degree值排序获取核心作用成分。
将筛选出的“药物-疾病”交集靶点导入STRING数据库(https://string-db.org/),限制物种为人,构建PPI网络图[7]。在此过程中,设定蛋白质物种为“Homo sapiens”,并要求最低分数阈值为0.400,隐藏网络中断开节点,获得简洁清晰的PPI网络;最后利用Cytoscape 3.9.1软件内置的Networkanalysis模块对所得数据进行系统的网络拓扑分析,选取靶点度值和中心中介性两个核心指标作为考量标准,筛选出前20位的高可靠性关键靶点,并构建更为聚焦的子网络。
利用David数据库(https://david.ncifcrf.gov/home.jsp)进行GO功能富集分析及KEGG通路富集分析,以探究药物与疾病之间的潜在联系和调控机制,并对数据进行可视化处理。
选取核心组分及核心效用蛋白进行虚拟对接模拟。于PubChem数据库获取化学组分的3D结构式,PDB数据库获取靶点“PDB”格式结晶结构;使用Pymol进行结晶体去水和去除原始配体的预处理;AutoDock Tools 1.5.6软件构建对接所需的活性口袋模型;Autodock Vina算法执行对接模拟过程(Exhaustiveness=8,Boxsize=126,中心坐标视蛋白调整),并将结果可视化。
1.8.1 实验动物与药物 8周龄SPF级雄性KM小鼠40只,体质量为20~24 g,由广州中医药大学实验动物中心提供,实验动物使用许可证号:SYXK(粤)2024-0202,实验动物生产许可证号:SCXK(粤)2023-0059,实验动物合格证号:44827200014294。饲养条件:温度20~25 ℃,湿度(55±10)%,12 h/12 h光照黑暗循环;给予标准饲料喂养,灭菌自来水饮用,24 h自由摄取食物和饮水。本研究经广州中医药大学中药学院实验动物伦理委员会审核批准(ZYD-2024-153)。
枳实、白术购自广州至信药业股份有限公司;匹维溴铵片购自美国雅培公司(HJ20160396)。
1.8.2 主要试剂与仪器4%多聚甲醛溶液(广州化学试剂厂,批号:20160302-2);HE染液(北京雷根生物技术有限公司,货号:DH0100);放射免疫沉淀分析裂解缓冲液(货号:GK10023,美国GLPBIO公司);蛋白磷酸酶抑制剂(货号:CW2383,北京兰杰柯科技有限公司);苯磺酰氟(货号:ST507-10 ml,上海碧云天生物技术有限公司);二喹啉甲酸蛋白检测试剂盒(货号:GK10009-2500,美国GLPBIO公司);PI3K(货号:MA8024S,艾比玛特生物医药有限公司);p-PI3K(货号:ml228577,上海酶联科技有限公司);Akt(货号:PA1031S,艾比玛特生物医药有限公司);p-Akt(货号:MM-20286M2,江苏酶免实业有限公司);内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)(货号:AE60302HU,武汉圣洛捷生物技术有限公司);β-actin(货号:52901-1,美国SAB公司);辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(H+L)[货号:GP21810,艾博抗(上海)贸易有限公司]。
HM340E型半自动轮转石蜡切片机(美国Thermo Fisher Scientific公司);Gemini AS型自动染色机(美国Thermo Fisher Scientific公司);光学显微镜(日本Olympus公司);冷冻高速离心机(德国Eppendorf公司);电泳仪(美国Bio-Rad公司);显影仪(广州誉维生物科技仪器有限公司);1510全波长酶标仪(美国Thermo Fisher Scientific公司)。
