Mechanism of Caffeoylquinic Acids in the Treatment of Type II Diabetes Based on Network Pharmacology
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摘要: 目的：基于网络药理学方法分析咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用机制。方法：通过文献挖掘和数据库检索获取咖啡酰奎宁酸类化合物作用靶点以及与II型糖尿病相关的疾病靶点，绘制咖啡酰奎宁酸类化合物的“成分-疾病-靶点”功效作用网络，对其进行基因本体论（GO）分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析，并将核心靶点蛋白与关键成分进行分子对接验证。结果：咖啡酰奎宁酸类化合物对应靶点483个，II型糖尿病相关靶点2214个，交集靶点211个，关键靶点37个。咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用机制主要涉及细胞外基质降解、基质金属蛋白酶的激活、胶原蛋白降解等多条通路，主要涉及AKT1、MMP3、MMP9、HIF1A、IGF1R、MAPK8等基因，这些基因主要通过调控葡萄糖代谢以及调节相关蛋白质发挥作用。化合物与分子靶点对接结果良好，验证了网络构建预测的准确性。结论：本研究预测了咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点与作用机制，为深入开展咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的分子机制研究提供了科学依据。
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关键词:
- 网络药理学 /
- 咖啡酰奎宁酸类化合物 /
- II型糖尿病 /
- 作用机制
Abstract: Objective: Analyzing the mechanism of type II diabetes treatment with caffeoylquinic acids based on network pharmacology. Methods: Through literature mining and database search, the target points of caffeoylquinic acids and disease targets related to type II diabetes were obtained. The “component-disease-target” effect network of caffeoylquinic acids was drawn, and gene ontology (GO) analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome (KEGG) pathway analysis were carried out. The core target proteins and key components were used for the molecular docking verification. Results: Caffeoylquinic acids corresponded to 483 targets, 2214 type II diabetes-related targets, 211 common targets, and 37 key targets. The mechanism of action of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes mainly involved multiple pathways such as degradation of the extracellular matrix, activation of matrix metalloproteinases, collagen degradation, etc. It mainly involved AKT1, MMP3, MMP9, HIF1A, IGF1R, MAPK8 and other genes, these genes were usually reported to play a role mainly by regulating glucose metabolism and related proteins. The results of molecular docking verification between compounds and molecular targets were good, which verified the accuracy of the prediction of network construction. Conclusion: This study predicted the key targets and mechanism of action of caffeoylquinic acids to treat type II diabetes. It also provided a scientific basis for further research on the molecular mechanism of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes.-
Keywords:
- network pharmacology /
- caffeoylquinic acids /
- type II diabetes /
- mechanism of action
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糖尿病属于内分泌代谢紊乱疾病[1]，国际糖尿病联合会估计2019年全球有4.63亿糖尿病患者，预计到2045年全球糖尿病患者将达到7亿[2]。糖尿病可分I型和II型糖尿病，其中II型糖尿病患者约占该病的90%[3]，其发病原因主要是由于遗传基因和不良的生活方式，尚无法根治[4]。II型糖尿病可引起多种并发症，导致血管受损并危及心、脑、肾等，严重危害人体健康，造成巨大的社会和经济负担[5-6]。目前对II型糖尿病患者主要采取口服降糖药物、皮下注射胰岛素、饮食控制和运动锻炼等方式调节血糖[7]。从天然植物中寻找安全性高、副作用小的潜在功能成分成为食品营养健康的研究热点[8]。
咖啡酰奎宁酸类化合物是植物体内重要的次生代谢产物，具有抗氧化、抗菌消炎、降血糖、降血压等多种生物学活性[9]。研究表明咖啡酰奎宁酸类化合物能够通过改善胰岛素抵抗及调节人体对葡萄糖的吸收起到降血糖的作用[10-11]，可用于治疗II型糖尿病，但该类化合物治疗II型糖尿病的主要有效成分、作用靶点和作用机制尚不清楚。
网络药理学融合了计算机科学、生物学、药理学等多个学科，通过生物网络模型分析活性成分-靶点-疾病间复杂的互作关系，可揭示活性成分与机体相互作用机制[12]。分子对接是依据酶的锁-钥匙原理，从已知结构的化合物及蛋白出发，通过计算机模拟、化学计量学计算，识别并预测受体-配体结合的方法，预测蛋白质复合物结构和结合位点[13-14]。计算机辅助技术为研究药用植物治疗疾病多成分、多靶点、多途径效应机制提供了便利。本研究基于网络药理学方法，预测咖啡酰奎宁酸类化合物作用靶点及作用机制，为II型糖尿病的临床饮食干预治疗提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 咖啡酰奎宁酸类化合物对应靶点预测
