基于网络药理学的杞菊地黄丸
糖尿病合并高血压的机制研究
张园张世超
辽宁中医药大学附属医院医疗设备处，辽宁沈阳110032
［摘要］目的运用网络药理学技术研究杞菊地黄丸糖尿病合并高血压的作用机制。方法通过中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)检索枸杞子、菊花、泽泻、熟地、山药、茯苓、山茱萸、丹皮的主要活性成分，并预测作用靶点。通过GeneCards、TTD以及DisGeNET数据库分别检索糖尿病、高血压的相关疾病靶点，通过Pub-Chem及Swiss Target Prediction数据库筛选得到中药的作用靶点，病与药作用靶点取交集，筛选得到共同作用靶点。通过STRING平台构建蛋白质-蛋白质相互作用网络图，利用Cytoscape软件对该网络进行分析得到核心靶点遥借助Metascape平台分析核心靶点的GO-BP生物功能和京都基因和基因组数据库(KEGG)通路富集。
结果筛选得到杞菊地黄丸活性化合物100个、作用靶点890个，与糖尿病合并高血压共有靶点138个，其中核心靶点39个。GO-BP生物学功能富集功能包括血液循环、肽基丝氨酸磷酸化、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶信号通路等。
KEGG信号通路包括VEGF信号通路、ErbB信号通路、Toll样受体细胞信号通路等。结论本研究深度挖掘了杞菊地黄丸糖尿病合并高血压多成分、多靶点和多通路的复杂机制，为今后进一步研究其糖尿病合并高血压的基础实验提供了依据和参考。
［关键词］杞菊地黄丸；网络药理学；糖尿病；高血压；靶点预测
［中图分类号］R544.1［文献标识码］A［文章编号］1673-7210(2021)04(b)-0004-06
Study on the mechanism of Qiju Dihuang Pills in the treatment of diabetes mellitus combined with hypertension based on network pharmacology
ZHANG Yuan ZHANG Shichao
Department of Medical Equipment,Affiliated Hospital of Liaoning University of Traditional Chinese Medicine,Liaoning Province,Shenyang110032,China
［Abstract］Objective To explore the mechanism of Qiju Dihuang Pills in the treatment of diabetes mellitus combined with hypertension by network pharmacology.Methods Through traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform(TCMSP),the main active components of Lycii Fructus,Chrysonlhemi Flos,Altsmalis Rhizoma,Rehmannioe Radix Praeparata,Dio
scoreoe Rhizoma,Porta,Corni Fruclus,Moulon-Cortex were searched,and the target prediction was carried out.The related targets of diabetes mellitus and hypertension were searched by GeneCards,TTD and DisGeNET databases.The targets of traditional Chinese medicine were screened by PubChem and Swiss target prediction database.The common targets were selected by intersection of disease and drug targets.The STRING platform was used to construct a protein-protein interaction network model,and the network was topologically analyzed using Cytoscape software to obtain the core target.GO-BP biofunctional enrichment analysis and Kyoto Ency­clopedia of Genes and Genomes(KEGG)pathway analysis were performed on the core targets by Metascape software.
Results After screening,Qiju Dihuang Pills contained100active compounds,890targets,138targets with diabetes mellitus and hypertension,and39core targets.The biological function enrichment function of GO-BP included blood circulation,peptidylserine phosphorylation,transmembrane receptor protein tyrosine kinase signaling pathway,etc.
KEGG signaling pathway included VEGF signaling pathway,ErbB signaling pathway,Toll-like receptor cell signaling pathway,and so on.Conclusion This study deeply explores the complex mechanism of Qiju Dihuang Pills in the treat­ment of diabetes mellitus combined with hypertension with multiple components,multiple targets and multiple path­ways,and provides basis and reference for further resea
rch on the basic experiments of Qiju Dihuang Pills in the treat­ment of diabetes mellitus combined with hypertension in the future.