1.8.3 肝郁脾虚型IBS-D小鼠模型制备与药物干预参照《医学统计学(第五版)》[8]随机数字表,将小鼠分为正常组、模型组、阳性对照组和枳术散组,每组10只。适应性饲养7 d后,慢性束缚应激诱导肝郁脾虚证IBS-D小鼠模型。每天早晨,除正常组外,其余组均用铁夹夹尾根,诱发皮下轻度瘀血抑郁,1次/d,30 min/次,连续刺激7 d,小鼠表现为性急、狂躁,体质量增加缓慢,反应迟钝,食欲不振,大便稀软,粪便中水分增加,肛周毛发被稀便污染,毛发干枯凌乱,表明模型已成功复制[9]。
从实验第15天起,即肝郁脾虚型IBS-D小鼠造模完成的第1天,连续给药21 d,1次/d。枳术散,以《古今医鉴》[10]为依据,药物组成与剂量如下:枳实(麸炒)9 g,白术(土炒)9 g。根据《药理实验方法学》[11]中人与大鼠的体表面积折算等效剂量及前期研究结果,阳性对照组给予匹维溴铵片药液15 mg/kg,枳术散组给予枳术散药液(2 g生药/kg)0.2 ml/只;正常组和模型组给予等体积蒸馏水。除正常组外,其余各组小鼠继续进行脾虚的干预操作[12]。
1.8.4 外观表征与行为表现 实验过程中观察各组小鼠的外观表征,如精神状态等。实验第36天开展旷场实验,使用软件追踪各组小鼠活动轨迹并记录6 min移动度及平均速度。各组小鼠禁食14 h后再次进行灌胃给药,2 h后,每只小鼠灌服0.3 ml墨汁,30 min后,处死小鼠并解剖,以胃幽门部为起点,分别测量到墨汁末端距离,以及到结肠的距离,计算墨汁推进比例。
1.8.5 粪便污迹直径与含水量测定 实验第10、20、30天测量粪便污迹直径,向各组笼内垫一干净滤纸,1 h后取出滤纸,观察粪点数量并用标尺测量污迹直径。将小鼠转移至代谢笼中,另取1 h粪便,称量湿重,使用烘干机(75 ℃,1.5 h)烘干后称量干重,计算含水量。粪便含水量=(湿重-干重)/湿重×100%。
1.8.6 组织病理学检查 剪取各组小鼠结肠组织,使用4%多聚甲醛溶液固定24 h,梯度乙醇脱水、二甲苯透明,石蜡包埋;使用旋转微切片机将组织包埋块切成4~5 μm厚的切片,切片取出后在载玻片上脱去石蜡,HE染色观察组织结构和细胞形态变化。
1.8.7 Western blot法检测通路相关蛋白 取结肠组织加入RIPA裂解缓冲液[蛋白磷酸酶抑制剂∶苯磺酰氟∶RIPA=1∶1∶10;组织与缓冲液比为1∶10],匀浆裂解后4 ℃、12 000×g离心10 min(离心半径为8.4 cm),收集上清液,BCA蛋白检测试剂盒测定蛋白浓度。样品加入十二烷基硫酸钠缓冲液于恒温金属浴变性,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分离(30 min、80 V,40 min、120 V),将蛋白转移至聚偏氟乙烯膜。室温下用5%脱脂奶粉封闭2 h,分别加入按体积比稀释的PI3K(1∶1 000)、p-PI3K(1∶1 000)、Akt(1∶1 000)、p-Akt(1∶1 000)、eNOS(1∶1 000)、β-actin(1∶4 000)抗体,4 ℃孵育过夜。TBST洗膜3次,每次8 min,加入二抗Anti-Rabbit lgG(H+L)(1∶4 000)室温孵育1 h后,按上述方法洗膜。通过显影仪获得蛋白质图像,利用Image J软件测量条带灰度比,并以β-actin为参照,分析各组目的蛋白的表达差异。每组选取3个不同样本重复上述实验。
采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析。计量资料用均数±标准差(
)表示,比较采用t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
