基于网络药理学探讨麦冬

缓解失眠作用机制

引用格式

贾国超，杨怡雯，王一帆，等.基于网络药理学探讨麦冬缓解失眠作用机制[J].农产品加工,2025,(20):48-52.

基金项目

河南省高等学校重点科研项目（22B550020）；郑州工程技术学院校内科研启动基金项目（ZGGK202105）。

摘   要

运用网络药理学探讨麦冬缓解失眠症的作用机制。利用TCMID等数据库筛选麦冬的活性成分及其作用靶点；通过GeneCards数据库筛选失眠疾病相关靶点；获取活性成分作用靶点与疾病相关靶点的交集靶点，运用Cytoscape 3.7.2软件构建“麦冬-成分-靶点-疾病”交互网络，将上述共同靶点导入String数据库建立蛋白交互作用网络，利用Metascape数据库进行GO和KEGG通路富集分析。结果表明，共筛选出16种麦冬的活性物质、2 915种失眠靶点，得到112个交集靶点；GO功能富集分析共得到生物过程条目4 790条，细胞成分424条，分子功能721条，主要富集在激活神经组织配体-受体相互结合、cAMP等信号通路。麦冬可能作用于AKT1，CASP3，TNF等靶点通过cAMP等信号通路干预失眠疾病。

关 键 词

麦冬；网络药理学；失眠；作用机制

正   文

麦冬属于百合科沿阶草属多年生常绿草本植物，根较粗，中间或近末端常膨大成椭圆形或纺锤形的小块根，因其富含甾体皂苷类、高异黄酮类、萜类、多糖类等活性成分，在中成药和功能性食品领域被广泛应用^[1]。《神农本草经》记载，麦冬具有养阴生津、润肺清心的功效，常用于治疗肺燥干咳、阴虚唠嗽、镇静催眠、喉痹咽痛、津伤口渴、内热消渴等^[2]。此外，麦冬还具有抗衰老、降血糖、抗心肌缺血、抗血栓形成、耐缺氧等功效。

失眠是当前社会中普遍存在睡眠障碍现象，长期失眠严重影响人们的正常生活和工作。睡眠是身体免疫系统自我修复和强化的重要时段，长期失眠会干扰免疫系统的正常功能。失眠影响激素的正常分泌，引起血压升高、心率加快等，长期处于这种状态下会增加心脏的负担，容易引发心血管疾病、抑郁症、糖尿病等^[3-4]。失眠采用药物联合治疗时常使用处方药，但处方药因存在副作用及短期使用等缺陷^[5]。现代药理研究表明，作为药食同源的麦冬有明显的镇静催眠作用，具有毒副作用小、治疗效果显著的优点。赖瑜梅等人^[6]发现，归脾汤加麦冬治疗围绝经期妇女失眠有较好的疗效。虽然麦冬已在临床失眠研究中取得了一些验证，但其具体的作用靶点尚未被揭示。

网络药理学是结合药理学、生物学、化学等多学科理论建立的一种功能活性物质研究新技术，该方法从多维度将功能活性物质成分靶点网络与生物靶点网络相结合，可将功能活性物质改善疾病的作用机制具体化、系统化和全面化^[7-8]。因此，运用网络药理学的方法对麦冬缓解失眠的成分及靶点进行系统梳理，并利用生物信息学工具，深入揭示麦冬-成分-靶点-通路之间的协同作用，以期为探索麦冬缓解失眠的机制提供依据。

1   材料与方法

1.1   数据库与软件

Cytoscape 3.7.2软件，TCMSP数据库（http：// tcmspw.com/tcmsp.php)、Swiss target prediction数据库 （http：//www.Swisstargetprediction.ch）、Genecards数据库（https：//www.genecards.org）、STRING数据库（https：//cn.string-db.org）等。

1.2   试验方法

1.2.1   麦冬活性成分及潜在靶点的筛选

在TCMSP中药系统药理学数据库与分析平台、知网等工具上检索关键词“麦冬”，挖掘麦冬的化学成分。按照“口服生物利用度（OB）≥30%，药物类药性（DL）≥0.18”条件筛选出麦冬有效成分。在PubChem网站中下载麦冬有效成分Canonical SM- ILES文件，然后导入Swiss target prediction 数据库中，设置物种为“Homo sapiens”，Probability条件大于0.01，按照分子相似性预测成分靶点，并利用Uni-prot数据库进行标准化。

1.2.2   失眠症靶点预测

在Gene Cards 数据库中输入失眠关键词“Viligance”等进行检索，将所得结果去重汇总后得到失眠症作用靶点，通过Venny 2.1软件将麦冬的成分靶点和失眠症作用靶点制作韦恩图，获得共同交集靶点。利用Cytoscape 3.7.2构建失眠-有效成分-靶点的关系网络。