［Key words］Qiju Dihuang Pills;Network pharmacology;Diabetes;Hypertension;Target prediction
［基金项目］国家野十二五”科技支撑计划项目(2014BAI10B
00)遥
4CHINA MEDICAL HERALD Vol.18No.11April2021
糖尿病是一种常见的临床慢性代谢性疾病，其全球患病人数高达4.63亿，中国更是位居第一。高血压作为糖尿病的一种常见并发症，同时也是2型糖尿病发生心血管病变的重要危险因素，其可加速损伤血管内皮，加重病情。国外有研究发现，糖尿病患者中有40%〜80%的患者同时并发高血压叭西医主要采用控制血糖、降低血压等方法，虽有一定的疗效，但长期应用易导致肝、肾功能损害。中医药具有整体观、辨证论治的特点，应用中药本病具有很好的优势和疗效。杞菊地黄丸作为经典名方，具有滋肾养肝的作用，临床多项研究发现，杞菊地黄丸本病可明显改善患者血糖、血压、血脂等指标，降低胰岛素抵抗［2-3］。网络药理学是一种基于多种大数据平台及先进的科学技术的现代化研究方法，从宏观到微观科学地对抽象的中医药理论加以诠释［4］，阐明中药的有效性和科学性，使之与现
代医学相接轨。本研究拟基于此研究方法，预测杞菊地黄丸糖尿病合并高血压的有效活性成分及作用靶点，并进一步探讨其可能的作用机制。
1材料与方法
1.1杞菊地黄丸化学成分及靶点信息的获取
在中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP, lsp.nwu.edu/tcmsp.php)中分别以"枸杞子、菊花、泽泻、熟地、山药、茯苓、山茱萸、丹皮”为检索词，以“口服吸收率(OB逸30%)，类药性(DL逸0.18冤和半 衰期渊HL逸4h)”作为筛选条件，得到其有效的活性成分。在此基础上通过PubChem数据库获得这些成分的Smiles格式，同时应用Swiss Target Prediction数据库(www.swisstargetprediction.ch/)，设置研究物种为人类(Homo sapiens)，筛选Probability〉。的靶点。采用Uniprot数据库进行标准化处理，挖掘枸杞子、菊花、熟地、山茱萸、山药、丹皮、茯苓、泽泻八味中药的作用靶点。
1.2糖尿病合并高血压靶点的筛选
以野糖尿病(diabetes)、高血压(hypertension)”作为检索词，在GeneCards数据库(/)A TTD数据库(http：///)、DisGeNET数据库渊/)中分别搜索，合并去除重复和假阳性值，获得疾病靶点遥
1.3中药-疾病靶点网络构建及核心靶点的筛选
应用Venny软件将杞菊地黄丸中八味中药的作用靶点与糖尿病合并高血压的疾病靶点进行交集，绘制韦恩图，筛选出中药与疾病的共有靶点。将共有靶点导入String数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络模型，其中蛋白种类为人类"Homo sapiens冶，野highest confidence冶＞0.9，应用Cytoscape软件进行可视化分析，以节点度值分布(degree)和介数中心性(betweenness centrality)同时在中位数以上作为筛选条件，从而获得核心靶点。degree和betweenness cen­trality值越大，证明节点越重要。
1.4核心靶点生物功能注释及通路分析
将中药复方知柏地黄丸与六味地黄丸的核心靶点导入Metascape平台，设置物种为人类，对其进行GO-BP生物功能富集和京都基因和基因组数据库(KEGG)Pathway分析，从而进一步比较中药复方知柏地黄丸与六味地黄丸代谢综合征在生物学功能及信号通路方面的差异性。Metascape覆盖范围广泛，包含了UniProt、NCBI、DrugBank等多个数据库信息，同时具有一定的时效性［9］。应用Cytoscape软件构建核心靶点-生物功能-代谢通路网络图。
2结果
2.1杞菊地黄丸与糖尿病合并高血压靶点的筛选
通过在TCMSP数据库中检索杞菊地黄丸中八味中药的活性成分及筛选，共收集到活性化合物枸杞子100个。通过PubChem及Swiss Target Prediction数据库，筛选得到杞菊地黄丸的作用靶点890个。在GeneCards、TTD及DisGeNET数据库对疾病靶点进行检索、筛选，共获得糖尿病靶点1267个、高血压靶点1352个。通过Venny软件取交集后获得杞菊地黄丸与糖尿病合并高血压共有靶点138个。见图1。
