特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种以逐渐加重的呼吸困难和肺功能不可逆下降为特征的慢性、进行性肺间质疾病。此病在发 展过程中受炎症反应、肺损伤、免疫反应和纤维生成等要素的综合影响，导致机体出现肺泡损伤、成纤维细胞增殖以及细胞外基质(ECM)大量沉积等病理 表现。我国目前IPF患病人数呈逐年增加的趋势，且预后不良。目前，西医治疗特发性肺纤维化多以糖皮质激素、细胞毒药物和免疫抑制剂为主。大量临床和试验研究表明中医药对IPF的多个病理环节均有明显的改善作用，可提高患者的生存质量，降低死亡率，具有良好的应用前景。基于数据挖掘分析，中医药在治疗此类疾病过程中补益药的使用频率高达55%，其中黄芪的使用频次 为148次，位列第一，以此说明黄芪在特发性肺纤维化的治疗中发挥了重要作用。
黄芪(Astragali Radix)味甘，性微温，归脾、肺经，具有补脾升阳、益肺固表等功效，常用于扶正固本，《神农本草经》载其“主治痈疽…补虚”，是临床防治多脏器纤维化的主要中药之一。黄芪活性成分较多，主要含黄芪皂苷、黄芪多糖、黄酮类化合物及三萜类物质。目前，黄芪的化学成分及活性成分受到广泛关注，随着各方对黄芪药理作用研究的不断深入，黄芪甲苷、黄芪多糖、黄芪总皂苷及黄芪注射液，已在IPF的治疗中取得疗效。因此本研究以黄芪化学成分为切入点，通过网络药理学及分子对接技术，探讨黄芪治疗IPF 的关键活性成分及调节的靶点，为开发及临床用黄芪提供理论依据。具体流程见图 1。
特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种原因不明，呈慢性进行性加重且难以逆转的最常见的肺系疾病，是炎症反应、肺损伤、免疫反应和纤维生成4个要素的综合结果。IPF影响全球约300万人，多发于中老年人，以逐渐加重的呼吸困难和肺功能不可逆下降为特征，预后不良。IPF生存率低，发病率高，被称为“类肿瘤疾病”，一经确诊，患者的生存率会逐年下降，3年的患病时长尚可保证50%的生存率，一旦达到5年，其生存率会下降至仅剩20%，是严重危害公众健康的重大疾病。
黄芪(Astragali Radix)乃补气之长者，主入肺、脾二经，因其广泛的作用范围和明确的功效而成为中医临床治疗肺纤维化的最常用中药之一。其化学 成分诸多，药理研究表明黄芪能够增强免疫功能，具有抗炎、抗菌、抗病毒与抗缺氧等作用，可降低肺中胶原含量，为临床防治多脏器纤维化的主要中药之一。目前已发表的文献中多以黄芪的主要成分黄芪甲苷、黄芪总黄酮等作为主要研究对象，本研究通过生物信息学发现黄芪治疗IPF的成分-靶点网络图显示异鼠李素、叶酸等6种化合物与IPF的多个靶点连接度较高，分子对接结果提示这些成分可能在黄芪治疗IPF的过程中发挥作用。Zheng等研究证实异鼠李素可通过抑制内质网应激和上皮-间充质转化保护博莱霉素诱导的肺纤维化；Kawami等研究发现叶酸可能有效抑制mtx诱导的肺损伤；Yao等研究发现巨噬细胞的叶酸受体β表达在IPF中起着致病性作用，针对表达叶酸受体β的巨噬细胞的靶向治疗也许是治疗IPF的有效方法。
GO和KEGG信号通路分析结果显示，黄芪治疗IPF靶点涉及通路主要与炎症反应和氧化应激相关，结合分析结果及文献研究发现IL-17信号通路、EGFR信号通路及HIF-1信号通路与IPF的关联度较高。Xu等研究发现IL-17可作为肺纤维化辅助诊断指标，预测药物疗效，评估治疗效果；Pan等研究发现COPD患者的IL-17表达含量明显升高，炎症反应持续; Ma等研究发现 CBPP的PEI作为先导化合物，可以通过作用于EGFR和MLC2信号通路，改善肺功能，减轻肺纤维化; Wang等通过研究证实百草枯能够通过激活HIF-1α信号通 路来启动上皮间质转化程序，进而诱导肺纤维化的产生。
