王 仪，陈秀山

（1.山东省中医药研究院，山东 济南 250014 ；2.东营天东制药有限公司，山东 东营 257100）

近年来，受生活节奏快，工作压力大，高脂、高盐、高糖食物摄入量增加等因素的影响，高血糖的发病率逐渐增高[1]。高血糖可通过多种途径损害机体健康[2-3]，严重影响患者的生活质量。其临床治疗方法包括改善胰岛素抵抗和血糖控制[4]。肝素是一种高度硫酸化带负电荷的非均一线性糖胺聚糖，属于天然生物聚合物[5]。其由糖链的异质混合物组成[6-7]，平均MW 为12 000 ～16 000 Da[8-9]。天然的异质分子可引起相关结构变化，这有利于肝素与各种蛋白质相互作用产生多种生物活性[10]。研究表明，肝素具有抗病毒、抗炎、促进伤口愈合等非抗凝活性[11]。有研究[12-13]证实，肝素具有抑制血管生成的作用，其衍生物sevuparin[14]被报道对抑制恶性疟原虫具有辅助作用。肝素在胰岛素降血糖机制中也发挥着重要作用[15]，负载氧化铜纳米酶的肝素水凝胶治疗糖尿病创面可取得显著的疗效[16]。针对肝素本身对于高血糖的影响目前临床上尚无深入的研究，本研究采用数据挖掘、网络药理学分析等方法初步探讨了肝素与高血糖的联系。

1 数据与方法

1.1 数据

使用的数据库及平台：SwissTargetPrediction ,Uniprot , PubChem, DrugBank, OMIM, GeneCards v5.13,Metascape , STRING v11.5, Cytoscape v3.9.1。

1.2 潜在药物靶点筛选

在数据库Uniprot、SwissTargetPrediction、PubChem及DrugBank 中筛选肝素钠的潜在靶点信息，汇总靶点，去除重复项。

1.3 疾病靶点获取

在数据库GeneCards 和OMIM 中，以“hyperglycemia”为关键词查询疾病靶点，去除重复项，取与1.2 所得肝素钠靶点的交集。

1.4 蛋白互作（PPI）网络构建及分析

将1.3 所得成分- 疾病共同靶点导入STRING，选择Homo sapiens 物种，设置medium confidence 为0.4，断开隐藏网络中连接的节点（即游离基因）。各节点的重要性使用“度值（degree）”“介数中心性(betweenness)”表示：度值和介数中心性的大小分别表示此节点在网络中所具有的直接作用关系的多少及在网络中所起的桥梁作用的情况。

1.5 基因本体（GO）功能及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析

在metascape 平台中导入得到的交集靶点，设置物种为“Homo sapiens”，行富集分析，分析其可能的主要生物学过程与代谢通路。

2 结果与分析

2.1 药物干预高血糖潜在靶点

将GeneCards 及OMIN 数据库中检索到的疾病靶点合并去重，得到1143 个疾病相关靶点。对1143 个疾病靶点与143 个药物靶点取交集，得到33 个肝素钠与高血糖交集靶点。

2.2 PPI 网络

将33 个交集基因置入数据库String 中，构建了33 个节点、97 条边、平均度值5.88 的PPI 网络，利用Cytoscape 软件对其进行拓扑分析，见图1a。将度值和介数中心性均大于中位值的6 个靶点确定为肝素钠干预高血糖的潜在关键靶点，得出与药物干预高血糖关系密切的蛋白主要有TLR4、HIF1A、SERPINE1、CXCR4、FGF2、MTOR 等，见表1。这表明，肝素与高血糖存在联系，可干预高血糖的治疗。

图1 蛋白互作、GO 和KEGG 富集分析图

表1 治疗疾病重要靶点

2.3 GO 功能及KEGG 通路富集分析

使用DAVID 数据库对31 个交集靶点进行GO 功能〔生物过程（BP）、分子功能（MF）和细胞成分（CC）〕和KEGG 通路富集分析。分析GO 的BP 20 个条目、CC 5 个条目、MF 8 个条目，发现肝素钠干预高血糖可能富集在炎症反应、细胞迁移正调控、伤口愈合调节、细胞对有机氮化合物响应、低氧应答、细胞因子产生正调控和第二信使介导的信号传导等BP（图1b），血小板α 粒、细胞膜筏、早期核内体、内吞囊泡及核斑点等CC（图1c），肝素结合、泛素蛋白连接酶结合、内肽酶活性、磷蛋白结合、丝氨酸型内肽酶抑制剂活性、蛋白质异二聚活性、以醇基为受体的磷酸转移酶活性、细胞因子受体结合等MF（图1d）。GO 功能分析表明肝素钠可能通过影响BP 中炎症反应、细胞迁移正调控、伤口愈合调节、细胞对有机氮化合物响应、低氧应答、细胞因子产生正调控和第二信使介导的信号传导等过程，CC 中血小板α 粒、细胞膜筏、早期核内体、内吞囊泡及核斑点等成分，MF 中肝素结合、泛素蛋白连接酶结合、内肽酶活性、磷蛋白结合、丝氨酸型内肽酶抑制剂活性、蛋白质异二聚活性、以醇基为受体的磷酸转移酶活性、细胞因子受体结合等功能发挥治疗作用。KEGG 通路分析显示，基因主要富集于HIF-1 信号通路、癌症途径、钙信号通路、Apelin 信号通路、鞘氨醇脂质信号通路、流体剪切应力与动脉粥样硬化、补体和凝血级联等通路，见图1e。

3 讨论

长期的高血糖一定程度上会损伤机体神经、血管等器官，进而引发诸多疾病。肝素存在于细胞外基质和循环血液中，可抗凝血，并参与机体的免疫调节。研究发现肝素对动物的葡萄糖稳态具有重要的调节作用[17]。葡萄糖稳态是血糖维持稳定的重要因素，因此，本研究假设肝素可干预高血糖，并通过网络药理学技术进行预测。网络药理学预测表明，肝素钠与高血糖有多种共同靶点，且GO 和KEGG 分析表明肝素钠可能通过TLR4、HIF1A、SERPINE1、CXCR4、FGF2、MTOR 等蛋白及HIF-1 信号、钙信号、Apelin 信号、鞘氨醇脂质信号、流体剪切应力与动脉粥样硬化、补体和凝血级联等多种调控通路影响血糖。

综上所述，本文利用网络药理学初步预测得出肝素钠可能通过作用于TLR4、HIF1A、SERPINE1、CXCR4、FGF2、MTOR 等多个关键靶点基因，干预炎症反应、细胞迁移正调控、血小板α 粒、细胞膜筏、肝素结合、泛素蛋白连接酶结合及丝氨酸型内肽酶抑制剂结合等功能，调控HIF-1 信号通路、癌症途径、钙信号通路、Apelin 信号通路、鞘氨醇脂质信号通路、流体剪切应力与动脉粥样硬化、补体和凝血级联等进程干预高血糖，其作用机制涉及多种靶点基因和信号通路。但后续仍需要进行相关实验，以确定肝素对血糖的作用。