通过PubChem及ChemDraw Ultra 8.0.3软件获取咖啡酰奎宁酸类化合物的SMILES结构，将化合物的SMILES结构分别输入SwissTargetPrediction数据库，获取化合物的预测靶点信息。
1.2 II型糖尿病相关靶点的检索
通过Pubmed、Ctd、DrugBank及Genecards等数据库检索II型糖尿病英文名“type II diabetes”，获得与II型糖尿病相关的作用靶点，将所得靶点去除重复项后得到II型糖尿病相关靶点。
1.3 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络构建
将“1.1”所得咖啡酰奎宁酸类化合物对应靶点与“1.2”所得II型糖尿病相关靶点进行交集，得到交集靶点，获取咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用靶点。将交集靶点通过STRING数据库构建蛋白互作用（PPI）网络，通过Cytoscape构建咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络。
1.4 GO功能分析及KEGG通路富集分析
借助WebGestalt数据库对关键靶点进行GO功能分析，其包括对生物过程（biological processes，BP）、细胞组分（cell component，CC）及分子功能（molecular function，MF）的分析。利用Cytoscape软件中的ClueGo插件对关键靶点进行KEGG通路富集分析，选取富集基因数排名前20的通路，通过omicshare数据库绘制气泡图。
1.5 分子对接
采用AutoDock Vina软件对咖啡酰奎宁酸类化合物治疗Ⅱ型糖尿病中前3的靶点蛋白与关键成分进行分子对接验证。通过RCSB PDB（http://www.rcsb.org/）数据库获取靶点蛋白晶体结构，再利用AutoDock对接软件对蛋白晶体结构去水加氢、计算电荷、去除原配体，对配体分子通过Torsion Tree进行调整，运用AutoDock Vina软件计算其对接活性位点、结合能及均方根偏差（RMSD），最后将对接结果进行可视化分析。
2. 结果与分析
2.1 咖啡酰奎宁酸类化合物对应靶点预测
咖啡酰奎宁酸类化合物是由奎宁酸和不同数目的咖啡酰基通过酯化反应缩合而成，根据咖啡酰基结合数目的不同，可分为单咖啡酰奎宁酸、二咖啡酰奎宁酸和多咖啡酰奎宁酸[15]。天然植物中提取分离得到的咖啡酰奎宁酸通常是以上述化合物共存的形式存在，天然植物药理活性的发挥得益于其同分异构体的同时存在。该类化合物主要含有酯键、不饱和双键、邻二酚羟基、羟基等，尤其是酚羟基具有很好的清除自由基的能力，有助于降糖活性的发挥[16]。现已知咖啡酰奎宁酸类化合物共38个，利用SwissTargetPrediction数据库预测获得化合物的对应靶点有483个。通过Cytoscape软件对上述活性化合物与预测靶点进行关系网络的绘制和分析，得到“咖啡酰奎宁酸类化合物-靶点”网络图，如图1所示。38种咖啡酰奎宁酸类化合物网络靶点分析顺序如下：1-O-咖啡酰奎宁酸（C1）、3-O-咖啡酰奎宁酸（C2）、4-O-咖啡酰奎宁酸（C3）、5-O-咖啡酰奎宁酸（C4）、3-O-咖啡酰奎宁酸甲酯（C5）、3-O-咖啡酰奎宁酸乙酯（C6）、3-O-咖啡酰奎宁酸丁酯（C7）、4-O-咖啡酰奎宁酸甲酯（C8）、4-O-咖啡酰奎宁酸丁酯（C9）、5-O-咖啡酰奎宁酸甲酯（C10）、5-O-咖啡酰奎宁酸丁酯（C11）、1,3-O-二咖啡酰奎宁酸（C12）、1,4-O-二咖啡酰奎宁酸（C13）、1,5-O-二咖啡酰奎宁酸（C14）、3,5-O-二咖啡酰奎宁酸（异绿原酸A）（C15）、3,4-O-二咖啡酰奎宁酸（异绿原酸B）（C16）、4,5-O-二咖啡酰奎宁酸（异绿原酸C）（C17）、3,4-O-二咖啡酰奎宁酸甲酯（C18）、3,5-O-二咖啡酰奎宁酸甲酯（C19）、4,5-O-二咖啡酰奎宁酸甲酯（C20）、4,5-O-二咖啡酰奎宁酸乙酯（C21）、4,5-O-二咖啡酰奎宁酸丁酯（C22）、3,5-O-二咖啡酰奎宁酸丁酯（C23）、3,5-O-二咖啡酰奎宁酸异丁酯（C24）、3,5-O-二咖啡酰奎宁酸乙酯（C25）、1,5-O-二咖啡酰-3-O-（4-苹果酰）-奎宁酸（C26）、1,5-O-二咖啡酰-3-O-（4-苹果酸甲酯）-奎宁酸（C27）、1,5-O-二咖啡酰-3-O-（4-丙二酰）-奎宁酸（C28）、1,5-O-二咖啡酰-3-O-琥珀酰奎宁酸（C29）、1,5-O-二咖啡酰-4-O-琥珀酰奎宁酸（C30）、1,5-O-二咖啡酰-4-O-琥珀酸甲酯奎宁酸（C31）、1,4-O-二咖啡酰-3-O-琥珀酰甲酯奎宁酸（C32）、1,3-O-二咖啡酰-4-O-苹果酰奎宁酸（C33）、1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸（C34）、1,4,5-O-三咖啡酰奎宁酸（C35）、3,4,5-O-三咖啡酰奎宁酸（C36）、3,4,5-O-三咖啡酰奎宁酸甲酯（C37）、1,3,4,5-O-四咖啡酰奎宁酸（C38）。
2.2 II型糖尿病相关靶点的检索
通过检索Pubmed、Ctd、DrugBank及Genecards等数据库共获得II型糖尿病相关靶点2214个。
2.3 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络构建
将咖啡酰奎宁酸类化合物的潜在作用靶点与II型糖尿病相关靶点取交集，共得到211个交集靶点，作为咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用靶点。借助STRING数据库及Cytoscape软件的MCODE插件共筛选出37个关键靶点，并绘制出咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络，如图2所示。此网络包括37个关键靶点，518条相互关系，其中节点越大表明其在网络中的作用越大[17]，由此推断AKT1、MMP2、MMP8、HIF1A、IGF1R、MAPK8等靶点蛋白可能在II型糖尿病的治疗中起关键作用。
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图 2 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络Figure 2. Key target network of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的37个关键靶点信息如表1所示。从表1可以看出，这些靶点与细胞的增殖分化、基因的转录调节、蛋白质磷酸化等生物学功能及调控葡萄糖代谢、调节胰岛素受体等生物过程密切相关。糖尿病发病涉及体内多个生物过程的异常，咖啡酰奎宁酸类化合物可能是通过多靶点、多通路调节这些生物过程来发挥其抗糖尿病作用。
