網絡藥理學與化妝品原料開發

導言：基于大規模數據和計算機技術，探究活性原料的作用靶點、通路等分子間的相互作用網絡，為了原料研發提供更加精準、高效的解決方案。

近年來，以中藥提取物為主要活性成分的美容化妝品越來越受到廣大消費者的青睞，在《化妝品監督管理條例》中也明確表示：“鼓勵和支持運用現代科學技術，結合我國傳統優勢項目和特色植物資源研究開發化妝品。”

但由于中藥成分復雜，很難完全了解這些具有多種活性成分的中藥是如何發揮其美容作用的。目前，網絡藥理學已廣泛應用于中藥研究，并被作為探索成分、靶點和藥效之間復雜關系的有效工具。通過網絡藥理學可以快速采集中藥的有效成分和潛在靶點，并基于結果構建“中藥-成分-靶點”網絡、蛋白質互作（protein-protein interaction，PPI）網絡分析和分子對接等手段，篩選中藥中可能發揮作用關鍵成分及作用的核心靶點，并通過計算機模擬的手段預測成分與靶點間的結合情況，更便于發現和理解中藥發揮功效的作用成分和作用機理。

我們以發表在《Journal of Ethnopharmacology》雜志上題目為 “Explorating the mechanism of Huangqin Tang against skin lipid accumulation through network pharmacology and experimental validation”的文章中網絡藥理學的部分進行舉例說明：

黃芩湯是出自《傷寒論》中的一首常用方劑，由黃芩，白芍，甘草和大棗配伍而成，已有臨床研究發現黃芩湯可用于緩解痤瘡的發生和發展，是否黃芩湯也能夠通過外用于面部皮膚發揮中藥復方多方面多靶點的優勢來達到改善痤瘡的效果仍有待證實。

作者共篩選得到336個黃芩湯的成分和407個皮脂相關靶點。取交集后得到65個黃芩湯-皮脂共同靶點，如圖1所示。

圖1 | 黃芩湯和皮脂的交集靶點

為觀察成分與靶點間的關聯，篩選有效活性成分，作者將黃芩湯作用于皮脂161個成分和65個潛在作用靶點繪制為“中藥-成分-靶點”的網絡圖，如圖2所示。其中143個成分可以與多個潛在靶點相結合，表明黃芩湯及其成分可能通過作用于多個靶點，并引起復雜的藥理學變化，從而產生綜合效應。將化合物與靶點連接線的條數計算為degree值，degree值排名前10位成分分別是：槲皮素、芹菜素、漢黃芩素、山奈酚、柚皮素、果酸、黃芩素、甘草黃酮A和異甘草素。

圖2 | “中藥-成分-靶點”網絡圖

針對作用靶點，作者進行了蛋白質互作網絡分析，觀察這些蛋白之間的聯系，進而鎖定關鍵蛋白。如圖3所示，結果中共獲得12個高于平均值的核心靶點，包括AKT1、INS、TNF、TP53、IL6、EGFR、RRARA、RXRA、PPARG、SREBF1、IL10和ADIPOQ。我們發現核心靶點中也包含了如IL-6、TNF-α等炎癥相關靶點。

圖3 | 蛋白質互作網絡圖

針對作用靶點，作者還進行了GO分析和KEGG分析（圖4，圖5）。GO功能注釋包括生物過程（BP）、細胞組分（CC）和分子功能（MF）三方面，其中生物過程結果顯示，65個交集靶點與脂質代謝過程、小分子代謝過程、脂肪酸代謝過程和類固醇代謝過程等顯著相關，而KEGG分析中，交集基因主要富集在PI3K-AKT信號通路、AMPK信號通路、FoXO信號通路和化學致癌受體激活等信號通路。

圖4 | GO分析

圖5 | KEGG分析

結合PPI網絡結果和GO分析，我們可以看出，黃芩湯可能通過參與調節SREBF-1（SREBP-1）以達到調節脂質的合成和代謝，同時也可能通過調節SREBP-1下游蛋白FAS的參與調節脂肪酸合成和代謝。KEGG分析中，現有研究中，PI3K-AKT信號通路更多參與與細胞凋亡，細胞損傷等相關，而AMPK在調節細胞能量穩態方面發揮著重要作用，其激活被認為是預防和/或治療代謝性疾病（包括2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、肥胖和癌癥）的重要治療靶點，同時已被證明可通過調節AMPK/SREBP-1信號通路抑制皮脂積聚，AMPK信號通路可能在黃芩湯調節皮脂合成和代謝中發揮重要作用。在后續實驗中，作者針對PPI網絡和KEGG中的結果進行實驗驗證。

除文章內容以外，還可進行如分子對接等手段進一步預測成分與靶點間的關系，如圖6所示。

圖6 | 核心成分與目標靶點對接示意圖

參考文獻——

Zong K L, Xu K W, Zhang X J, Wang P, Wang Z K, Yang S, Li H J, Ke H, He S S, Hu Y W, Go Y Y, Chan X H F, Wu J X, Huang Q. Explorating the mechanism of Huangqin Tang against skin lipid accumulation through network pharmacology and experimental validation [J]. Journal of Ethnopharmacology, 2023. 313: 116581.