糖尿病高血压
杞菊地黄丸
图1杞菊地黄丸与糖尿病合并高血压共有靶点韦恩图
2.2PPI网络与核心靶点分析
应用String数据库构建中药与疾病共同靶点的PPI网络图，见图2。同时保存tsv格式文件，并将其导入Cytoscape软件，分析网络中所有点的拓扑参数(de­gree和betweenness)，筛选出degree逸6和between­ness centrality逸5.69x10-3的靶点作为核心靶点，共得到39个核心靶点，包括转录激活因子-3(STAT3)、磷脂酰肌醇激酶3(PIK3)、过氧化物酶体增殖激活
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受体(PPAR)、丝氨酸/苏氨酸激酶2(AKT2)、血管内
皮生长因子A(VEGFA)等。
2.3核心靶点生物功能和KEGG 通路富集分析
利用Metascape 软件分别对筛选岀的杞菊地黄丸
糖尿病合并高血压的核心靶点进行GO-BP 生物
学功能富集分析和KEGG 通路分析，发现杞菊地黄丸
可通过血液循环、肽基丝氨酸磷酸化、跨膜受体蛋白 酪氨酸激酶信号通路等GO-BP 生物学功能发挥作 用，见图3。可通过VEGF 信号通路、ErbB 信号通路、
Toll 样受体细胞信号通路等糖尿病合并高血压, 见图4(封三)。以VEFG 为其主要通路，见图5。利用
Cytoscape 软件构建核心靶点-GO  -BP 生物功能-
KEGG 通路网络图，见图6。
3讨论
糖尿病、高血压在中医学中多归属于“消渴”“眩
晕"等疾病，糖尿病多以阴虚为本燥热为标，中医多米
用平肝潜阳、益气补肾等疗法。杞菊地黄丸属于中药
制剂，临床上经常用于糖尿病和高血压等疾病。
杞菊地黄丸岀自清代董西园的《医级•卷八》，是在六
味地黄丸的基础上加枸杞子、菊花而成。方中枸杞子、
山茱萸、山药、熟地等可滋补肾阴，潜阳育阴；菊花可
疏风平肝，清热明目，茯苓、丹皮、泽泻可健脾益气，活
血化瘀。全方合用，共奏滋阴潜阳、补肾平肝之功。现
代药理学研究表明，枸杞子的主要活性成分为枸杞多
糖、多酚等，可以刺激人体内源性因子，提升抗氧化酶
的活力叫 菊花主要含黄酮类、挥发油等，通过增加
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ALOX12 图2杞菊地黄丸与糖尿病合并高血压蛋白质-蛋白质相互作用网络图
6 CHINA  MEDICAL  HERALD  Vol. 18 No. 11 April  2021
G0:0008015 GO:1901652
60:0018105 G0:0019221
G0:0007169 G0:0045834 G0:2000379 G0:0040008 G0:0032103
G0:0033674 G0:0071396 G0:0051345 G0:0050900 G0:0062013 G0:0019932 G0:0050673 G0:0008217 G0:0050727 G0:0072507 G0:0009991blood circulation
response to peptide
peptidyl-serine phosphorylation
cytokine-mediated signaling pathway
transmembrane receptor protein tyrosine kinase signaling pathway positive regulation of lipid metabolic process
positive regulation of reactive oxygen species metabolic process regulation of growth
positive regulation of response to external stimulus
positive regulation of kinase activity
cellular response to lipid
positive regulation of hydrolase activity
