基于指紋圖譜和網絡藥理學的蒼耳子質量標志物預測分析

敖慧豪 付夢雅 謝冬梅 朋湯義 吳德玲 韓燕全

〔摘要〕 目的 基于指紋圖譜和網絡藥理學預測蒼耳子質量標志物，為其質量控制和藥效研究提供依據。方法 選擇10批不同產地蒼耳子飲片，采用超高效液相色譜系統Waters Acquity UPLC H-Class建立其UPLC指紋圖譜，通過對照品指認確定其共有峰并初步預測其候選Q-Marker；運用網絡藥理學構建“核心成分-靶點-通路”網絡，進一步預測蒼耳子Q-Marker及核心靶點，再用分子對接方法預測分析蒼耳子Q-Marker生物活性。結果 建立了10批蒼耳子飲片的指紋圖譜，確認了18個共有峰，通過蒼耳子對照品指認了其中8個峰，分別為原兒茶醛、新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸、咖啡酸、3，4-二咖啡?？鼘幩?、3，5-二咖啡?？鼘幩岷?，5-二咖啡?？鼘幩?。經網絡藥理學分析，以上8種成分關聯29個核心靶點與20條關鍵通路，與蒼耳子抗炎、抗腫瘤等作用密切相關，可作為蒼耳子藥效活性成分。分子對接結果顯示該8種成分與其對應的核心靶點之間均有較好的結合能力，表明蒼耳子候選Q-Marker擁有較好的生物活性。結論 通過UPLC指紋圖譜和網絡藥理學分析，預測出蒼耳子的Q-Marker，為其質量及藥效學的進一步研究提供了參考。

〔關鍵詞〕 蒼耳子；質量標志物；指紋圖譜；網絡藥理學；分子對接

〔中圖分類號〕R284.1 ? ? ? 〔文獻標志碼〕A ? ? ? ?〔文章編號〕doi：10.3969/j.issn.1674－070X.２０23.03.017

Predictive analysis of Cangerzi （Fructus Xanthii） quality markers based on

fingerprint and network pharmacology

AO Huihao1，2， FU Mengya1，2， XIE Dongmei2， PENG Tangyi1， WU Deling1， HAN Yanquan1*

1. The First Hospital of Anhui University of Chinese Medicine/The Third Class Laboratory of Chinese Medicine Preparation， National Administration of Chinese Medicine/Anhui Key Laboratory of Chinese Medicinal Formula/Anhui Engineering

Technology Research Center of Modernized Pharmaceutics， Hefei， Anhui 230601， China; 2. Anhui University of

Chinese Medicine， Hefei， Anhui 230031， China

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕 Objective Based on the fingerprint and network pharmacology， the quality markers of Cangerzi （Fructus Xanthii） were predicted to provide the basis for its quality control and pharmacodynamics research. Methods Ten batches of Cangerzi （Fructus Xanthii） from different habitats were selected， and their UPLC fingerprints were established by Waters Acquity UPLC H-Class. Their common peaks were identified by reference materials and their candidate Q-Markers were preliminarily predicted; network pharmacology was used to construct a "core-component-target pathway" network to further predict the Q-Markers and core targets of Cangerzi （Fructus Xanthii）， and molecular docking method was used to verify the biological activity of Cangerzi （Fructus Xanthii） Q-Markers. Results The fingerprints of 10 batches of Cangerzi （Fructus Xanthii） were established， and 18 common peaks were identified. Eight peaks were identified by the reference substance of Cangerzi （Fructus Xanthii）， namely 3，4-Dihydroxybenzalde， neochlorogenic acid， chlorogenic acid， cryptochlorogenic acid， caffeic acid， 3，4-Dihydroxybenzaldehyde， 3，5-dicaffeoylquinic acid and 4，5-dicaffeoylquinic acid. According to the network pharmacological analysis， the above 8 components are associated with 29 core targets and 20 key pathways， which are closely related to the anti-inflammatory and anti-tumor effects of Cangerzi （Fructus Xanthii）， and they can be used as the active components of Cangerzi （Fructus Xanthii）. Molecular docking results showed that the 8 components had good binding with their corresponding core targets， indicating that the candidate Q Markers of Cangerzi （Fructus Xanthii） had good biological activity. Conclusion Through UPLC fingerprint and network pharmacological analysis， the Q-Marker of Cangerzi （Fructus Xanthii） has been predicted， providing reference for further research on its quality and pharmacodynamics.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕 Cangerzi （Fructus Xanthii）; quality marker; fingerprint; network pharmacology; molecular docking