1.2.3   PPI网络构建

利用Cytoscape 3.7.2 软件构建PPI网络。打开浏览器搜索STRING数据库，然后输入交集靶点，点击“Homo sapiens”的物种类型，其他参数设置默认。将得到的PPI文件输入Cytoscape 3.7.2软件中的Centi Scape 2.2的平台，然后进行拓扑分析，最后得到关键靶点，将关键靶点的基因满足度（Degree）绘制表格。

1.2.4   利用GO功能富集和KEGG信号通路分析

使用Metascape数据库，输入交集靶点，运行GO和KEGG的富集分析，对GO分析排名前20位、KEGG途径富集分析20位的可视化研究。

2   结果与分析

2.1   麦冬活性成分筛选及靶点预测结果

麦冬有效活性成分见表1。

由表1可知，根据麦冬成分的SMILES式在Sw- iss target prediction中按照药物效用原理筛选出16种有效成分。根据16种有效成分，在Swiss ADME数据库中收集到1 488个靶点，筛选重复后得到406个相关靶点。

2.2   失眠疾病作用靶点获取结果

通过Gene cards的数据库，通过“Viligance”这个关键字，可获得2 915种疾病的靶点。将筛选出的406个麦冬活性成分靶点及失眠症有关的2 915个靶标整理后使用Venny 2.1在线软件，输入到检索框进行数据分析，并构建交集靶基因Venny图，获取交集靶点112个。

麦冬与失眠症共同靶基因Venny图见图1。

2.3   药物-组分-靶点-疾病交互作用网络模型的建立与分析

利用Cytosacpe 3.7.2软件对112个共目标基因和16种有效成分进行可视化构建出“疾病-药对-化合物-靶标”调控网络图。其中，小圆边缘图标为16个麦冬有效成分，大圆边缘图标为112个共同靶点，小圆圆心图标为药物名称，大圆圆心图标为疾病名称。

药物-成分-靶点-疾病相互作用网络图见图2。

由图2可知，1个活性有效成分与疾病靶点没有相互的连线，可考虑删除。数据结果表明，麦冬可能通过15种活性成分作用于共同靶基因而对失眠症产生相应的影响。

2.4   PPI关系网络分析

在STRING数据库搜索框中输入112个交集靶点，分析得到PPI网络，共得到112个点、810条连线的交互关系。每个边框表示蛋白质和蛋白质的交互作用，线条越多，相关性越强。将PPI文件输入Cytoscape 3.7.2软件进行分析，根据具有比全部结点中间值高出2倍的自由度中心性的重要结点，其余的一些指数高于全部结点中位的结点，获得核心靶点。高级别靶标可成为此次试验主要靶标，说明其在PPI网络中的重要作用，对麦冬治疗失眠有一定的参考价值。通过PPI网络图，可推测麦冬的有效成分可能通过AKT1，CASP3，TNF，HSP90AA1，VEGFA，CCND1，ESR1，HIF1A，ER-BB2，EP300等靶点发挥作用。

靶点相互作用PPI图见图3，麦冬治疗失眠症的关键靶点见表2。

2.5   GO功能富集分析

将112个药物-疾病共同靶点输入Metascape软件运行后GO分析。GO Biological processes（BP，生物过程）富集结果共计4 790个，主要与细胞对氮化合物反应、蛋白质磷酸化、细胞化学稳态、膜电位调节、细胞分泌调节、离子传输的调节、节奏过程、对激素的反应、系统过程的调节、激酶活性的调节、对氧气水平降低的反应、神经元死亡的调节、对无机物的反应、细胞死亡的正向调节、细胞发育调控等有关；Cellular components（CC，细胞成分）总共424个富集结果，主要与突触后、细胞质核周区、细胞前沿、内吞囊泡、轴突末端、核膜、常染色质等有关；Molecular functions（MF，分子功能）估计结果共计721个，主要与苏氨酸、酪氨酸激酶活性、神经递质受体的活性、蛋白质结构和特异性的结合、谷氨酸受体活性、肽结合、蛋白质同二聚化的活性、蛋白质C末端结合、内肽酶的活性、激素的结合、支架蛋白的结合、肌动蛋白的结合、蛋白酶的结合、血红素的结合、磷酸二酯水解酶活性等有关。综上所述，交集靶点GO富集分析图，表明麦冬可能通过多个生物学过程发挥缓解失眠的作用。

麦冬治疗失眠症的GO富集分析BP条图见图4，麦冬治疗失眠症的GO富集分析CC条图见图5，麦冬治疗失眠症的GO富集分析MF条图见图6，交集靶点GO富集分析图见图7。