表 1 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的37个关键靶点信息表Table 1. 37 key targets information table of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes编号 目标基因 目标蛋白质 靶向蛋白的生物学活性 1 IGF1R Insulin-like growth factor 1 receptor 介导胰岛素样生长因子1 2 JAK1 Tyrosine-protein kinase JAK1 细胞因子信号传导过程 3 RPS6K B1 Ribosomal protein S6 kinase beta-1 调控细胞增殖、细胞生长和细胞周期 4 MA PK8 Mitogen-activated protein kinase 8 调控细胞增殖、分化及迁移 5 MTOR Serine/threonine-protein kinase mTOR 调节蛋白质的磷酸化 6 JAK2 Tyrosine-protein kinase JAK2 参与细胞生长、发育、分化及组蛋白修饰 7 HSP90AA1 Heat shock protein HSP 90-alpha 参与细胞周期调控及信号传导过程 8 PTPRC Receptor-type tyrosine-protein phosphatase C 参与细胞生长、分化及有丝分裂等 9 SIRT1 NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1 诱导线粒体生物合成，抗炎和防止代谢下降 10 MCL1 Induced myeloid leukemia cell differentiation protein Mcl-1 参与调控细胞凋亡及细胞存活 11 MET Hepatocyte growth factor receptor 调控细胞生长、生存、侵袭及转移等 12 HSPA5 78 kDa glucose-regulated protein 促进蛋白质多聚体组装 13 ERBB2 Receptor tyrosine-protein kinase erbB-2 介导细胞信号转导过程 14 MMP7 Matrilysin 降解细胞外基质 15 ALB Serum albumin 调节血浆pH和维持血浆渗透压 16 SRC Proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src 编码酪氨酸蛋白激酶 17 IL2 Interleukin-2 调节免疫反应 18 MMP3 Stromelysin-1 降解纤连蛋白 19 MAPK3 Mitogen-activated protein kinase 3 调控细胞生长、存活及分化 20 MAPK1 Mitogen-activated protein kinase 1 调控细胞生长、存活及分化 21 EP300 Histone acetyltransferase p300 转录调节 22 MMP2 72 kDa type IV collagenase 降解多种细胞外基质 23 PLAU Urokinase-type plasminogen activator 参与细胞外基质的降解 24 MAPK14 Mitogen-activated protein kinase 14 参与细胞增殖、分化、转录调控等过程 25 HIF1A Hypoxia-inducible factor 1-alpha 转录调节 26 EGFR Epidermal growth factor receptor 调控细胞的生长和分化 27 MMP1 Interstitial collagenase 降解细胞外基质 28 PARP1 Poly [ADP-ribose] polymerase 1 调控细胞的增殖、分化及凋亡 29 AKT1 RAC-alpha serine/threonine-protein kinase 调控葡萄糖代谢 30 CASP3 Caspase-3 调控细胞凋亡 31 CXCR4 C-X-C chemokine receptor type 4 降低的细胞cAMP水平 32 CASP8 Caspase-8 调控细胞凋亡 33 ESR1 Estrogen receptor 调控细胞增殖和分化 34 VEGFA Vascular endothelial growth factor A 诱导内皮细胞增殖、促进内皮细胞迁移并抑制内皮细胞凋亡 35 PLG Plasminogen 调控细胞增殖 36 MMP9 Matrix metalloproteinase-9 调控细胞外基质的局部蛋白水解和白细胞迁移 37 TNF Tumor necrosis factor 调控细胞的增殖与分化 2.4 GO功能分析及KEGG通路富集分析
对37个关键靶点进行GO功能分析，分析结果如图3所示。结果显示这些靶点主要参与代谢过程（metabolic process）、应激反应（response to stimulus）、生物调节（biological regulation）等生物过程，涉及细胞膜（membrane）、细胞核（nucleus）、腔上包膜（membrane-enclosed lumen）等细胞组成，以及蛋白结合（protein binding）、离子结合（ion binding）、转移酶活性（transferase activity）等分子功能。
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图 3 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点GO分析Figure 3. GO analysis of key targets of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes对37个关键靶点进行KEGG通路富集分析，富集基因数排名前20的信号通路如图4所示。结果表明咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用机制主要涉及细胞外基质降解（Degradation of the extracellular matrix）、基质金属蛋白酶的激活（Activation of Matrix Metalloproteinases）、胶原蛋白降解（Collagen degradation）、MyD88独立TLR3/TLR4级联（MyD88-independent TLR4 cascade）等多条通路，主要涉及AKT1、MMP3、MMP9、HIF1A、IGF1R、MAPK8等靶点基因，这些基因主要通过调控葡萄糖代谢以及调节相关蛋白质发挥作用。与通路相关的基因如表2所示，通路与其相关靶点之间的相互关系如图5所示。
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图 4 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点KEGG通路富集分析Figure 4. KEGG pathway enrichment analysis of key targets of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes表 2 KEGG通路富集分析相关基因Table 2. Related genes for KEGG pathway enrichment analysis通路名称 相关基因 P-Value值 基因数 Intrinsic pathway for apoptosis AKT1, CASP3 , CASP8, MAPK8 1.4129E-05 4 MAPK3 (ERK1) activation JAK1 , JAK 2, MAPK34.63558E-06 3 RAF-independent MAPK1/3 activation JAK1, JAK2, MAPK1, MAPK3 1.06568E-06 4 MAPK1 (ERK2) activation JAK1, JAK2, MAPK1 3.25274E-06 3 GPVI-mediated activation cascade