《班夏泻心汤治疗急性胃肠炎的机制探究：基于网络药理学与分子动力学的研究》

《Computational and Structural Biotechnology Reports》：Mechanistic Insights into Banxia Xiexin Decoction against Acute Gastroenteritis An Integrated Network Pharmacology and Molecular Dynamics Study

中药复方 BXD 治疗急性胃肠炎的分子机制研究基于系统药理学方法，通过分子对接和动态模拟发现其多靶点调控（如 TNF、STAT3）炎症信号通路，稳定蛋白-配体复合物（如 7-甲氧基-2-甲基异黄酮与 STAT3 结合自由能-119.77 kJ/mol），抑制肠道屏障损伤和免疫过度激活。

　　急性胃肠炎（AGE）是一种全球范围内广泛存在的胃肠道疾病，主要由细菌、病毒或寄生虫感染引起。其典型症状包括腹泻、恶心、呕吐、腹痛和发热，严重时可能导致脱水和电解质失衡，尤其是在儿童和老年人中，这使其成为全球儿童死亡的主要原因之一。每年估计有30亿至50亿例AGE病例，其中低收入国家的发病率较高。在这些病原体中，诺如病毒是主要致病因素之一，占全球AGE感染的近18%。AGE的发病机制涉及复杂的病理过程，特别是炎症反应和免疫通路的激活。病原体感染会刺激多种信号级联反应，包括TLR4/NF-κB、MAPK和PI3K-Akt等通路，进而引发过度的免疫反应。这种异常的炎症反应破坏了肠道屏障功能，加剧了黏膜炎症，并导致促炎细胞因子的过量产生，进一步强调了针对肠道黏膜炎症通路进行治疗的重要性。

目前AGE的治疗手段主要依赖于支持性治疗，如口服补液盐（ORS）和抗生素。然而，有效的抗病毒或抗炎药物仍然有限。ORS虽然可以纠正脱水，但无法抑制病原体的复制，而抗生素的不当使用则可能导致抗生素耐药性的增加。此外，针对单一分子通路的单靶治疗在AGE这样的多因素疾病中显得不足，因为AGE的发病涉及上皮损伤、免疫失调和微生物失衡等多种因素。因此，迫切需要开发能够恢复肠道稳态并控制炎症的多靶点、多通路治疗策略。

Banxia Xiexin Decoction（BXD）是一种经典的中药方剂，广泛用于治疗胃肠道疾病。它在治疗胃炎、胃溃疡和胃肠功能紊乱方面显示出显著的临床效果。BXD由七味药材组成，包括半夏（Pinellia ternata）、黄连（Coptis chinensis）、黄芩（Scutellaria baicalensis）、生姜（Zingiber officinale）、人参（Panax ginseng）、甘草（Glycyrrhiza uralensis）和大枣（Ziziphus jujuba）。药理学研究表明，BXD具有多种药理作用，包括清热、解毒、和胃、理气和止吐等。最近的研究表明，BXD可以调节胃肠免疫，改善肠道微环境，并增强黏膜屏障修复，从而缓解AGE相关症状。

随着系统药理学和计算模拟技术的发展，研究者现在有了新的工具来探讨中药方剂的多成分、多靶点特性。这些方法包括网络药理学、分子对接和分子动力学（MD）模拟，它们提供了对复杂中药成分与生物网络之间相互作用的系统性见解，有助于预测潜在的靶点和信号通路。网络药理学整合了化学成分、靶点预测和通路分析的信息，有助于阐明中药方剂在疾病治疗中的整体机制。分子对接可以精确模拟活性成分与靶点蛋白之间的相互作用，评估其结合亲和力和潜在生物活性。分子动力学模拟则能够对药物-靶点复合物进行实时、原子级别的稳定性分析和构象动力学研究，为理解药物-靶点相互作用机制提供了关键依据。

本研究采用了一种整合的计算框架，以探索BXD在AGE中的药理机制。首先，通过TCMSP和SwissADME数据库筛选出BXD中具有良好ADME特性的活性成分。筛选标准为口服生物利用度（OB）≥30%和药物相似性（DL）≥0.18，这些参数在系统药理学研究中被广泛采用，以确保选择具有良好药代动力学特性的化合物。此外，通过文献验证补充了那些在TCMSP数据库中未被报道但具有实验性抗炎或胃肠保护活性的化合物，确保了活性成分的全面性和药理相关性。