经过筛选共得到枳术散16个活性成分,最终确定了124个靶点。每味中药单体根据其口服利用度大小排序,选择前5位的活性成分进行展示,见表1。
表1 枳术散活性成分基本信息
GeneCards、OMIM、TTD数据库整合去重后,最终获得了1 745个疾病靶点;绘制韦恩图,得到药物-疾病交集靶点66个。见图1。
通过对节点度值的详尽分析并排序,筛选出在调控网络中排名前4位的活性成分是木犀草素、异橙黄酮、柚皮素、3β-乙酰氧基苍术酮。“药物-成分-靶点-疾病”网络模型见图2。
图2 “药物-成分-靶点-疾病”网络调控图
每个独立节点象征1个成分或靶点,三角形为构成枳术散的中药材,六边形为枳术散中各类药物的简称,菱形为各药物干预IBS-D过程中发挥效用的有效活性成分靶点。图中节点的尺寸与其在网络中的重要性(即度值)成正比,度值愈高,图形显示愈大。IBS-D:腹泻型肠易激综合征。
筛选所得度值排名前10位的靶蛋白为Akt1、IL-6、TNF、TP53、VEGFA、IL-1B、CASP3、PTGS2、EGFR和MMP9。PPI网络图见图3,具体筛选过程见图4。
图3 PPI网络构建效果图
PPI:蛋白质-蛋白质相互作用。
图4 PPI网络具体筛选过程
PPI:蛋白质-蛋白质相互作用。
GO功能富集分析中,生物过程类别下共识别4 047个条目,主要涉及细胞因子介导的信号通路、对药物的反应、对RNA聚合酶Ⅱ启动子的转录进行正向调节等;细胞组成类别下共识别357个条目,前3个条目涉及大分子复合物、细胞外空间及细胞外区域;分子功能类别下共识别517个条目,前3个条目包括酶结合、相同蛋白质结合及蛋白质同源二聚化活性。生物过程、细胞组成、分子功能类别前10个条目功能富集分析图见图5A。
图5 GO功能和KEGG通路富集分析
A:GO功能富集分析气泡图;B:KEGG通路富集分析气泡图。GO:基因本体;KEGG:京都基因与基因组百科全书。
KEGG通路富集分析中共获得233条信号通路,涵盖癌症通路、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、HIF-1信号通路等。前20位信号通路富集分析图见图5B。
以4个活性成分木犀草素、异橙黄酮、柚皮素、3β-乙酰氧基苍术酮与排名前4位的关键靶点Akt1、IL-6、TNF、TP53进行分子对接,结合能均≤-5.0 kcal/mol,化学成分与靶点对接效果较好。对接结果见表2,部分结果可视化见图6。
图6 药物分子-靶点结合模型
A:Akt1与3β-乙酰氧基苍术酮;B:Akt1与异橙黄酮;C:Akt1与木犀草素;D:Akt1与柚皮素;E:TP53与3β-乙酰氧基苍术酮;F:TP53与异橙黄酮;G:TP53与木犀草素;H:TP53与柚皮素。
表2 枳术散核心成分与关键靶点分子对接结果(kcal/mol)
正常组小鼠精神状态良好,饮食无异常,且排便干燥;肝郁脾虚证小鼠表现异常,包括易激惹、狂躁,体质量增加缓慢,反应迟钝,食欲不振,大便稀软,粪便中水分增加,肛周毛发被稀便污染,毛发干枯凌乱,表明模型已成功复制。
与正常组比较,模型组总路程缩短、平均速度降低、墨汁推进比例减小(P<0.05或P<0.01)。与模型组比较,枳术散组总路程增加、墨汁推进比例增大(P<0.05或P<0.01);枳术散组与模型组平均速度比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。
表3 各组小鼠行为表现比较(
)
注 与正常组比较,aP<0.05,aaP<0.01;与模型组比较,bP<0.05,bbP<0.01。