AKT1, IL-2, JAK1, JAK2 4.07089E-05 4 Signaling by ERBB2 AKT1, EGFR, erb-B2, HSP90AA1, SRC 7.4417E-07 5 Regulation of gene expression by Hypoxia-inducible Factor EP300, HIF-1 α, VEGF-A 6.35858E-06 3 Regulation of Hypoxia-inducible Factor (HIF) by oxygen EP300, HIF-1α, VEGF-A 0.002231183 3 Spry regulation of FGF signaling MAPK1, MAPK3, SRC 2.13221E-05 3 Signaling by SCF-KIT JAK 2, MMP9, SRC0.000440327 3 Collagen degradation MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9 2.58498E-06 5 Degradation of the extracellular matrix CASP3, MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9, PLG 4.28006E-07 7 Activation of Matrix Metalloproteinases MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9, PLG 1.23119E-09 6 mTOR signalling AKT1, mTOR, RPS6Kb1 0.000382181 3 Activated TLR4 signalling CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 5.17597E-05 5 MyD88: Mal cascade initiated on plasma membrane MAPK 1, MAPK14, MAPK3, MAPK80.000346725 4 MyD88-independent TLR4 cascade CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 2.5656E-05 5 Toll Like Receptor 9 (TLR9) Cascade MAPK 1, MAPK14, MAPK3, MAPK80.000389474 4 Toll Like Receptor 10 (TLR10) Cascade MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 0.000228363 4 Toll Like Receptor 3 (TLR3) Cascade CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 2.446E-05 5 ![]()
图 5 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用通路与其相关靶点网络分析Figure 5. Network analysis of the pathways of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes and their related targets结合表2与图5可以看出，细胞外基质降解（Degradation of the extracellular matrix）主要涉及CASP3、MMP1、MMP2、MMP3、MMP7、MMP9、PLG共7个靶点蛋白，其中CASP3是caspase级联激活下游的关键成分，可防止细胞因子诱导的β细胞凋亡，这可能有助于保护糖尿病患者免受β细胞死亡[18]；MMP1、MMP2、MMP3、MMP7、MMP9主要通过降解多种细胞外基质及相关蛋白发挥作用；PLG则可以调控细胞增殖。基质金属蛋白酶的激活（Activation of matrix metalloproteinases）信号通路与胶原蛋白降解（Collagen degradation）信号通路同样涉及MMP1、MMP2、MMP3、MMP7、MMP9等靶点，表明MMPS靶点在咖啡酰奎宁酸类化合物抗Ⅱ型糖尿病方面发挥着极其重要的作用。MyD88-independent TLR4 cascade信号通路则主要涉及CASP8、MAPK1、MAPK14、MAPK3、MAPK8靶点。MAPK是一组能被不同的细胞外刺激，如激素、神经递质、细胞因子、细胞应激等激活的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，调控细胞的生长、存活及分化、对环境的应激适应、炎症反应等多种细胞生理病理过程[19]。MAPK在炎症条件下还可以激活与胰岛素抵抗密切相关的JNK通路和P38通路，进而发挥治疗糖尿病的作用[20]。综上所述，一条信号通路可涉及多个基因靶点，一个基因靶点可参与多个信号通路，证实了咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病是一个涉及多靶点、多通路的复杂过程。
2.5 分子对接验证
为了验证咖啡酰奎宁酸类化合物预测靶点的准确性，本研究采用AutoDock Vine软件对3个关键成分和3个靶点进行分子对接，以自由结合能（binding energy）作为筛选条件，结合能越小表示对接结果越好。对于多构象的对接结果，筛选出结合能最低的对接构象，如表3所示。化合物与分子靶点对接得分均大于5.0，表明分子对接结果良好，验证了网络构建预测的准确性。运用Pymol软件，根据结合能的大小选出每个靶点蛋白对接最好的化合物进行可视化分析，结果如图6所示，其中IGF1R与绿原酸、JAK1与异绿原酸A和RPS6KB1与1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸均可以形成氢键，为进一步整合探析咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病提供了理论参考。
表 3 3个靶点与3个关键成分的分子对接得分Table 3. Molecular docking scores of 3 targets and 3 key components化合物 蛋白质 PDB ID 结合能（kcal/mol） RMSD 绿原酸 IGF1R 2oJ9 −9.2 0.645 JAK1 5e1e −9.1 1.672 RPS6KB1 4l3j −8.3 0.967 异绿原酸A IGF1R 2oJ9 −9.0 1.367 JAK1 5e1e −10.0 1.306 RPS6KB1 4l3j −9.9 0.772 1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸 IGF1R 2oJ9 −9.1 1.304 JAK1 5e1e −9.7 1.476 RPS6KB1 4l3j −10.3 1.811 ![]()
图 6 IGF1R、JAK1、RPS6KB1与3个关键成分的最佳对接构象注：(a). IGF1R与绿原酸的最佳对接构象；(b). JAK1与异绿原酸A的最佳对接构象；(c). RPS6KB1与1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸的最佳对接构象。Figure 6. Optimal docking conformation of IGF1R, JAK1, RPS6KB1 and the three key components3. 讨论
