基于网络药理学分析枸杞治疗阿尔茨海默病的作用机制

彭罡 郭志芬 严大鹏 周妍 张孟俊 裘齐宁

[摘要]目的采用网络药理学分析枸杞治疗阿尔茨海默病的作用机制。方法初步筛选枸杞的主要成分及作用靶点（数据来源于 BATMAN-TCM 和 TCMID 数据库），收集阿尔茨海默病疾病靶点（数据来源于GeneCards和Drugbank数据库）;取枸杞与阿尔茨海默病交集靶点作为研究对象，构建枸杞活性成分-作用靶点-疾病的相互作用（Cytoscape）。使用 David 数据库对关键靶点进行 GO 功能富集和 KEGG 通路分析。結果枸杞中筛选出35种主要的有效成分，其与阿尔茨海默病的交集靶点一共54个，通过 GO 富集和 KEGG 富集显示，这些靶基因主要位于突触后膜，生物过程主要涉及氧化还原过程，分子功能主要涉及黄素腺嘌呤二核苷酸合成、NADP 结合及氧化还原酶的活性。主要的信号通路涉及氨基酸的生物合成与代谢信号通路。结论枸杞治疗阿尔茨海默病具有多成分、多靶点的特点，其发挥作用的机制不仅通过在脑内发挥抗氧化的作用，而且还与氨基酸的生物合成与代谢信号通路有关。

[关键词]枸杞;阿尔茨海默病;抗氧化;氨基酸生物合成与代谢;网络药理学

[中图分类号] R285.5  [文献标识码] A   [文章编号]2095-0616（2022）09-0004-04

Network pharmacology-based analysis on the mechanism of Lyciumbarbarum in the treatment of Alzheimer's disease

PENG  Gang1GUO  Zhifen（ 2） YAN  Dapeng1  ZHOU  Yan1 ZHANG  Mengjun   QIU  Qining1

1. Department of Pharmacy， Zhongshan Hospital， Fudan University （Xiamen Branch）， Fujian， Xiamen 361015， China;2. Department of Pharmacy， Xiamen Humanity Hospital， Fujian， Xiamen 361015， China

[Abstract] Objective To analyze the mechanism of Lyciumbarbarum in the treatment of Alzheimer's disease using network pharmacology. Methods The main components and action targets of Lyciumbarbarum （sourced from BATMAN-TCM and TCMID databases） were preliminarily screened， and Alzheimer's disease targets （sourced from GeneCards and Drugbank databases） were collected. The intersection targets of Lyciumbarbarum and Alzheimer's disease were taken as study subjects， and the network map of "active components of Lyciumbarbarum - target - disease" was constructed using Cytoscape. GO functional enrichment analysis and KEGG pathway enrichment analysis were performed on the key targets using David database. Results A total of 35 major effective components in Lyciumbarbarum were screened， and a total of 54 intersection targets between effective components and Alzheimer's disease were identified. The GO enrichment analysis and KEGG enrichment analysis showed that these target genes were mainly located in the postsynaptic membrane， the biological processes were mainly involved in redox processes， and the molecular functions were mainly involved in the synthesis of flavin adenine dinucleotide， NADP binding and oxidoreductase activity. The main signaling pathways involved amino acid biosynthesis and metabolism. Conclusion Lyciumbarbarum demonstrates multi-component and multi-target characteristics in the treatment of Alzheimer's disease， and the exertion of its mechanism is not only through the antioxidant effect in the brain， but also related to the signaling pathways of amino acid biosynthesis and metabolism.

[Key words] Lyciumbarbarum; Alzheimer's disease; Antioxidation; Amino acid biosynthesis and metabolism; Network pharmacology

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是一种神经退行性疾病，其患病率随年龄变化呈指数增长[1]，据估计，2015年全球有超过4700万人受到AD 影响，到2050年，全世界约有1.1亿人将患有 AD[2]。然而，到目前为止，尚无治疗 AD 的有效药物。目前临床上治疗 AD 主要以西药为主，但具有毒性大、易耐药等缺点，因此越来越多的研究重点转移到中草药的研究中[3]。枸杞是我国传统的中药，现代药理学研究表明，枸杞具有抗氧化、抗衰老、神经保护的作用[4]。值得注意的是，研究人员还发现，枸杞提取物对 AD 具有显著的治疗作用[5]。但枸杞治疗 AD 的具体的作用机制尚不清楚。因此，本研究采用网络药理学的研究方法，从枸杞的有效成分、作用靶点、蛋白互作结果、GO 及 KEGG 富集分析等方面研究枸杞治疗 AD 的可能作用机制。

1资料与方法

1.1枸杞活性成分及靶点分析

通过 BATMAN-TCM（ http：//bionet.ncpsb.org/batman- tcm/）及 TCMID（ http：//www.megabionet.org/tcmid/）数据库，设置 Score cut off 为80，检索枸杞的有效成分及其对应的靶点。在GeneCard（http：//www.genecards. org/）、Drugbank（ https：//go.drugbank.com/）数据库中输入“Alzheimer's disease”，得到 AD 的相关靶点基因数据。

1.2有效成分-疾病靶点网络构建

使用Venny 2.1.0（https：//bioinfogp.cnb.csic.es/ tools/venny/index.html）查找枸杞的有效成分与 AD 及枸杞潜在作用靶点的交集。

1.3网络的构建与分析

将枸杞有效活性成分信息和 AD 疾病靶点信息导入Cytoscape 3.8.2，绘制枸杞有效活性成分-疾病作用靶点网络。

1.4 GO功能富集分析

GO 是注释基因及其表达产物的常用方法，由生物过程（BP），细胞组成（CC）和分子功能（MF）

3部分组成。运用 DAVID 数据库（https：//david. ncifcrf.gov/）对得到的枸杞治疗 AD 的关键靶点进行 GO 功能分析，说明其在基因功能中的作用。