leukocyte migration
positive regulation of small molecule metabolic process
second-messenger-mediated signaling
epithelial cell proliferation
regulation of blood pressure
regulation of inflammatory response
divalent inorganic cation homeostasis
response to extracellular stimulus
图3杞菊地黄丸糖尿病合并高血压GO-BP生物学功能富集分析结果
MAPK wignaling
I Bad
图5VEFG信号通路
肝细胞中的PPAR，从而降低血糖，并具有保护血管舒张反应性、增强心肌收缩力的作用叫熟地中主要有多糖、5-羟甲基糠醛等，具有促进内皮细胞增殖、增强免疫力的作用［役山药中主要含有多糖、氨基酸、山药素类化合物，可增加胰岛素分泌，改善受损坏的胰岛茁细胞功能，从而降低血糖，亦可以降低血脂，调节免疫叫山茱萸中主要含有环烯醚萜、黄酮、多糖等，可降低血压，调节糖、脂等代谢过程［
9］。茯苓的主要药效成分为三萜类和多糖类等化合物，具有抑制炎症反应、保护肝功能的作用凹。丹皮中含有酚及酚苷类等化学成分，具有较强的降糖及保护心血管等多种作用「⑴。泽泻主要含有糖类、三萜、倍半萜等，具有利尿、降血脂、降血糖及抗氧化损伤等作用旧。
本研究基于网络药理学技术，发现杞菊地黄丸的含有100个活性化合物、890个作用靶点，与糖尿病合并高血压共有靶点138个，验证了中药具有多成分、多靶点的特点。通过PPI网络进行分析，筛选出核心靶点39个，即STAT3、PIK3、PPAR、AKT2、VEGFA等。STAT3参与调节细胞增殖与分化、细胞凋亡等生理过程，当机体血糖和血压值较高时，其表达增加［13］遥STAT3可激活VEGF信号通路，从而诱导内皮细胞的异常增殖［14-15］遥PIK3R、AKT2是构成PI3K/Akt信号转导通路的关键靶点。既往实验证实杞菊地黄丸能够上调PI3K、Akt的表达［16］。PI3K/Akt在机体高表达时，可以激活eNOS和PPAR，抑制氧化应激反应，减少炎症因子的释放，从而起到保护血管的作用［17-18］遥PPAR 具有调节脂肪细胞分化和胰岛素抵抗的作用，其激活后可保护血管平滑肌和血管内皮［19-20］遥GO-BP生物学功能富集分析和KEGG通路分析发现杞菊地黄丸可通过血液循环、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶信号通路、CHINA MEDICAL HERALD Vol.18No.11April2021|
7
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图6杞菊地黄丸核心靶点-GO-BP 生物功能-KEGG 通路网络图
肽基丝氨酸磷酸化等生物学功能及VEGF 信号通 路、ErbB 信号通路、Toll 样受体细胞信号通路等发挥
其糖尿病合并高血压的作用。VEGF 是一种血管
通透性因子，既可促进血管内皮细胞的增殖，又可诱
导血管增生，同时可调节血管的通透性，参与血管内
皮细胞迁移、机体修复损伤等生物学过程[21-22]。研究发 现，在糖尿病合并高血压患者体内,VEGF 含量明显
升高，且高于单纯糖尿病患者和高血压患者㈣。体内
VEGF 含量过高会导致内皮细胞过度增殖，从而引
reactive是什么药起内皮细胞的功能障碍。ErbB 信号通路参与细胞
的存活、增殖和其他生理反应。国外一项研究发现， ErbB2双重靶向抑制剂雷帕替尼可通过抑制高糖
诱导的ErbBs 信号改变，从而阻止细胞凋亡和改善血管
功能Toll 样受体可使机体释放大量炎性因子激活
免疫炎症反应，参与胰岛素抵抗、胰岛细胞的炎症 反应等过程，其在糖尿病合并高血压的患者体内表达
增加[25]。
综上所述，本研究采用网络药理学的研究方法对
杞菊地黄丸糖尿病合并高血压的作用机制从多
方面进行了深度的挖掘，为进一步阐明中药对疾病的 干预和影响及今后的实验研究提供了理论指导和新
的思路。
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