本研究基于网络药理学的方法，借助相关数据库和软件对咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用靶点及作用机制进行了全面系统的分析。研究结果显示，通过分析得出咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点有37个，靶点与靶点之间的相互关系达518条。其作用机制主要涉及细胞外基质降解、基质金属蛋白酶的激活和胶原降解等通路、主要涉及AKT1、MMP3、MMP9、HIF1A、IGF1R、MAPK8
等靶点，与目前研究的某些药物作用于II型糖尿病的靶点、通路基本相符[21-24]，验证了咖啡酰奎宁酸类组分具有多成分、多靶点、多通路的特点。 王馨苑等[25]通过网络药理学结合分子对接研究了黄连素治疗II型糖尿病的作用机制，结果显示黄连素能够通过与AKT1、MMP9等核心靶点的稳定结合，起到治疗II型糖尿病的作用。在机体组织缺氧时，可激活缺氧诱导因子HIF-1α，而HIF-1α表达的增多会进一步加重神经纤维的缺血缺氧，这可能为糖尿病周围神经病变的发病机制之一[26]。吕翠岩等[27]研究发现抑制糖尿病周围神经病变大鼠坐骨神经HIF-1α mRNA的转录和蛋白的表达，可以达到治疗糖尿病的效果。MAPK信号通路为胰岛素信号的级联通路，其可以通过多种途径调节肝脏代谢，还可以通过上调GLUT4的表达，促进糖的吸收与利用，增加胰岛素敏感性和改善胰岛素抵抗，与葡萄糖稳态有密切的关系[28-29]。葛凌等[30]研究发现槲皮素可有效减轻大鼠外周胰岛素抵抗，其作用机制可能是槲皮素激活了胰腺组织中FGF21/MAPK信号通路，证实了MAPK信号通路在治疗II型糖尿病中的作用。Li等[31]研究发现糖尿病大鼠心肌存在明显心肌纤维化，通过硫化氢（H2S）干预后，糖尿病大鼠心肌纤维化明显减轻，心肌组织中胶原蛋白I的表达水平显著下降，且MMP-8蛋白表达水平也明显降低，而MMPs的表达受MAPK通路的调控[32]，表明H2S改善糖尿病大鼠心肌纤维化与胶原蛋白降解以及MAPK信号通路有关。这些研究报道表明通过网络药理学预测咖啡酰奎宁酸类化合物的作用靶点和通路具有可行性，证实了咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病具有多靶点、多通路的特点，这是传统“一药一靶点”模式难以做到的，而这也符合中药多成分、多靶点、多通路对疾病起到综合治疗作用的特点。
综上所述，本研究应用网络药理学方法预测了咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用靶点及作用机制，阐明该类成分通过多靶点、多通路治疗II型糖尿病，为进一步实验研究和临床应用提供了新思路、指明了新方向。但是网络药理学分析也存在一定的局限性，其虽然能较为系统地预测活性成分作用靶点与作用通路，但预测结果不能完全证明其正确性，其作用机制需要开展体外和体内实验进行验证。
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图 2 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点网络
Figure 2. Key target network of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes
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图 3 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点GO分析
Figure 3. GO analysis of key targets of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes
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图 4 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的关键靶点KEGG通路富集分析
Figure 4. KEGG pathway enrichment analysis of key targets of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes
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图 5 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的作用通路与其相关靶点网络分析
Figure 5. Network analysis of the pathways of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes and their related targets
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图 6 IGF1R、JAK1、RPS6KB1与3个关键成分的最佳对接构象
注：(a). IGF1R与绿原酸的最佳对接构象；(b). JAK1与异绿原酸A的最佳对接构象；(c). RPS6KB1与1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸的最佳对接构象。
Figure 6. Optimal docking conformation of IGF1R, JAK1, RPS6KB1 and the three key components
表 1 咖啡酰奎宁酸类化合物治疗II型糖尿病的37个关键靶点信息表
Table 1 37 key targets information table of caffeoylquinic acids in the treatment of type II diabetes
编号 目标基因 目标蛋白质 靶向蛋白的生物学活性 1 IGF1R Insulin-like growth factor 1 receptor 介导胰岛素样生长因子1 2 JAK1 Tyrosine-protein kinase JAK1 细胞因子信号传导过程 3 RPS6K B1 Ribosomal protein S6 kinase beta-1 调控细胞增殖、细胞生长和细胞周期 4 MA PK8 Mitogen-activated protein kinase 8 调控细胞增殖、分化及迁移 5 MTOR Serine/threonine-protein kinase mTOR 调节蛋白质的磷酸化 6 JAK2 Tyrosine-protein kinase JAK2 参与细胞生长、发育、分化及组蛋白修饰 7 HSP90AA1 Heat shock protein HSP 90-alpha 参与细胞周期调控及信号传导过程 8 PTPRC Receptor-type tyrosine-protein phosphatase C 参与细胞生长、分化及有丝分裂等 9 SIRT1 NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1 诱导线粒体生物合成，抗炎和防止代谢下降 10 MCL1 Induced myeloid leukemia cell differentiation protein Mcl-1 参与调控细胞凋亡及细胞存活 11 MET Hepatocyte