与正常组比较,模型组小鼠出现明显的腹泻,多为软片状或糊状便;与模型组比较,枳术散组小鼠腹泻症状改善,粪便柔软、边界清晰的团块。与正常组比较,模型组粪便污迹直径、含水量增加(P<0.01);与模型组比较,枳术散组粪便污迹直径、含水量降低(P<0.01)。见表4。
表4 各组小鼠粪便污迹直径与含水量比较(
)
注 与正常组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bbP<0.01。
正常组小鼠整体组织结构完整,无断裂或明显损伤,能够较清晰地分辨出黏膜层、黏膜下层、肌层与浆膜层;模型组小鼠结肠黏膜层细胞存在坏死脱落,黏膜下层可见炎症细胞浸润与水肿,固有层中小血管明显扩张,血管内红细胞数量增多,呈鲜红色;枳术散组小鼠结肠组织炎症有一定程度的减轻,黏膜脱落损伤减少。见图7。
图7 各组结肠组织病理切片(HE染色,×40)
与正常组比较,模型组p-Akt/Akt、p-PI3K/PI3K、eNOS蛋白表达降低(P<0.05或P<0.01);与模型组比较,枳术散组p-Akt/Akt、p-PI3K/PI3K、eNOS蛋白表达升高(P<0.05或P<0.01)。见图8、表5。
图8 蛋白条带图
表5 各组小鼠结肠组织PI3K/Akt/eNOS通路蛋白比较(
)
注 与正常组比较,aP<0.05,aaP<0.01;与模型组比较,bP<0.05,bbP<0.01。
目前IBS-D的确切发病机制尚未清楚,研究大多认为与肠脑相互作用、炎症、内脏超敏反应等多种机制相关[13]。本研究结果显示,枳术散中共筛出29个活性成分,1 894个疾病靶点,药物-疾病交集靶点66个;排名前4位的活性成分有木犀草素、异橙黄酮、柚皮素、3β-乙酰氧基苍术酮。研究表明,木犀草素可以减少小肠内容物的体积和重量,从而发挥止泻作用[14];异橙黄酮具有抗炎、诱导细胞凋亡的功效[15];柚皮素可抑制结肠组织促炎性细胞因子的产生并抑制细胞凋亡,发挥抗炎、减轻肠缺血再灌注损伤的作用[16-17];此外,白术中的3β-乙酰氧基苍术酮也被证实具有抗氧化、抗炎等作用[18]。
本研究结果显示,枳术散治疗IBS-D潜在作用靶点主要富集在癌症通路、PI3K-Akt信号通路等。有文献报道,连续腹部推拿可诱导IBS-D大鼠上调神经胶质细胞系源性神经营养因子和PI3K/Akt的表达对丢失的肠道神经元进行再生,从而改善临床症状[19]。eNOS作为PI3K的下游分子,能产生NO,而NO在控制胃肠道运动现象中起着关键的生理作用[20]。故推测枳术散可通过调节PI3K/Akt/eNOS信号通路影响IBS-D。在网络药理学、分子对接结果与文献研究的基础上,本研究通过构建IBS-D模型小鼠进行实验验证,结果显示,枳术散能改善IBS-D小鼠腹泻症状,粪便呈柔软、边界清晰的团块;同时能减轻IBS-D小鼠的炎症细胞浸润,使其黏膜脱落损伤减少;相关通路蛋白结果显示,枳术散组p-Akt/Akt、p-PI3K/PI3K、eNOS蛋白表达高于模型组。
综上所述,本研究运用多种方法确定了枳术散干预IBS-D的活性成分、作用靶点及作用通路,并通过动物实验发现,枳术散可能通过调控PI3K/Akt/eNOS改善IBS-D症状,为进一步的实验工作提供了依据。但是,本研究仅对枳术散治疗IBS-D的通路靶点PI3K、Akt和eNOS进行初步实验验证,未验证其他核心靶点或其下游效应分子,同时中药成分复杂,作用通路繁杂,将在下一步研究中对更多靶点进行验证,并计划通过抑制剂或基因靶点敲除以进行更深一步研究。
利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。
[1] 李彦楠,杨丽旋,赵钟辉,等.《2020年中国肠易激综合征专家共识意见》解读[J].中国临床医生杂志,2021,49(10):1151-1155.
