复方丹参方心血管作用机制系统药理学研究

    |     2013年8月4日   |   医学动态   |     0 条评论   |    1784

心血管疾病CVD)是在世界范围内导致死亡的主要原因。2008年约有1730万人因心血管疾病而死亡,占全球总死亡人数的30%。据估计,到2030年,因心血管疾病死亡的人数将增至2360万。虽已有很多针对CVD的药物和药物疗法,但我们仍亟需研发出新的治疗方法。

在CVD治疗方法的研发中,现代化中药(TCM)引起了大家的关注。复方丹参方(CDF)是治疗CVD的传统TCM方剂之一,为丹参、三七及冰片按450:141:8(重量比)的比例配制而成。临床研究发现,CDF对CVD有多种良好药理作用,如提高冠脉流量、激活超氧化物歧化酶及扩张冠状血管等,可显著降低CVD患者死亡率。但尚不完全明确CDF对CVD的基本临床作用机制。

CDF药理作用的研究遇到了几大挑战。首先,由于大多数中草药都可能含有数以万计的成分,通过分离化学成分来确定有效分子的过程就显得费时、费力、成本高;其次,单个成分可能对相关或不相关的多个靶点起作用,因此单个成分的药理学和毒理学效应也难于进行独立评估;最后,也是最重要的一点,一直以来,对复杂疾病的治疗,中药方剂都是作为一个整体来起作用的,其总体疗效下可能存在不同成分间高度动态化的交互作用网络。因而,新兴的系统药理学方法有望提供强有力的新式工具和理念来解决上述问题。网络分析即为这类方法中的一种,通过网络分析可将TCM作为一个整体来评估其药理效应。

我们系统分析了CDF对CVD的药理作用,提出一种综合了口服生物利用度预测、复合药物靶点预测和验证以及网络药理学技术的系统药理学模型,为揭示CDF疗效和作用机制提供了新视角。模型的构建基于一系列的计算方法,包括机器学习法和网络分析,通过收集生理、生物化学和基因组等不同类型的数据来进行。该综合性模型将为TCM化学和药理基础的进一步研究提供一种新型、高效的途径。

CDF数据库和模型的构建

CDF中包括3种植物,因此含有大量的化学成分,部分化学成分经证实具有极高的药理活性,这为在TCM原理和应用的研究中引入系统生物学的理念提供了重要依据。

我们通过检索中国科学院化学专业数据库(www.organchem.csdb.cn)、中草药数据库及相关文献获得各中草药的化学成分。最后得到的化学成分达320种,其中,丹参201种,三七112种,冰片31种(3种草药中相同的化学成分为24种)。建模流程图见图1。

我们收集了与CVD相关的预测候选靶点信息,通过对接模拟、分子动力学模拟、结合自由能计算来验证靶点并构建网络。

网络构建

我们收集的候选靶点和潜在靶点用于构建候选分子的分子—靶点网络。在ADME参数(吸收、分布、代谢和排泄)中,口服生物利用度是药物代谢动力学最重要的参数之一,较高的口服生物利用度往往是确定生物活性分子作为治疗剂的类药属性的一个重要的指标。根据口服生物利用度研究结果,101种化合物被最终认定为“候选化合物”,其中包括77种易被吸收的化合物、17种完整的人参皂苷、4种主要的人参皂苷代谢物和3种数量最充足的化合物。

我们的研究使用了41个经验证的潜在蛋白质靶点,这些靶点与心血管疾病的病理过程均有密切联系。其中有39个为丹参,即复方丹参方的主要成分。三七共有36个潜在靶点,其中34个与丹参的靶点重合。同时,结果显示,丹参的靶点集中于整个心血管系统,而三七除辅助丹参起作用外,其主要功能在于调节血管平滑肌细胞。数据同时也解释了为何复方丹参方将丹参用作君药而将三七用作增强丹参药理作用的臣药,这也证明将传统中药理论用于配制药方的合理性。

在图解网络中(图2~4),各节点代表分子、蛋白质、信号通路或疾病,网络边缘为分子—靶点、分子—通路或靶点—疾病交互作用。“分子—候选靶点网络”(C-cT网络)通过链接候选分子及其所有候选靶点而形成,“分子—潜在靶点网络”(C-T网络)通过链接候选分子及其经验证的潜在靶点而形成。“分子—通路网络”(C-P网络)中,如果信号通路中存在靶点,则该信号通路即链接到该靶点的候选分子。“靶点—疾病网络”(T-D网络)中,疾病与相关的候选靶点相连。

最后,我们用两个插件(NetworkAnalyzer和CentiScaPe 1.2)对这些网络的数量特征进行了分析。

结论

从配伍或药效学的角度,中药学是集理论、诊断、治疗为一体的一个独特(独立)系统。中药方剂(汉语称作“复方”)是临床上采用的主要治疗方法之一,通常由几种草药按照“君臣佐使”的原则配伍而成,其中“君”药针对疾病的主要病因或主证,“臣”药用于巩固“君”药的疗效或治疗兼证,“佐”药用于降低或消除“君”药或“臣”药的毒性作用,同时治疗伴随症状,而“使”药用于将其他药物引至靶器官。

与西药相比,中药疗法更能整体地治疗有机体的功能障碍。但由于化学成分的复杂性及其体内作用的复杂性,传统中药分子机制的解释就显得极为困难。因此,如何整体理解传统中药体系(即外在标志)及其相关内在变化也就成为了现代中药研究的“瓶颈”。

我们通过本次研究,首次提出了一种集口服生物利用度筛选、多药物靶点预测和验证及网络药理学为一体的新型建模系统,用于研究代表性中药方剂——复方丹参方对CVD的疗效。研究结果显示,在复方丹参方中,丹参用作君药,三七和冰片用作臣药和使药,这一发现不仅能加深我们对CDF作用机理的理解,还用现代的视角解释了中医的“君臣佐使”理论。

本次研究的主要结果如下:①我们设计了一种新型方法,用于在整体框架中用化学数据、基因组数据和药理数据研究CDF的作用机制;②我们构建了一个网络系统,可根据分子、靶点和通路间的协同交互作用确定方剂的关键组成、活性成分及相应的靶点,从而帮助实现中草药的临床应用;③我们开发的系统可用于解释中医“协同作用”的本质以及传统中药最重要的“君臣佐使”理论,该系统还提供了一种通过传统中药网络靶点掌握复杂疾病与药物干预间相互关系的新方法。

我们的研究结果还需进行试验验证,以支持对复方丹参方临床应用的进一步评估[本文摘译自 PLOS ONE 2012,7(9):e43918,详细资料请参考原文]。

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