growth factor receptor 调控细胞生长、生存、侵袭及转移等 12 HSPA5 78 kDa glucose-regulated protein 促进蛋白质多聚体组装 13 ERBB2 Receptor tyrosine-protein kinase erbB-2 介导细胞信号转导过程 14 MMP7 Matrilysin 降解细胞外基质 15 ALB Serum albumin 调节血浆pH和维持血浆渗透压 16 SRC Proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src 编码酪氨酸蛋白激酶 17 IL2 Interleukin-2 调节免疫反应 18 MMP3 Stromelysin-1 降解纤连蛋白 19 MAPK3 Mitogen-activated protein kinase 3 调控细胞生长、存活及分化 20 MAPK1 Mitogen-activated protein kinase 1 调控细胞生长、存活及分化 21 EP300 Histone acetyltransferase p300 转录调节 22 MMP2 72 kDa type IV collagenase 降解多种细胞外基质 23 PLAU Urokinase-type plasminogen activator 参与细胞外基质的降解 24 MAPK14 Mitogen-activated protein kinase 14 参与细胞增殖、分化、转录调控等过程 25 HIF1A Hypoxia-inducible factor 1-alpha 转录调节 26 EGFR Epidermal growth factor receptor 调控细胞的生长和分化 27 MMP1 Interstitial collagenase 降解细胞外基质 28 PARP1 Poly [ADP-ribose] polymerase 1 调控细胞的增殖、分化及凋亡 29 AKT1 RAC-alpha serine/threonine-protein kinase 调控葡萄糖代谢 30 CASP3 Caspase-3 调控细胞凋亡 31 CXCR4 C-X-C chemokine receptor type 4 降低的细胞cAMP水平 32 CASP8 Caspase-8 调控细胞凋亡 33 ESR1 Estrogen receptor 调控细胞增殖和分化 34 VEGFA Vascular endothelial growth factor A 诱导内皮细胞增殖、促进内皮细胞迁移并抑制内皮细胞凋亡 35 PLG Plasminogen 调控细胞增殖 36 MMP9 Matrix metalloproteinase-9 调控细胞外基质的局部蛋白水解和白细胞迁移 37 TNF Tumor necrosis factor 调控细胞的增殖与分化 
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表 2 KEGG通路富集分析相关基因
Table 2 Related genes for KEGG pathway enrichment analysis
通路名称 相关基因 P-Value值 基因数 Intrinsic pathway for apoptosis AKT1, CASP3 , CASP8, MAPK8 1.4129E-05 4 MAPK3 (ERK1) activation JAK1 , JAK 2, MAPK34.63558E-06 3 RAF-independent MAPK1/3 activation JAK1, JAK2, MAPK1, MAPK3 1.06568E-06 4 MAPK1 (ERK2) activation JAK1, JAK2, MAPK1 3.25274E-06 3 GPVI-mediated activation cascade AKT1, IL-2, JAK1, JAK2 4.07089E-05 4 Signaling by ERBB2 AKT1, EGFR, erb-B2, HSP90AA1, SRC 7.4417E-07 5 Regulation of gene expression by Hypoxia-inducible Factor EP300, HIF-1 α, VEGF-A 6.35858E-06 3 Regulation of Hypoxia-inducible Factor (HIF) by oxygen EP300, HIF-1α, VEGF-A 0.002231183 3 Spry regulation of FGF signaling MAPK1, MAPK3, SRC 2.13221E-05 3 Signaling by SCF-KIT JAK 2, MMP9, SRC0.000440327 3 Collagen degradation MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9 2.58498E-06 5 Degradation of the extracellular matrix CASP3, MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9, PLG 4.28006E-07 7 Activation of Matrix Metalloproteinases MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9, PLG 1.23119E-09 6 mTOR signalling AKT1, mTOR, RPS6Kb1 0.000382181 3 Activated TLR4 signalling CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 5.17597E-05 5 MyD88: Mal cascade initiated on plasma membrane MAPK 1, MAPK14, MAPK3, MAPK80.000346725 4 MyD88-independent TLR4 cascade CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 2.5656E-05 5 Toll Like Receptor 9 (TLR9) Cascade MAPK 1, MAPK14, MAPK3, MAPK80.000389474 4 Toll Like Receptor 10 (TLR10) Cascade MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 0.000228363 4 Toll Like Receptor 3 (TLR3) Cascade CASP8, MAPK1, MAPK14, MAPK3, MAPK8 2.446E-05 5
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表 3 3个靶点与3个关键成分的分子对接得分
Table 3 Molecular docking scores of 3 targets and 3 key components
化合物 蛋白质 PDB ID 结合能（kcal/mol） RMSD 绿原酸 IGF1R 2oJ9 −9.2 0.645 JAK1 5e1e −9.1 1.672 RPS6KB1 4l3j −8.3 0.967 异绿原酸A IGF1R 2oJ9 −9.0 1.367 JAK1 5e1e −10.0 1.306 RPS6KB1 4l3j −9.9 0.772 1,3,5-O-三咖啡酰奎宁酸 IGF1R 2oJ9 −9.1 1.304 JAK1 5e1e −9.7 1.476 RPS6KB1 4l3j −10.3 1.811
