药物+疾病+生信=系统药理学

心血管疾病(CVDs)由于发病率和死亡率惊人，近年来被视为人类的“世界第一杀手”，其分子机制极其复杂。中医药综合、整体防治复杂疾病的宗旨，在心血管疾病的治疗中已见成效。然而，对这种心血管疾病多尺度治疗策略机制的系统理解仍然很困难。本文开发了一种系统药理学方法，旨在揭示以复合藏红花配方 (CSF) 为代表的治疗 CVD 的潜在分子机制。

TCMSP数据库获得复合藏红花配方（CSF）中的化合物，活性化合物筛选标准OB≥30%、DL ≥0.18、HL ≥4。

CFS中的特定成分

大多数药物都有其特定的成分。例如，藏红花素是 CS 中最有效的成分之一，由于其抗氧化剂、抗血小板、抗炎和抗凋亡活性，对动脉粥样硬化、血栓形成、心脏肥大和高血压具有保护作用。作为 MO 的主要成分，麝香酮由于其抗氧化和抗凋亡作用对心肌细胞的缺血-再灌注损伤具有保护作用 。NC 的特定成分广藿香醇已被证实可下调与动脉粥样硬化过程密切相关的多种炎症介质的表达，如 COX-2、IL6 等。RR 的特定成分是丁香酚和儿茶素，据报道丁香酚在 CVD 中具有抗炎和抗氧化活性，并且建议使用儿茶素来减少体脂和降低 CVD 风险 。体内证据已证明小豆蔻素（EC 的一种关键活性成分）对血管紧张素 II 诱导的大鼠血管平滑肌细胞增殖和迁移具有抑制作用，这对预防动脉粥样硬化至关重要。因此，该成分可被视为治疗动脉粥样硬化的治疗元素。

CFS中的共享成分

CSF 中存在两种或多种药物共有的 20 多种活性化合物。例如，SC、DM、AI等7种药物的常见成分β-谷甾醇对血管黏附分子和细胞内黏附分子的表达有抑制作用，这两种物质介导了动脉粥样硬化的慢性炎症过程。番茄红素（CS 和 RR）和胡萝卜素（CS、MP、RR 和 DM）已被证明可以预防心血管疾病，因为它们具有抗氧化作用。发现作为薰衣草精油的主要成分的醋酸芳樟酯（LA 和 EC）可以放松兔血管平滑肌。冰片是 LA 和 BC 的共同成分，具有抗凝作用，因此可以预防血栓形成。此外，在之前的研究中，α-蒎烯（NC、FF 和 LA）和 β-蒎烯（NC 和 LA）被认为能够降低血压。

在丢弃 3 个没有靶标的化合物后，100 个化合物和 219 个目标之间产生了 1291 个化合物-目标相互作用关系。互作模式预测表明，有73个是激活模式，其余是抑制模式，其中许多在之前的研究中得到了验证，例如PTGS2（Cyclooxygenase-2）和CDK6（Cyclin-Dependent Kinase 6）. GOBP富集分析表明，靶标主要富集在血管舒张的正调节、血压的正调节、心脏收缩力的调节、正炎症反应的调节等。随后的功能注释聚类分析进一步将这些生物过程归纳为几个功能模块，如酶合成和活性调节、代谢调节、炎症调节、细胞死亡、血管和肌肉收缩性调节等。

我们对一些关键的预测药物-靶标相互作用进行了配体结合分析，以验证每种化合物对其相关靶标的抑制作用。实验结果列于表 1。化合物山奈酚和儿茶素在 MPO 抑制试验中进行了测试，并被证明是有效的抑制剂。在 5 μM 时，高效的复合儿茶素直接与 MPO 结合，使 MPO 的活性降低 86%。化合物山奈酚在 10 μM 剂量下显示出 84% 的 MPO 活性下调。此外，复方异鼠李素在F2和PIM1抑制试验中进行测试，均显示出较弱的抑制活性。在 100 μM 和 10 μM 剂量下，F2 和 PIM1 的活性分别降低了 36% 和 24%。在一定程度上，这些结果证明了理论预测得到的药物-靶点相互作用是可靠的。

分子-靶标-功能 (C-T-F) 网络

图 2a 显示了生成的 C-T-F 网络，该网络由 100 个化合物、219 个候选靶标及其相应的 9 个功能注释组成。结果显示每个化合物和靶标的平均degree分别为 13 和 5.9 。在化合物与靶标的关系中（图2b），对于那些活性化合物，MOL178表现出最多的靶标候选靶相互作用（degree = 56），其次是MOL269（degree = 44），MOL206（degree = 35）， MOL221（degree = 30）等等，这些都表明了成分的多靶点特性，这是草药作用模式的本质。至于候选靶点，TRPC4表现出最高degree（Degree = 41），CPB2（Degree = 40），ENPEP（Degree = 38），HSD11B （ Degree = 31)，这证明了 CSF 中每种药物通过调节这些相关蛋白质来对治疗 CVD 。