蒼耳子為菊科植物蒼耳（Xanthium sibiricum Part．）的干燥成熟帶總苞的果實，又名葈耳實、老蒼頭等，其味苦、甘、辛，性溫，有毒，歸肺經[1]；其主要功效為散風寒、通鼻竅和祛風濕，用于治療風寒頭痛、鼻塞流涕、鼻鼽、鼻淵、風疹瘙癢、濕痹拘攣等。蒼耳子含有多種化學成分，主要包括水溶性苷類、倍半萜內酯類、揮發油類、脂肪油類和酚酸類等[2-7]?，F代藥理學研究表明，蒼耳子具有降血糖、抗過敏、免疫抑制、抗菌、抗炎鎮痛和抗腫瘤等作用[2-9]，臨床上多用于治療急慢性鼻炎、鼻竇炎和感冒[8-14]。蒼耳子產地廣泛，全國各地均有分布[15]，藥材質量差異較大。因此，探索蒼耳子相關質量控制技術對蒼耳子的質量及藥效等研究具有重要研究意義。

近年來，劉昌孝院士提出了“中藥質量標志物（Q-Marker）”的新概念[16]，其以“有效性、特有性、溯源性、可測性和中醫藥理論關聯性”為原則，為促進中醫藥發展，完善中藥質量控制體系提供了新的研究思路。目前，中藥Q-Marker已廣泛應用于中藥及復方制劑研究中，成為中藥質量控制研究的有效手段之一[17-18]。本研究通過建立不同產地蒼耳子飲片的UPLC指紋圖譜，運用網絡藥理學進一步驗證確定其質量標志物，并通過分子對接技術驗證其活性，以期為進一步完善蒼耳子質量控制和藥效學提供參考。

1 材料

1.1 ?儀器

Waters Acquity UPLC H-Class超高效液相色譜系統，配有四元超高壓溶劑系統、自動進樣恒溫樣本管理器、柱溫箱、PDA檢測器和Empower 2色譜工作站（美國Waters公司）；KQ3200DB型超聲清洗器（江蘇昆山超聲儀器有限公司）；XFB-200型高速中藥粉碎機（吉首市中州制藥機械廠）；BP211D型電子天平（德國Sartorius公司）；YM-902型高精密度防潑水pH計（姜堰市櫻明儀器儀表有限公司）。

1.2 ?試劑

對照品：綠原酸（99.39%；批號：110753-200413）和咖啡酸（98.00%；批號：110885-200102）購自中國食品藥品檢定研究院：1，3-二咖啡?？鼘幩幔?9.00%；批號：11042905）、原兒茶醛（99.50%；批號：1103006）、3，4-二咖啡?？鼘幩幔?8.50%；批號：12041114）、3，5-二咖啡?？鼘幩幔?9.20%；批號：12101101）、4，5-二咖啡?？鼘幩幔?8.40%；批號：11081803）、隱綠原酸（99.00%，批號：11112203）和新綠原酸（99.00%；批號：11112202）均購自成都曼斯特化工有限公司，經1H-NMR、13C-NMR、MS、IR和UV等光譜檢測確認其結構，按歸一化法測得其純度；乙腈和甲醇為色譜純（德國SIGMA公司）；磷酸等試劑均為分析純（天津市富宇精細化工有限公司）；水為屈臣氏蒸餾水。

1.3 ?材料

本研究所用10批蒼耳子飲片來自不同產地（安徽六安、安徽岳西、福建廈門、合肥南郊、河北安國、河南洛陽、河南固陽、河南駐馬店、四川達州、內蒙古包頭。按順序為S1-S10），經安徽中醫藥大學第一附屬醫院韓燕全主任中藥師鑒定均為菊科植物蒼耳（Xanthium sibiricum Part．）的成熟帶總苞的果實去刺后的飲片，用前粉碎過40目篩。