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[1] Borghouts L B. Exercise and type 2 diabetes[J]. Advances in Experimental Medicine and Biology,2020(1228):91−105.
[2] Pouya S, Inga P, Paraskevi S, et al. Global and regional diabetes prevalence estimates for 2019 and projections for 2030 and 2045: Results from the international diabetes federation diabetes atlas, 9th edition[J]. Diabetes Research and Clinical Practice,2019,157:107843. doi: 10.1016/j.diabres.2019.107843
[3] Zheng Y, Ley S H, Hu F B. Global aetiology and epidemiology of type 2 diabetes mellitus and its caomplications[J]. Nature Reviews Endocrinology,2018,14(2):88−98. doi: 10.1038/nrendo.2017.151
[4] Ng M L, Wadham C, Sukocheva O A. The role of sphingolipid signalling in diabetes-associated pathologies(Review)[J]. International Journal of Molecular Medicine,2017,39(2):243−252. doi: 10.3892/ijmm.2017.2855
[5] 刘培, 孙芮芮, 张莉丹, 等. 基于网络药理学的四君子汤治疗2型糖尿病的作用机制研究[J]. 中草药,2020,51(6):1548−1558. doi: 10.7501/j.issn.0253-2670.2020.06.023 [6] Seehusen D A, Fisher C L, Rider H A, et al. Exploring patient perspectives of prediabetes and diabetes severity: A qualitative study[J]. Psychology & Health,2019,34(11):1314−1327.
[7] 王艳梅, 王根杰, 张树林, 等. 临床常用降糖药物的不良反应及防治策略[J]. 中国医院药学杂志,2015,35(24):2233−2236. [8] Yin B, Bi Y M, Fan G J, et al. Molecular mechanism of the effect of huanglianjiedu decoction on type 2 diabetes mellitus based on network pharmacology and molecular docking[J]. Journal of Diabetes Research,2020:5273914.
[9] 席利莎, 木泰华, 孙红男. 绿原酸类物质的国内外研究进展[J]. 核农学报,2014,28(2):292−301. doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2014.02.0292 [10] Karthikesan K, Pari L, Menon V P. Antihyperlipidemic effect of chlorogenic acid and tetrahydrocurcumin in rats subjected to diabetogenic agents[J]. Chem-Biol Interact,2010,188(3):643−650. doi: 10.1016/j.cbi.2010.07.026
[11] Tian Y, Cao X X, Shang H, et al. Synthesis and in vitro evaluation of caffeoylquinic acid derivatives as potential hypolipidemic agents[J]. Molecules (Basel, Switzerland),2019,24(5):964. doi: 10.3390/molecules24050964
[12] 吴钉红. 网络药理学及其在中药领域的研究概述[J]. 广州化工,2017,45(11):216−218. doi: 10.3969/j.issn.1001-9677.2017.11.082 [13] 李洋, 夏厚林, 周厚琴, 等. 基于分子对接技术预测人面子叶中黄酮成分抗菌作用靶点[J]. 中国医院用药评价与分析,2016,16(10):1303−1307. [14] Yang X, Liu H, Liu J, et al. Rational selection of the 3d structure of biomacromolecules for molecular docking studies on the mechanism of endocrine disruptor action[J]. Chemical Research in Toxicology,2016,29(9):1565−1570. doi: 10.1021/acs.chemrestox.6b00245
[15] 赵昱, 赵军, 李湘萍, 等. 咖啡酰奎尼酸类化合物研究进展[J]. 中国中药杂志,2006(11):869−874. doi: 10.3321/j.issn:1001-5302.2006.11.001 [16] 朱文卿, 任汉书, 徐美霞, 等. 咖啡酰奎宁酸类化合物的生物学活性及提高其生物利用度技术研究进展[J]. 食品科学,2021,42(3):321−329. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20200102-021 [17] 宫阿娟, 潘天荣, 付万进, 等. 基于网络药理学的方法研究桑叶活性成分对2型糖尿病治疗作用机制[J]. 医药论坛杂志,2020,41(2):30−37, 41. [18] Al R A, Liu B, Persaud S, et al. A novel Gymnema sylvestre extract protects pancreatic beta-cells from cytokine-induced apoptosis[J]. Phytotherapy Research,2020,34(1):161−172. doi: 10.1002/ptr.6512
[19] Surget S, Khoury M P, Bourdon J C. Uncovering the role of p53 splice variants in human malignancy: A clinical perspective[J]. OncoTargets and Therapy,2014,2013(7):57−68.
