基于网络药理学探讨蝙蝠菱角壳抗炎作用机制

摘要：本研究基于网络药理学方法，探讨蝙蝠菱角壳抗炎的潜在分子机制。通过TCMSP筛选其活性成分及靶点，结合GeneCards与OMIM数据库获得结肠炎相关靶点，取交集后构建PPI网络，并借助Cytoscape分析关键靶点。随后利用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。结果共筛选出11个活性成分及111个潜在靶点，PPI网络中AKT1、SRC、PTGS2等为核心靶点。GO分析显示，靶点涉及染色质重塑、胰岛素信号及异源刺激应答等过程；KEGG分析表明，其主要通过PI3K-Akt、HIF-1、Rap1等通路发挥抗炎及抗肿瘤作用。研究表明，蝙蝠菱角壳通过多成分、多靶点、多通路协同作用，为阐明其药理机制及新药开发提供理论支持。

关键词：网络药理学；蝙蝠菱角壳；潜在靶点；抗肿瘤；药理机制

蝙蝠菱角（Trapa bispinosa Roxb）为一年生草本水生植物，属于菱科、菱属，又名菱实、水粟、沙角等，常见于河流、湖泊和池塘等地[1]。菱角在世界各地都有广泛种植，主要分布于非洲、欧洲和亚洲[2-4]。在中国，菱角作为一种传统的食药两用蔬果已有上千年的栽培历史，广泛分布于山东、浙江、安徽、江苏、湖北、湖南、广东等省份[5-7]。

菱角的果肉、茎叶、花梗、外壳均可入药，其中外壳和花梗最为有效[8]。现代研究发现其富含黄酮、萜类、甾体类等活性成分，具有抗炎、抗菌、抗肿瘤和免疫调节等生物活性，显示出较高的药用价值与开发潜力[9]。然而，其复杂的作用机制仍未完全阐明，制约了其深入研究与临床应用。

本研究基于网络药理学方法，系统探讨蝙蝠菱角壳提取物的多成分、多靶点、多通路的协同作用机制，以期为其开发利用提供理论支持。网络药理学通过整合药物与疾病靶点、通路等信息，构建作用网络，弥补了传统研究的局限，已广泛应用于中药研究并取得良好成果[10]。为获取系统数据和研究动态，本研究还采用网页分析法，结合百度、谷歌、ResearchGate、ScienceDirect等平台，检索蝙蝠菱角壳网络药理学相关文献与资料，提取和整合研究信息，分析其研究现状与发展趋势，为后续探讨蝙蝠菱角壳治疗结肠炎的机制奠定基础。

1 方法

1.1 蝙蝠菱角壳活性成分筛选与靶点预测

本研究基于中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP），以“蝙蝠菱角壳”为关键词，设置口服生物利用度（OB）≥30%和药物相似性（DL）≥0.18为筛选标准，获得潜在活性成分。利用PubChem数据库获取化合物的SMILES结构式，并导入SwissADME平台，进一步筛选胃肠道吸收能力为“high”且具备至少两个药物相似性指标为“YES”的化合物，以确保其良好的药代动力学性质。随后，使用SwissTargetPrediction平台预测各成分的潜在作用靶点，为构建药物-靶点网络提供基础数据。

1.2 结肠炎相关疾病靶点获取

在GeneCards与OMIM数据库中，以“Inflammatory Bowel Disease”或“Ulcerative Colitis”为关键词检索结肠炎相关基因。依据GeneCards中“Relevance score”的中位数筛选出高相关性的疾病靶点，用于后续分析。

1.3 靶点交集分析

通过Venn分析工具，将蝙蝠菱角壳活性成分预测靶点与结肠炎相关疾病靶点求交集，获得共同作用靶点，作为潜在关键作用位点。

1.4 PPI网络构建

借助STRING数据库，构建蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络，明确靶点之间的交互关系，为识别关键节点提供支持。

1.5 “成分–靶点–疾病”网络构建与分析

利用Cytoscape 3.10.2软件构建“活性成分–靶点–结肠炎”网络，依据节点的Degree值评估成分与靶点间的连接强度，筛选关键活性成分。

1.6 GO与KEGG富集分析

使用DAVID数据库对交集靶点进行GO功能与KEGG通路富集分析。结果通过微生信平台进行可视化，其中GO分析按BP、CC、MF三类分别提取前10条，KEGG通路取前20条，并以富集条形图展示。

1.7 “靶点–通路”网络构建

将关键通路及对应靶点导入Cytoscape，构建“靶点–通路”可视化网络，提取关键通路对应的子网络，用以探讨蝙蝠菱角壳调控结肠炎的潜在机制。

2 结果与讨论

2.1蝙蝠菱角壳的化学成分及靶点结果

蝙蝠菱角壳的化学成分及靶点结果筛选得到高活性化合物11个，对应的靶点221个。

2.2结肠炎的相关疾病靶点结果

Genecards数据库和OMIM数据库分别检索出结肠炎相关的疾病靶点2921和534个，去除重复的共3297个。

2.3基因映射结果

将蝙蝠菱角壳活性化学成分所对应的靶点与结肠炎的疾病相关靶点进行映射，得到映射靶点111个（图1）。

2.4 PPI

通过String平台获得PPI网络（图2）。

2.5 “蝙蝠菱角壳活性成分-靶点-结肠炎”网络分析结果

筛选出前20名degree偏高的关键成分（图3）。在“蝙蝠菱角壳活性成分-靶点-结肠炎”网络图中（图4），网络拓扑结构分析得出各节点degree值，排名前5位的化合物是：槲皮素（quercetin）、非瑟酮（fisetin）、山奈酚（kaempferol）、β-谷甾醇（β-sitosterol）、豆甾醇（stigmasterol）。

2.6 GO 功能富集分析

以P<0.05为筛选标准，共获得291条GO富集条目。其中，生物学过程（BP）条目182条，主要涉及染色质重塑、胰岛素受体信号通路、异源生物刺激应答、Ephrin受体信号通路等；细胞组成（CC）条目28条，涵盖细胞质膜、胞质溶胶、蛋白质复合体、受体复合体及谷氨酸能突触等结构；分子功能（MF）条目81条，富集于酶结合、核受体活性、蛋白酪氨酸激酶活性等功能模块。根据富集显著性，选取各类目前10项进行可视化展示（见图5A）。

2.7 KEGG通路富集分析

以P<0.05为筛选标准，共富集获得84条KEGG信号通路。显著性排名前20的通路主要包括癌症相关通路（如癌症通路、前列腺癌、膀胱癌）、细胞程序性死亡与免疫调控通路（如胞葬作用、PD-L1/PD-1检查点通路、C型凝集素受体通路）、信号转导通路（如PI3K-Akt、HIF-1、Rap1、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药性）、内分泌及代谢相关通路（如催乳素、甲状腺激素、花生四烯酸代谢）、化学致癌与氧化应激通路（如化学致癌-受体激活、活性氧物种作用）等，详见图5B。

3 结论

本研究基于网络药理学分析，揭示蝙蝠菱角壳中的槲皮素、山奈酚等活性成分可能通过调控SRC、GSK3B等关键靶点，干预PI3K-AKT、HIF-1等信号通路，发挥抗炎、抗氧化及修复肠道屏障的作用。后续研究需结合实验验证，进一步夯实蝙蝠菱角壳治疗结肠炎的科学依据。

参考文献：

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项目：宿州学院国家级大学生创新创业训练计划项目（项目号：202310379013）资助