为了预测BXD的潜在靶点，本研究结合了两种互补的方法：一种是从TCMSP数据库中获取化合物-靶点关联，另一种是使用SwissTargetPrediction平台预测靶点。后者基于2D和3D结构相似性来估计靶点概率。为了提高结果的可靠性，仅保留了人类（Homo sapiens）靶点，其概率得分≥0.1。重复预测的靶点被合并，不一致或非蛋白质的条目（如酶辅因子和化学类别）被剔除。所有保留的靶点随后通过UniProt数据库标准化为官方基因符号，从而构建了一个高置信度的化合物-靶点关联数据集。

通过Venn分析，本研究确定了BXD和AGE之间的共同靶点。这些靶点可能代表了BXD对抗AGE的分子基础。接着，使用STRING数据库构建了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，该网络通过高置信度阈值（>0.9）筛选出关键的靶点。网络数据以TSV格式导出，并导入Cytoscape 3.10.3进行可视化和进一步分析。通过计算关键拓扑参数，如度中心性（DC）、接近中心性（CC）和中介中心性（BC），识别出具有显著中心性的核心靶点。这些核心靶点在Cytoscape中使用CytoHubba插件进行可视化，展示了它们在生物网络中的复杂相互作用。

为了进一步阐明核心靶点的生物学功能，本研究进行了基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）的富集分析。使用DAVID数据库对核心靶点进行功能富集分析，结果表明这些靶点在生物学过程、分子功能和细胞成分方面显著富集。为了确保富集结果的统计显著性，设置p值<0.05和错误发现率（FDR）<0.05作为阈值。富集结果揭示了BXD在调节肠道免疫和炎症通路、增强黏膜屏障完整性以及减轻氧化应激引起的上皮损伤方面的潜在作用。

此外，KEGG通路富集分析显示，核心靶点主要参与多个炎症、免疫和感染相关的通路，包括TNF信号通路、IL-17信号通路、T细胞受体信号通路、Th17细胞分化和炎症性肠病（IBD）通路。这些通路在肠道黏膜免疫调节、上皮屏障维持和慢性炎症中起关键作用，表明BXD可能通过协调调节细胞因子网络和上皮免疫平衡来发挥保护作用。此外，还观察到AGE-RAGE信号通路、p53信号通路和HIF-1信号通路的富集，这些通路与氧化应激反应、上皮损伤修复和炎症介质表达密切相关。

为了更深入地探索药物-成分-靶点-通路-疾病之间的相互作用，本研究使用Cytoscape的Network Analyzer插件进行了网络拓扑分析。结果显示，BXD中的某些成分与多个靶点和通路具有强关联性，表明其可能具有多靶点调节能力和系统层面的相关性。选择了排名前十的核心活性成分进行后续分子对接和MD模拟分析。分析表明，这些成分能够与关键靶点形成稳定的复合物，并具有良好的结合亲和力。

分子对接结果显示，部分活性成分与核心靶点之间具有较高的结合亲和力，范围从?5.9到?8.7 kcal/mol。其中，isorhamnetin对TNF和STAT3表现出最强的结合亲和力，表明其在调节抗炎信号通路中的关键作用。此外，7-Methoxy-2-methyl-isoflavone与STAT3的结合亲和力最低（?8.7 kcal/mol），进一步支持其在抗炎免疫调节中的潜在作用。这些结果表明，BXD中的多种活性成分能够与关键炎症靶点形成稳定的复合物，从而通过多靶点协同机制发挥抗炎作用。

为了进一步验证分子对接结果，本研究进行了分子动力学模拟，以评估药物-靶点复合物的动态行为和稳定性。使用GROMACS 2024.2进行100 ns的模拟，结果表明，所有四个复合物在模拟过程中均表现出稳定的结合模式，结合能均处于较低水平，说明其具有良好的热力学可行性。通过计算结合自由能（ΔG），发现TNF-isorhamnetin复合物具有最高的稳定性，这为后续的实验验证提供了理论依据。

综上所述，BXD可能通过调节STAT3和TNF信号通路，发挥多靶点治疗作用，包括抗炎和黏膜保护效果。这一发现不仅为BXD的抗AGE机制提供了坚实的理论基础，还展示了现代多技术策略在传统中药方剂研究中的巨大潜力。然而，由于本研究完全基于计算机模拟，缺乏体外或体内验证，这是其主要局限性。未来的工作计划包括使用特定的细胞模型（如LPS或病原体刺激的Caco-2/HT-29模型）进行实验验证，以及使用简化的AGE动物模型测试疗效和机制，同时进行药代动力学分析以解决黄酮类化合物的溶解性和生物利用度问题。这些步骤对于将计算预测转化为实验验证的机制性见解至关重要。