Target-CVDs 网络

在本节中，为了逐个说明潜在目标的特殊作用机制，将相关 CVD 及其相关靶标构建为T-cD网络。

如图 3 所示，体内证据表明，在超压条件下，NOX4的过度激活加剧了心脏功能的损害和细胞凋亡。据报道，GSK3B可阻止线粒体通透性转换孔开放，从而诱导细胞坏死和肌细胞凋亡 。因此，MOL178 和 MOL269 等化合物的调制被认为是心力衰竭心肌保护的有前途的治疗计划。作为心血管疾病的主要危险因素之一，高血压与该 T-cD 网络中的 20 多个目标有关。预测 EDNRA和 NR3C2分别被 MOL82 和 MOL195 抑制，并且在先前的研究中发现 EDNRA 在高血压动脉中过度表达。此外，NR3C2也被报道是血压调节的影响因素，因为它对肾脏中的盐潴留有促进作用 。因此，这些靶点的抑制在后续治疗中值得更多关注。上述所有陈述都证明了 CSF 在治疗 CVD 中的多靶点治疗效率。

同时，心血管疾病的发生是多因素的，不同疾病之间存在相互影响，因此从整体上看，它们共有的靶蛋白将是治疗心血管疾病的潜在有价值的治疗靶点。例如，PTGS2（Cyclooxygenase-2）是心血管疾病发病率和预后的危险因素之一，其产物前列腺素 E2 参与血管平滑肌细胞的炎症过程。该目标与 T-D 网络中的 22 种心血管疾病相关疾病有关，例如血栓形成、慢性肾功能衰竭、心肌病、动脉粥样硬化、糖尿病和肥胖。临床研究表明，1 型糖尿病患者外周血单个核细胞 (PBMC) 中 PTGS2 的表达增加，从而导致 PBMC 功能障碍。此外，相对于健康个体，在动脉粥样硬化的 PBMC 和动脉粥样硬化斑块中也检测到增强的 PTGS2 蛋白水平。因此，PTGS2 的抑制对于 PBMC 活性的恢复和动脉粥样硬化过程中是必不可少的。在我们的研究中，预测 MOL178 会降低 PTGS2 蛋白水平，这将对这些 CVD 相关疾病发挥疗效。

本节根据目前对心血管病病理学的认识，将与心血管病直接相关的通路组装成“心血管病通路”。这些靶蛋白与与 CVDs 通路相关的蛋白质表现出令人难以置信的功能连接紧密度（最终接近度 = 0.0481，接近度 = 0.0027，p < 0.01）。从图 4 可以看出，该 CVDs 相关通路可以分解为炎症、心肌收缩、DNA 修复、蛋白质合成、血管生成、聚集、收缩、松弛等多个功能模块。在这里，我们主要关注四个具有代表性的模块来剖析 CSF 的潜在治疗效果。

血压调节模块

高血压是许多心血管疾病高风险的罪魁祸首之一。动脉压的持续升高最终会导致心脏和肾脏等靶器官受损，并伴随全身代谢异常。因此，通过调节血管平滑肌收缩将血压控制在正常范围内，无疑是心血管疾病治疗中的一个治疗方案。从图4可以看出，检测到血管平滑肌收缩通路中标记的靶基因与血压调节相关。例如，观察到 MOL170 会降低 EDNRA水平，而之前的临床研究表明，EDNRA 的下调显着降低了高血压患者的血压 。

血小板聚集模块

许多心血管疾病如动脉粥样硬化、高血压和血栓性疾病被发现与原发性或继发性内皮细胞损伤密切相关，导致血管外伤引起的出血和随后的血管活性物质释放失衡。在这种情况下，通过血小板聚集在血管损伤部位止血是血管修复过程的主要补救措施。如图4所示，由活性成分调节的靶蛋白通过操作血小板活化途径参与血管修复和血栓形成。MOL203、MOL222 和 MOL238 被预测会降低 PTGS1水平，之前的研究表明 PTGS1 与一些出血并发症有关，因为它干扰了血小板的聚集 ，这表明草药在血管修复过程中通过抑制 PTGS1 的活性调节血小板聚集。

血管生成模块

持续血管生成被认为是许多心脏缺血引起的 CVD 的有效治疗方案。它有效地修复受损组织并使心脏的血液供应恢复正常。从图4可以看出，参与PI3K-Akt信号通路的靶蛋白受到草药成分的调控，从而达到血管生成的调节作用。观察到 MOL178 和 MOL170 分别增加 GSK3B 水平和降低 F2R水平。先前的体内数据发现，GSK3B 的上调抑制了血管生成过程，而 GSK3B 的表达降低则促进了毛细血管的形成。

串扰

生物串扰是指一个信号通路的一个或多个靶基因同时影响另一个或多个通路。从图4可以看出，血管平滑肌收缩通路（红色）和血小板活化通路（黄色）/PI3K-AKT信号通路（紫色）之间存在两种典型的串扰，这是由于它们之间的相互作用是通过调节参与任一途径的共同靶蛋白来实现的。

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