PPI网络分析结果发现PTGS2、VEGFA、MMP-9、STAT3及EGFR为关键靶点，分子对接结果说明黄芪化学成分能与其有较好的结合，目前，已有研究表明这些靶点在IPF中发挥重要作用。Wang等研究发现益气温阳活血利水法能够改善肾脏损伤，减少纤维化，其机制可能为调控PTGS2/NOX1信号通路进而降低ROS水平减少细胞铁死亡; BLM诱导大鼠的实验表明，抑制VEGF可能会减少纤维化，而VEGF的过表达会加重肺纤维化的进程; Luan等研究发现黄芪甲苷可通过降低VEGF、VEG-FR2基因表达水平来发挥抗肺纤维化的作用; MMP-9是一种IV型胶原酶，可以降解分布于肺基底膜和间质的胶原ECM等成分，导致肺损伤并启动肺纤维的发生，Ren等研究发现通肺络补宗气方可调节MMP-9/TIMP1失衡，减少FN、Col Ⅳ的过度沉积，进而改善大鼠肺功能，抑制大鼠肺纤维化的发生发展; Wu等研究发现敲除小鼠的STAT3基因，STAT3活性表达增加而减少成纤维细胞的凋亡，更易被BLM诱导发生肺纤维化，提示STAT3蛋白可能促进了肺纤维化的发生。以表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)为代表的EGF生长因子家族及其受体EGFR均在肺纤维化的病程中起着重要作用，Li等研究发现EGFR在博莱霉素染毒大鼠肺组织损伤的不同组别表达水平具有明显差异，IPF组患者肺组织中的EGFR表达水平明显高于对照组患者，以此推测IPF的发生可能与EGFR高表达有关。
HE染色和Masson染色结果显示，IPF大鼠肺内积有大量炎症细胞，胶原增殖程度明显增加，肺组织结构发生病理性改变，胶原组织替代了正常的肺 泡结构，导致肺的呼吸功能受损，经叶酸和黄芪治疗后病理情况有所改善，黄芪的治疗效果更为明显。实验大鼠血清ELISA结果显示，模型对照组及2个药物治疗组大鼠血清IL-17、MMP-9含量与空白对照组相比均有明显增高，其中模型对照组含量最高。2个药物治疗组干预效果显示，黄芪组大鼠血清IL-17、MMP-9含量明显低于叶酸组。从趋势上来看， 药物治疗组大鼠血清IL-17、MMP-9含量同模型对照组比均有所降低，说明其能够通过抑制IPF大鼠血清中IL-17、MMP-9的表达，进而起到抗IPF的作用。
综上所述，本研究应用生物信息学方法对黄芪治疗IPF的成分-靶点进行了分析，通过实验验证了黄芪活性成分对于IPF具有治疗作用，提示筛选具有合理性，实验结果初步明确黄芪防治IPF的关键靶点及活性成分，黄芪的治疗效果优于其活性成分叶酸的治疗效果，侧面体现黄芪是通过多成分、多靶点、多途径协同作用治疗IPF的特点，但由于中药化学成分复杂，详细的作用机制需进一步探究。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2021年第9期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。
引用格式：
赵梦雅,姜梦笔,杨欣,等.基于网络药理学和分子对接探讨黄芪治疗特发性肺纤维化的分子机制[J].天然产物研究与开发,2021,33:1582-1592.
Zhao MY,Jiang MB,Yang X,et al.Study on the molecular mechanism of Astragali Ｒadix in treating idiopathic pulmonary fibrosis based on network pharmacology and molecular docking[J].Nat Prod Res Dev,2021,33:1582-1592.
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