2 方法和結果

2.1 ?蒼耳子UPLC指紋圖譜的建立

2.1.1 ?色譜條件 ?Waters Acquity UPLC BEH C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）；流動相為乙腈（A）-0.1%磷酸水溶液（B），梯度洗脫程序為：0～2 min，3%-5% A；2～8 min，5%-10%A；8～8.5 min，10%-15%A；8.5～14 min，15%-20%A；14～17 min，20%-24%A；17～20 min，24%-35%A；20～22 min，35%-50%A；檢測波長為220 nm；流速0.25 mL/min，柱溫30 ℃。

2.1.2 ?對照品溶液的制備 ?精密稱定新綠原酸、原兒茶醛、綠原酸、咖啡酸、隱綠原酸、1，3-二咖啡?？鼘幩?、3，5-二咖啡?？鼘幩?、3，4-二咖啡?？鼘幩岷?，5-二咖啡?？鼘幩釋φ掌愤m量，分別置于棕色量瓶中甲醇溶解，制得各對照品溶液。分別取對照品溶液各一定量逐次稀釋，得到濃度分別為10.120、4.573、44.400、2.680、3.093、2.507、29.333、3.613和9.480 μg/mL的混合對照品溶液。

2.1.3 ?供試品溶液的制備 ?精密稱取蒼耳子藥材粉末0.3 g，置于10 mL棕色量瓶中，甲醇定容至刻度，超聲提取30 min（150 W，40 kHz），放至室溫，加甲醇補足損失體積，搖勻，再次靜置，臨用前用0.22 μm濾膜濾過，取續濾液作為供試品溶液。

2.1.4 ?精密度試驗 ?取S1號蒼耳子供試品溶液，按照“2.1.1”項下的色譜條件連續進樣6次，記錄色譜圖，以5號峰為參照峰，計算各共有峰的相對保留時間和相對峰面積。結果顯示，各共有峰相對保留時間RSD均小于0.85%，相對峰面積RSD均小于1.25%，表明儀器精密度良好。

2.1.5 ?重復性試驗 ?取蒼耳子藥材S1號樣品平行制備6份供試品溶液，按“2.1.1”項下色譜條件進樣分析，記錄色譜圖。以5號峰為參照峰，計算各共有峰的相對保留時間和相對峰面積。結果顯示，各共有峰相對保留時間RSD均小于1.32%，相對峰面積RSD均小于1.64%，表明該方法重復性良好。

2.1.6 ?穩定性試驗 ?取蒼耳子供試品溶液（編號S1），于室溫放置0、2、4、8、12、24 h時按“2.1.1”項下色譜條件進樣分析，記錄色譜圖。以5號峰為參照峰，計算各共有峰的相對保留時間和相對峰面積。結果顯示，各共有峰相對保留時間RSD均小于0.89%，相對峰面積RSD均小于1.14%，表明供試品溶液在室溫放置24 h內穩定性良好。

2.1.7 ?指紋圖譜的建立 ?將10批蒼耳子藥材色譜圖依次導入國家藥典委員會研制的“中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統”（2012.130723版本）中，以S1為參照譜圖，采用中位數法，時間窗寬度0.1，得到10批蒼耳子藥材的疊加UPLC指紋圖譜（圖1）和蒼耳子對照指紋圖譜（圖2），得到18個共有峰，以對照指紋圖譜R為參照，其相似度分析結果見表1，各批次蒼耳子與對照指紋圖譜相似度均>0.900。

2.1.8 ?指紋圖譜共有峰指認 ?對10批蒼耳子藥材進行指紋圖譜分析，得到18個共有峰，通過與對照品指認，確認了8個共有峰，見圖2。

2.2 ?蒼耳子網絡藥理學分析

蒼耳子所含化學成分種類較多，其中酚酸類成分作為蒼耳子的主要藥效成分，具有多種藥理作用[19-20]。因此，基于中藥質量標志物可測性和溯源性，將以上指認的8個酚酸類成分作為蒼耳子Q-Marker候選成分。

2.2.1 ?蒼耳子候選化合物靶點預測及成分-靶點網絡的構建 ?將上述篩選出來的8個Q-Marker候選成分（新綠原酸、原兒茶醛、綠原酸、咖啡酸、隱綠原酸、3，5-二咖啡?？鼘幩?、3，4-二咖啡?？鼘幩岷?，5-二咖啡?？鼘幩幔┓謩e通過TCMSP、SwissTargetPrediction數據庫查找Q-Maker的作用靶點，去除平臺間的重復項，并使用Uniprot轉化為基因名，得到了與候選成分相關的118個靶點，將所有成分和靶點導入Cytoscape 3.7.2軟件構建成分-靶點網絡圖。詳見圖3。