2.6   KEGG通路富集分析

用KEGG途径分析了麦冬和失眠共112个靶点，共发现239条富集途径。选取KEGG通路前20条通路，并进行可视化研究。

麦冬治疗失眠症的KEGG富集分析条图见图8。

由图8可知，发现交集作用靶点主要在癌症途径（hsa05200）、激活神经组织配体-受体相互结合（hsa04080）、cAMP信号通路（hsa04024）、Ca信号通路（hsa04020）、神经营养因子信号途径（hsa04722）、多巴胺能突触（hsa04728）、雌激素信号通路（hsa- 04915）、JAK-STAT信号通路（hsa04630）、5 -羟色胺能突触（hsa04726）等信号通路。这些信号通路在睡眠中起到关键作用，如5 -羟色胺是参与睡眠调节的重要神经递质，多巴胺是一种神经递质，主要由中脑的多巴胺能神经元合成并释放，在大脑中有多个多巴胺能通路参与睡眠调节。Ca信号通路间接影响了睡眠相关神经递质的释放，刺激神经递质在睡眠-觉醒周期的调节中起着关键作用。

3   讨论

通过TCMSP数据库等工具共筛选出16个麦冬候选成分，经失眠症靶点对接得到15个有效活性化学成分，包括2' -羟甲基麦冬酮A、5,7 -二羟基- 6,8 -二甲基- 3 -苯并二氢吡喃- 4 -酮、3',4' -二羟基苯乙酮、6 -醛-异豆蔻酮A、甲基麦冬酮B、甲基麦冬黄烷酮B、麦冬皂苷D、麦冬二氢高异黄酮A、麦冬二氢高异黄酮B、麦冬皂苷B、凹舌兰、鲁斯可皂苷元等。有研究表明，麦冬对动物具有明显的镇静催眠作用^[9]。例如，有效成分中甲基麦冬二氢黄酮A具备良好的抗炎、缓解氧化应激、缓解组织黏膜屏障损伤和血脑屏障损伤等特性^[1，10]。鲁斯可皂苷元能缓解小鼠脑部缺血、缺氧等症状，进而降低因上述原因导致的脑水肿、脑组织氧化损伤等睡眠疾病，还可通过TLR4介导的NF-κB/MAPK/NLRP3信号通路抑制神经炎症改善焦虑的作用^[11]。其他成分的药效学及作用机制有待进一步验证。

失眠的发病机制与神经系统、免疫调节、机体炎症等都有一定的相关性。因此，研究共预测得到AKT1，CASP3，TNF，HSP90AA1，VEGFA，CCND1，ESR1，HIF1A，ERBB2，EP300等25个麦冬缓解失眠症的关键靶点。其中，AKT1具有调节睡眠觉醒作用，通过增加食欲素神经元活性逆转LPS引起的睡眠觉醒行为变化^[12]。此外，通过介导PI3K/AKT1/GS- K3β信号通路干预焦虑性失眠^[13]。TNF信号受体存在于睡眠生理相关的脑区，其参与调节生理性睡眠跟TNF-α昼夜分泌量转变有关^[14]。良好的脑血流灌注是正常睡眠的基础之一，当VEGFA表达异常时，可能会改变脑血管的通透性、血流量等，从而干扰睡眠-觉醒周期。李莉等人^[15]研究表明，小鼠脑组织中 AKT1和MAPK3表达水平升高，VEGFA，Caspase-3，TNF表达水平降低，有助于缓解小鼠失眠症状。其他关键靶点也在神经调节、免疫调控、细胞凋亡等生命活动中占据着核心地位，揭示了麦冬有效成分通过不同的靶点缓解失眠症状。

网络药理学可解析药食同源物质的复杂成分及其缓解相关疾病的作用机制^[16]。结果表明，利用GO富集分析发现多条可干预失眠疾病的信号通路，如激活神经组织配体-受体相互结合（hsa04080）、cAMP信号通路（hsa04024）、神经营养因子信号途径（hsa04722）、多巴胺能突触（hsa04728）、雌激素信号通路（hsa04915）、JAK-STAT信号通路（hsa04630）、5 -羟色胺能突触（hsa04726）等。许多研究也表明，上述通路与失眠症存在关联性。与其他药食同源物质相比，麦冬缓解失眠症同样具有“多成分、多靶点、多通路”的特点，下一步也需要对所预测出来的靶点通路进行科学验证。

4   结论

利用网络药理学手段探讨麦冬缓解失眠症的作用机制，阐述了麦冬和失眠症之间的相互作用关系，但是麦冬缓解失眠症作用机制还需要通过进一步的体内外试验验证，为未来指导麦冬的开发与利用及系统性开展麦冬缓解失眠症的临床应用提供理论依据。

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