王腾飞副教授等：基于网络药理学和分子对接探讨毛建茶干预高脂血症的作用机制

2023-07-17 20:01:31

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高脂血症是指血浆中一种或多种脂质的异常升高，是由脂质代谢或运输异常以及总血清胆固醇（TC）、总甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高，和/或高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低引起。毛建茶是以毛建草新鲜嫩叶为原料，采用黑茶制作工艺，经蒸青、揉捻、渥堆发酵和干燥等工序制成的茶制品。毛建茶作为一种代用茶，对高脂血症有预防和治疗作用。网络药理学于2007年由英国University of Dundee药理学家Andrew L.Hopkins首次提出，是基于系统生物学的理论，其融合多向药理学、生物信息学、计算机科学等多学科技术和内容，构建“疾病表型-基因-靶点-药物”等多层次网络，探索药物与疾病间相关性，用于指导新药研发。

为从整体上系统地认知毛建茶调节高脂血症的作用机制，山西农业大学食品科学与工程学院的王腾飞、段瑞斌和山西农业大学规划合作部的霍梅俊*等人基于网络药理学，利用计算机模拟和多种数据库，筛选化学成分作用靶点，构建了“药物-化学成分-靶点-疾病”网络，为揭示多组分、多靶点药物作用机制提供了新思路和新途径。

1、毛建茶活性成分的筛选结果

根据ADME和Lipinski类药五规则标准筛选得到8 个毛建茶活性成分，成分类型属于黄酮类或生物碱，编号分别为M1～M8。

2、毛建茶活性成分靶点预测

获取筛选得到的8 个毛建茶活性成分的SMILES 3D结构，导入相应数据库中，预测毛建茶潜在作用靶点；将得到的结果进行靶基因匹配，获得毛建茶活性成分作用靶点499 个。

3、高脂血症相关靶点获取结果

检索高脂血症相关作用靶点，筛选去重后获得1485 个靶点。对毛建茶活性成分靶点和高脂血症相关作用靶点取交集，得到160 个靶点基因，结果如图1所示。

4、“毛建茶活性成分-高脂血症潜在靶点”关系网络

构建“毛建茶活性成分-高脂血症潜在靶点”网络，如图2所示，该网络包含170 个节点、916 条边，其中毛建茶潜在活性成分节点8 个和相关作用靶点节点160 个；该网络连接度、介度、紧密度平均分别为10.78、164.61和0.003。毛建茶8 种活性成分中有7 种成分连接度、介度、紧密度值大于或等于其平均值，如表3所示。网络图中性激素结合球蛋白（SHBG）、过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARA）与8 种有效成分有关；丝裂原活化蛋白激酶10（MAPK10）、谷胱甘肽二硫化物还原酶（GSR）、线粒体和糖原合成酶激酶3β（GSK3B）与7 个化合物相关；说明毛建茶通过多种成分、多个靶点干预高脂血症。

5、“毛建茶活性成分—高脂血症潜在靶点”PPI网络分析结果

将160 个交集靶点输入String平台得到PPI网络，隐藏没有相互作用联系的节点，通过Cytoscape 3.9.1软件进行网络可视化。如图3所示，该PPI网络共157个节点、1837 条边。PPI网络中连接度、介度和紧密度的阈值分别为23.40、170.64和0.003，将三者均大于等于阈值的节点确定为候选靶点，这31 个靶点为毛建茶干预高脂血症的关键作用靶点，结果如表4所示。

6、毛建茶干预高脂血症交集靶点GO与KEGG通路富集分析

对160个交集靶点进行GO分析，共得到GO通路1680 个条目，包含生物过程方面1328 个、细胞组成方面75个、分子功能方面277个。根据P＜0.01，选取生物过程、细胞组成和分子功能方面排名前10的富集条目，如图4所示。毛建茶干预高脂血症的生物过程涉及压力应激和代谢过程，细胞组分包含细胞外间隙和细胞质等，分子功能涉及脂质结合和类固醇相关等，说明毛建茶干预高脂血症可能通过调控脂质代谢及类固醇代谢实现。

KEGG通路分析可知，在160 个交集靶点中富集到相关信号通路有98 条，通过P值筛选得到排名前20的通路，如图5所示，主要涉及癌症通路、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）信号通路、胰岛素抵抗等信号通路。

7、毛建茶干预高脂血症“活性成分-作用靶点-通路”网络

构建毛建茶干预高脂血症“活性成分-作用靶点-通路”网络，探究毛建茶干预高脂血症的作用机制。如图6所示，毛建茶的8个活性成分对应81个交集靶点均与高脂血症有密切联系。