2.2.2 ?靶點蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction， PPI）網絡分析 ?將選出的118個作用靶點，導入STRING數據庫（http：//string-db.org/cgi/input.pl）構建PPI網絡，物種選擇為智人（Homo Sapiens），去除無關聯的靶點，其他設置不變，生成PPI網絡圖。隨后對PPI網絡圖進行拓撲特征分析，篩選degree值大于兩倍中位數的點作為核心靶點，經篩選后共得到29個重要核心靶點。詳見表2。

2.2.3 ?GO與KEGG富集分析 ?將已候選Q-Marker相關的29個核心靶點導入DAVID數據庫中，限定物種信息為智人（Homo sapiens）進行GO與KEGG通路富集分析。GO富集分析共獲得295條信號通路，其中生物進程（BP）205個，細胞組分（CC）41個，分子功能（MF）49個；KEGG富集分析共獲得114個信號通路。以P＜0.01和FDR＜0.01為條件，對GO條目和KEGG通路進行篩選，選取前20個進行可視化分析。詳見圖5—6。

結果顯示，GO富集分析主要參與的生物過程（BP）包括細胞遷移的正向調節，血管生成、肽基酪氨酸磷酸化、對脂多糖的反應、蛋白質磷酸化、凋亡過程的正向調控等。涉及膜筏、質膜、細胞質核周區等細胞組分（CC），具有酶結合、蛋白絲氨酸/蘇氨酸/酪氨酸激酶活性、ATP結合、蛋白質結合等分子功能（MF）。KEGG富集到癌癥中的蛋白聚糖、脂質和動脈粥樣硬化、癌癥的途徑、AGE-RAGE信號通路在糖尿病并發癥中的作用、冠狀病毒感染-COVID-19、癌癥中的微小RNA、乙型肝炎、黏著斑、人類巨細胞病毒感染、PI3K-Akt信號通路等。

2.2.4 ?“關鍵成分-核心靶點-通路”網絡構建和分析 ?本研究根據篩選得到8個關鍵成分，29個主要靶點、81個主要信號通路導入Cytoscape 3.7.2軟件構建成分-靶點-通路網絡圖（見圖7）。靶點MAPK1（degree 73）、PIK3CA（degree 69）、CASP8（degree 29）、EGFR（degree 37）、PRKCA（degree 47）、CASP3（degree 36）、TLR4（degree 25）、STAT3（degree 24）、ERBB2（degree 21）、MMP2（degree 18）具有較大degree值，可作為核心靶點。通路中的癌癥蛋白聚糖（degree 13）、癌癥中的微小RNA（degree 10）、脂質和動脈粥樣硬化（degree 13）、癌癥的途徑（degree 15）、冠狀病毒感染-COVID-19（degree 10）的degree值為兩倍中位數及以上，為重要通路。

2.3 ?分子對接驗證分析

為進一步明確核心成分和核心靶點的相關性和驗證其結合活性，使用AutoDock Vina 1.5.7軟件將以上8個核心成分和10個核心靶點分別進行對接。

以候選的8個核心成分為配體，在PubChem數據庫中下載其3D結構sdf格式文件，以核心靶點MAPK1、PIK3CA、CASP8、EGFR、PRKCA、CASP3、TLR4、STAT3、ERBB2、MMP2為受體，在RSCB PDB數據庫中物種選擇“人”，下載其3D結構的pdb格式文件[21]。使用pymol和Auto Dock Tools 1.5.7軟件分別對受體和配體進行去水、加氫、加電荷處理，Auto Dockvina進行分子對接，得到受體配體結合能（見表3）。結合能表明受體配體的相互作用強度，結合能越低，表明兩者結合越穩定。一般認為，結合能<-4.0 kcal·mol-1時，受體與配體之間有較強的結合能力[22]。分子對接結果表明8個核心成分與核心靶點結合能均≤-4.0 kcal·mol-1，這表明本研究中候選Q-Marker與核心靶點之間均有較強的親和能力，初步驗證了指紋圖譜和網絡藥理學的篩選結果。核心靶點CASP8、PRKCA、CASP3、MMP2與較多核心成分有關聯，根據受體配體結合能的大小，選取其中結合活性較好的進行可視化分析。詳見圖8。