[2] 张声生,汪红兵,李振华,等.360例腹泻型肠易激综合征的聚类分析及证候特征研究[J].中华中医药杂志,2010,25(8):1183-1187.
[3] 苗艳芳,王玉贤.腹泻型肠易激综合征(肝郁脾虚证)的中医研究进展[J].上海中医药杂志,2021,55(7):91-94.
[4] 杜姚,郭子敬,郭榆西,等.基于数据挖掘探讨中医药治疗腹泻型肠易激综合征用药规律[J].新中医,2023,55(3):17-22.
[5] 陈健,陈启龙.网络药理学在中医药研究中的现状及思考[J].上海中医药大学学报,2021,35(5):1-6,13.
[6] 薛潇春,胡晋红.网络药理学的研究方法与应用进展[J].药学实践杂志,2015,33(5):401-405.
[7] SZKLARCZYK D,KIRSCH R,KOUTROULI M,et al.The STRING database in 2023:protein-protein association networks and functional enrichment analyses for any sequenced genome of interest [J].Nucleic Acids Res,2023,51(D1):D638-D646.
[8] 颜艳,王彤.医学统计学[M].5版.北京:人民卫生出版社,2020.
[9] 张北华.IBS-D肝郁脾虚型病证结合大鼠模型的建立与评价[D].北京:中国中医科学院,2013.
[10] 龚信.古今医鉴[M].北京:中国中医药出版社,1997.
[11] 魏伟,吴希美,李元建.药理实验方法学[M].北京:人民卫生出版社,2010.
[12] 蔺晓源,邓娜,夏旭婷,等.四神丸对腹泻型肠易激综合征大鼠结肠MCT、c-fos表达的影响[J].中成药,2024,46(5):1658-1661.
[13] LEE I S,WANG H,CHAE Y,et al.Functional neuroimaging studies in functional dyspepsia patients:a systematic review[J].Neurogastroenterol Motil,2016,28(6):793-805.
[14] WARDILL H R,BOWEN J M,VAN SEBILLE Y Z,et al.TLR4-dependent Claudin-1 internalization and secretagogue-mediated chloride secretion regulate irinotecan-induced diarrhea[J].Mol Cancer Ther,2016,15(11):2767-2779.
[15] GARCIA N,ULIN M,YANG Q,et al.Survivin-Sodium iodide symporter reporter as a non-invasive diagnostic marker to differentiate uterine leiomyosarcoma from leiomyoma [J].Cells,2023,12(24):2830.
[16] 陈琼,梅红,王宝香,等.柚皮素对溃疡性结肠炎小鼠肠组织中miR-30a-3p/PTEN信号轴表达的影响[J].西部医学,2022,34(7):960-965.
[17] 魏莱,荣愈平,刘胜武,等.柚皮素对肠缺血再灌注损伤的保护作用[J].贵州医药,2017,41(9):914-916.
[18] 张雪竹,白旭光,戴旖旎,等.基于网络药理学的“白术-茯苓”药对作用机制分析[J].临床医学研究与实践,2019,4(15):1-3.
[19] LI B,LUO XF,LIU S,et al.Abdominal massage reduces visceral hypersensitivity via regulating GDNF and PI3K/AKT signal pathway in a rat model of irritable bowel syndrome [J].Evid Based Complement Alternat Med,2020,2020:3912931.
[20] IDRIZAJ E,TRAINI C,VANNUCCHI M G,et al.Nitric oxide:from gastric motility to gastric dysmotility[J].Int J Mol Sci,2021,22(18):9990.
Exploration on the mechanism of Zhizhu Powders in the treatment of diarrhea-predominant irritable bowel syndrome with liver depression and spleen deficiency type based on network pharmacology and animal experiment
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