1.5 KEGG通路富集分析

运用 DAVID 数据库（ https：//david.ncifcrf.gov/）对得到的枸杞治疗 AD 的关键靶点进行 KEGG 通路富集分析，从而了解枸杞治疗 AD 可能发生改变的关键信号通路。

2结果

2.1枸杞的有效成分与AD及枸杞潜在作用靶点的交集

通过 BATMAN-TCM 及 TCMID 数据库，根据设置的条件，获得枸杞已知的主要有效成分35种。选择这些有效成分所对应的靶点，去掉重复的靶点，一共获得214个对应的靶点。通过GeneCard及Drugbank数据库，设置 Relevance score>20的相关靶点，筛选后共获得 AD 疾病的潜在靶点1097个，将枸杞与 AD 相关靶点输入Venny软件绘制韦恩图，共发现54个共同作用的潜在靶点，结果见图1。

2.2靶蛋白相互作用（PPI）网络的构建及相互作用

将54个药物-疾病共同靶点输入 STRING 数据库中进行分析，隐藏无相互作用的节点，获得标靶蛋白相互作用的关系（图2）。将结果导入Cytoscape 3.8.2软件，绘制药物成分-靶点互作网络图。分析每个成分及靶点的顶点度，结果显示，枸杞的有效成分中，胡萝卜素、维生素 B2、烟酸的出度最高;相应靶点中，维生素 D 受体（VDR）、孕酮受体（PGR）、雌激素受体1（ESR1）3个靶基因的入度最高，这可能是枸杞治疗 AD 的关键靶基因。

2.3 GO富集分析

利用 David 数据库对54个靶点基因进行 GO 富集分析，得到792个条目，其中生物过程共599个条目，分子功能107个条目，细胞成分86个条目，三个部分各取 P 值最小得到前10个条目进行分析。靶基因涉及的生物过程包括氧化还原过程、对药物的反应过程、多巴胺分解代谢过程等。分子功能主要涉及突触后膜。细胞成分主要涉及黄素腺嘌呤二核苷酸合成、氧化还原酶活性、NADP 结合等。见图3。

2.4 KEGG通路富集分析

利用 David 数据库对54个靶点基因进行 KEGG 富集分析，主要涉及32个条目，取 P 值最小的10个条目做可视化分析，靶基因涉及的信号通路主要包括氨基酸的生物合成与代谢，钙离子信号通路等。见图4。

3讨论

枸杞作为一种中药材，在我国有悠久的药用历史，首载于《神农百草经》中，被列为上品，其味甘、性平，归肝、肾经，有滋肝补肾、益精明目之功效[6]。有研究表明，枸杞不仅具有抗衰老的作用[7-8]，同时还具有显著的细胞保护作用[9-10]，从枸杞果实中分离的提取物显著减弱了体外培养的皮层神经元中 Aβ诱导的凋亡[11]，因此，枸杞可能是治疗 AD 的有效中药。本研究以枸杞为研究对象，采用网络药理学的研究方法，探究枸杞所含的有效成分治疗 AD 的可能的作用机制。

借助 BATMAN-TCM 数据库以及 TCMID 数据库，本研究共筛选出枸杞有效活性成分35种，对应活性成分靶点214个。其中，枸杞与 AD 的共同基因有54個，结合“药物-活性成分-共同靶点”网络和蛋白相互作用网络分析结果发现，枸杞治疗 AD 的关键活性成分有胡萝卜素、维生素 B2、烟酸等，胡萝卜素对老年痴呆症的作用最为突出。胡萝卜素是一类重要的生物活性化合物，主要存在于黄色、橙色和红色的水果和蔬菜中，是一种公认的天然抗氧化剂[12]，在 AD 受试者中发现低血浆β-胡萝卜素浓度，而大量摄入富含类胡萝卜素的食物可能通过减少氧化应激来保护端粒，胡萝卜素可能通过调节老年人的端粒酶活性而起到抗 AD 的作用[13]。

为了更充分地说明枸杞的作用机制，本研究进行了富集分析。GO 富集的结果显示，枸杞治疗 AD 的靶点基因富集主要在神经突触后膜，与氧化还原酶的活性及体内多种氧化脱氢反应相关;KEGG 富集分析的结果显示，氨基酸的生物合成与代谢途径与枸杞发挥抗 AD 作用最相关，其中精氨酸的生物合成的贡献最为突出。临床上已经发现，AD 血清中精氨酸的含量显著减少，精氨酸与 AD 的发生发展呈负相关[14]，同时在 AD 转基因模型小鼠中也发现，小鼠脑精氨酸代谢改变和行为缺陷的平行发展[15]，因此本研究猜测，以精氨酸为中心的一组 AD 生物标志物可能是有价值的，这与本研究中的发现一致，结合之前的分析，本研究推测，枸杞可能通过调节 AD 患者体内精氨酸的生物合成，从而对改善 AD 病程起到一定的作用。

综上所述，枸杞发挥治疗 AD 的作用具有多成分、多靶点的特点，其中发挥作用的主要有效成分包括胡萝卜素、维生素 B2、烟酸、甜菜碱等，主要作用于 VDR、ESR1、PGR 等靶基因，改善 AD 患者脑内氧化应激的情况，发挥抗氧化、抗衰老的作用，增加体内氨基酸的生物合成与代谢，尤其是精氨酸的生物合成，从而发挥抗 AD 作用。

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（收稿日期：2021-09-01）