3 討論

中藥指紋圖譜技術是一種綜合、可量化的檢測手段，具有整體性和模糊性的特點。指紋圖譜具有硬件條件簡單，對中藥成分的響應較高、穩定性、重復性好及指標成分易檢測等優勢，TOF/MS等質譜法雖可以檢測到較多成分，但是多數成分含量較低，實際應用于中藥質量控制在硬件和軟件上均有較大難度。網絡藥理學是基于系統生物學的理論，著重于生物系統的網絡分析，在多組分、多靶點和多途徑的中藥研究中，網絡藥理學強調整體性和系統性的研究方式與中醫藥理論高度相似。因此，本研究通過UPLC指紋圖譜與網絡藥理學，篩選得到了蒼耳子中8個候選Q-Marker，分別為新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸、咖啡酸、原兒茶醛、3，4-二咖啡?？鼘幩?、3，5-二咖啡?？鼘幩?、4，5-二咖啡?？鼘幩?。網絡藥理學分析得此8個成分主要與蒼耳子抗炎、抗病毒和抗腫瘤等作用相關。分子對接展現了此8個成分與關鍵靶點之間的分子結合力，表明其具有的良好的生物活性。初步確定了以上8種成分可以作為蒼耳子的Q-Marker。

文獻研究發現，酚酸類成分如原兒茶醛、新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸具有抗炎、抗癌、抗血栓和抗氧化活性等[23-27]；咖啡酸在體內外均有顯著抗氧化、抗菌活性，并具有調節腸炎的作用[28-30]；1，3-二咖啡?？鼘幩峥赏ㄟ^刺激海馬nNOS-NO活性來緩解抑郁癥樣表型，具有抗抑郁作用[31]；3，4-二咖啡?？鼘幩釋Ψ蔷凭灾拘愿窝拙哂休^好的保護作用[32]；3，5-二咖啡?？鼘幩峥赏ㄟ^調節HMGB1/TLR4/NF-κB通路減輕肝纖維化，并對急性肺損傷具有較好的治療作用[33-34]；4，5-二咖啡?？鼘幩峥杀Ｗo肝臟、抗乙肝，并對乳腺癌具有潛在的治療作用[35]。核心靶點PIK3CA、CASP8、EGFR、PRKCA、CASP3、TLR4、STAT3、ERBB2、MMP2具有較高degree值，可能與蒼耳子抗炎、抗菌、抗腫瘤等相關。KEGG富集的主要通路中發現其與新型冠狀病毒感染具有較高的關聯，其對新型冠狀病毒感染的相關藥效作用值得進一步研究。蒼耳子GO富集分析中生物進程BP主要涉及細胞遷移、蛋白質磷酸化；細胞組分CC主要為質膜、胞質核周區等；分子功能MF主要涉及蛋白質結合、ATP結合等。分子對接驗證了其Q-Marker與核心靶點有較好的結合能力，理論上證實了Q-Marker具有較好的生物活性。

中藥進入機體發揮作用是個相對復雜的過程，需經炮制、胃腸吸收、肝藥酶代謝等多個途徑入血發揮藥效作用，其中化學成分經各級影響最后才能形成藥效分子。從中藥指紋圖譜與網絡藥理學分析篩選中藥質量標志物具有一定的科學性，其均具有整體性的特點。綜上所述，本研究采用指紋圖譜結合網絡藥理學的方式，初步篩選預測出新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸、咖啡酸、原兒茶醛、3，4-二咖啡?？鼘幩?、3，5-二咖啡?？鼘幩?、4，5-二咖啡?？鼘幩釣樯n耳子的候選Q-Marker，實驗為蒼耳子質量控制及其作用機制研究提供了一定的參考，也為后續進一步預測和驗證蒼耳子質量標志物提供了基礎。

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〔收稿日期〕2022-09-19

〔基金項目〕安徽省徽派炮制傳承工作室項目（皖中醫藥發展秘〔2021〕10號）；2019年度浙江省重點建設高校優勢特色學科（中藥學）開放基金資助項目（ZYAOXZD2019005）。

〔第一作者〕敖慧豪，男，碩士研究生，研究方向：中藥炮制及質量控制研究。

〔通信作者〕*韓燕全，男，博士，主任藥師，E-mail：hyquan2003@163.com。