8、毛建茶干预高脂血症的分子对接验证

在PPI网络中，连接度值排名前5的关键靶蛋白为ALB、AKT1、PPARG、EGFR和CASP3，将其与7 种核心活性成分（表3）进行分子对接。选择辛伐他汀作为对照，结果如表5所示，毛建茶部分活性成分与靶蛋白的最低结合能优于辛伐他汀。如图7所示，圣草酚与CASP3的Lys 203、Glu 210和Asp 205形成氢键，与EGFR的Ile 886形成氢键；槲皮素与EGFR于Gly 857、Arg 836、Gly 873和Glu 872形成氢键。木犀草素和青藤碱分别和CASP3于Ser 219、Ser 272和Ser 343位置形成氢键。以上结果表明，毛建茶活性成分与干预高脂血症的关键作用靶点结合较好。

讨论

毛建茶作为一种代用茶，对高脂血症有预防和治疗作用，但其活性成分及作用机制不明确，阻碍了毛建茶及其相关产品的进一步开发与应用。为从整体上系统地认知毛建茶调节高脂血症的作用机制，本研究基于网络药理学，利用计算机模拟和多种数据库，筛选化学成分作用靶点，构建了“药物-化学成分-靶点-疾病”网络，为揭示多组分、多靶点药物作用机制提供了新思路和新途径，一定程度缓解了传统药理学机制研究中“单一成分-单一靶点-单一途径”的局限性。

研究结果显示，筛选出的毛建茶干预高脂血症的活性成分主要包括槲皮素、木犀草素、儿茶素、胡麻素、圣草酚、蓟黄素、青藤碱等。槲皮素是一种类黄酮物质，通过调节前蛋白转化酶枯草溶菌素9、CD36、PPARγ、肝脏X受体α和ATP结合盒转运体A1表达预防动脉粥样硬化。木犀草素能够减轻高脂饮食诱导的ApoE－/－小鼠动脉粥样硬化进程，通过氢键相互作用与信号传导转录激活因子3相互作用，减少氧化低密度脂蛋白诱导的炎症，进而减轻动脉粥样硬化。儿茶素能有效下调TG、TC和LDL-C含量，通过抑制脂肪酸合成酶（FAS）活性或通过PI3K/AKT信号传导下调PPARγ和FAS表达水平，进而发挥降血脂作用。胡麻素作为α-葡萄糖苷酶抑制剂，可以延缓机体对碳水化合物的吸收。圣草酚是一种四羟基黄烷酮，通过下调白色脂肪组织中脂肪生成相关基因（SREBP1、ACC和SCD1）的表达，促进脂质通过粪便排泄，具有调节血脂代谢作用。蓟黄素可降低TG水平，并能通过抑制金属蛋白酶组织抑制因子1和转化生长因子β的表达，进而减少小鼠肝脏中脂滴的形成。青藤碱可通过影响多种细胞（如血管内皮细胞、单核细胞、粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞和血管平滑肌细胞）的活性抑制动脉粥样硬化。由此推测，毛建茶具有调节高脂血症的功能是多成分共同作用的结果。

毛建茶活性成分作用的关键靶点包括ALB、PPARG、CASP3、EGFR、AKT1等。已有研究表明与糖脂代谢紊乱疾病相关的靶点有AKT1和PPARG，这与本实验结果一致。PPARG参与脂肪细胞分化、脂质储存和胰岛素敏感性基因的表达。PPARG不仅一定程度影响新陈代谢（糖尿病和肥胖症），还对炎症和动脉粥样硬化有不同程度的调节作用。AKT1通过介导胰岛素诱导的葡萄糖转运蛋白4由细胞内结构转运到质膜从而调控葡萄糖的摄入。蛋白酪氨酸磷酸酶可使胰岛素受体去磷酸化和失活从而对抗胰岛素信号转导。因此，毛建茶中不同活性成分可能通过多个靶点与干预高脂血症的潜在靶点稳定结合，通过TNF信号通路、胰岛素抵抗、PPAR等信号通路干预脂肪代谢。

综上所述，本研究运用网络药理学的方法和分子对接技术筛选毛建茶干预高脂血症的活性成分，构建了“毛建茶-活性成分-交集靶点-高脂血症”的网络分析架构，使药理学研究由传统寻找单一靶点转向综合网络分析，整体分析和阐述了毛建茶“多成分-多靶点-多通路”协同作用于高脂血症的机制，可为代用茶植物资源的开发与利用提供新的思路和方法。

本文《基于网络药理学和分子对接探讨毛建茶干预高脂血症的作用机制》来源于《食品科学》2023年44卷第9期7-14页，作者：王腾飞，段瑞斌，杨佳丽等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220721-245。

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