[20] 姜勇, 韩家淮. p38MAPK信号传导通路[J]. 生命科学,1999,11(3):102−106. [21] Murat K V, Yagmur D N. Constitution of a comprehensive phytochemical profile and network pharmacology based investigation to decipher molecular mechanisms of Teucrium polium L. in the treatment of type 2 diabetes mellitus[J]. PeerJ,2020,8:e10111. doi: 10.7717/peerj.10111
[22] 向臣希, 欧瑜. 氧化应激在2型糖尿病发病过程中的作用[J]. 药物生物技术,2015,22(5):457−460. [23] Xia M H, Huang R L, Sun Y, et al. Identification of chemical compounds that induce HIF-1 alpha activity[J]. Toxicological Sciences,2009,112(1):153−163. doi: 10.1093/toxsci/kfp123
[24] 王梦, 张泽生, 刘暄, 等. D-松醇复配Mn2+对2型糖尿病大鼠的降血糖作用及其机制的研究[J]. 食品工业科技,2019,40(9):302−307, 314. [25] 王馨苑, 黄夏冰, 邓鑫. 基于网络药理学和分子对接探讨黄连素治疗2型糖尿病机制研究[J]. 中国新药杂志,2020,29(24):2820−2831. [26] Lemus V M L, F S M E, Cervantes M R, et al. Expression of HIF-1 alpha, VEGF and EPO in peripheral blood from patients with two cardiac abnormalities associated with hypoxia[J]. Clinical Biochemistry,2010,43(3):234−239. doi: 10.1016/j.clinbiochem.2009.09.022
[27] 吕翠岩, 张胜容, 徐暾海, 等. 糖痹康对糖尿病大鼠坐骨神经HIF-1α蛋白及HIF-1α mRNA表达的影响[J]. 中华中医药杂志,2016,31(7):2560−2563. [28] Lawan A, Bennett A M. Mitogen-activated protein kinase regulation in hepatic metabolism[J]. Trends in Endocrinology & Metabolism,2017,28(12):868−878.
[29] 王超, 张会欣, 邢邯英, 等. 氧化苦参碱抑制p38MAPK通路减轻高脂喂养胰岛素抵抗小鼠氧化应激[J]. 中国中药杂志,2016,41(15):2872−2876. [30] 葛凌, 蔡亚军, 王章达. 槲皮素对2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗的改善作用及FGF21/MAPK信号通路的影响[J]. 中国药师,2019,22(3):418−421. doi: 10.3969/j.issn.1008-049X.2019.03.007 [31] Li F, Zeng O, Luo J, et al. Effects of hydrogen sulfide on myocardial fibrosis and MAPK1/3 and MMP-8 expression in diabetic rats[J]. Journal of Southern Medical University,2015,35(4):549−552.
[32] LiuX X, HuangX Z, ChenL, et al. Mechanical stretch promotes matrix metalloproteinase-2 and prolyl-4-hydroxylase α1 production in human aortic smooth muscle cells via Akt-p38 MAPK-JNK signaling[J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology,2015,62:15−23.
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期刊类型引用(4)
1. 王明洁. 不同叶幕结构对威代尔葡萄多酚及抗氧化性的影响. 中国果树. 2024(03): 88-92 . 
百度学术
2. 卢千山，童舟，赵海英，常雅宁，周英骏. 紫馚生菜多酚的抗氧化、抑菌活性与稳定性研究. 中国食品添加剂. 2024(05): 150-159 . 百度学术
3. 胡童霞，张楠，朱鑫麗，曾彬，吴帆，李红亮. 荞麦蜂花粉多酚对α-淀粉酶的抑制作用. 天然产物研究与开发. 2024(06): 930-937 . 百度学术
4. 严欣，方一泓，刘元钰，卢玉栋. 葡萄籽多酚提取工艺研究及其功效评价. 云南化工. 2024(07): 144-147 . 百度学术
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