2型糖尿病是指从以胰岛素抵抗为主伴胰岛素相对不足到胰岛素分泌不足为主伴随胰岛素抵抗的一类糖尿病,其发病率逐年上升,但欠缺特效治疗方法。中医药在防治2型糖尿病方面积累了丰富经验、拥有大量资源、具有很大优势,但其成分众多、作用复杂、机制尚不明确,缺少从整体、系统、以及宏观与微观相结合的角度进行的研究,一定程度上限制了中医药在2型糖尿病治疗领域的应用。随着计算机信息科学的发展与进步,运用新技术、新方法解决现有问题、探索复杂疾病的起效机制就显得尤为重要。因此,本文从复杂网络角度着眼,对2型糖尿病进行研究,具有一定的理论意义和实用价值。研究目的:1.采用复杂网络的方法,通过对网络结构和用药规律进行分析,找寻中医药治疗2型糖尿病的核心药物;2.针对2型糖尿病的核心治疗中药,筛选其主要活性成分,预测活性成分作用靶点,运用网络药理学研究思路,从“药物-成分-靶点-通路”的多层次、多角度探讨其治疗2型糖尿病的作用机制;3.将核心中药与其治疗2型糖尿病的潜在作用靶点进行分子对接实验,以期从微观层面揭示中药作用于2型糖尿病的药理机制和关键环节。研究方法:1.本文通过计算机检索的方式搜索中国期刊全文数据库、万方数据库、维普数据库、PubMed等数据库中有关中医药治疗2型糖尿病所有公开发表的文献,通过纳入和排除标准,得到中医药治疗2型糖尿病的方药数据集。对上述数据进行用药频次、证型分布等统计,采用复杂网络的方法,对药物网络的拓扑性质参数进行计算,分析核心网络结构和中药配伍规律,并结合关联规则算法,探索中医药治疗2型糖尿病的用药特点,找到2型糖尿病中医药治疗的潜在核心方药;2.根据上述结果,对筛选到的核心中药进行基于配体的反向找靶,根据药效团的匹配值,得到药物预测靶标。同时检索疾病靶标,将其与药物预测的靶标进行映射,得到中医药治疗2型糖尿病的潜在靶点。建立2型糖尿病核心中药的中药化合物数据集以及2型糖尿病相关靶标数据集,根据这些信息,建立“疾病-中药-靶点”、“靶点-靶点”等复杂关系网络,利用软件Cytoscape3.5.1对上述数据进行可视化呈现,并对整体的网络进行描述和统计分析,对潜在靶点进行基因功能分析和通路富集分析;3.以Discovery Studio软件为载体,将核心中药中的小分子结构导入软件中,对小分子进行预处理,包括二维/三维结构转化、结构优化、标准化与加氢等操作。在PDB数据库中下载核心靶标蛋白的晶体结构,导入Discovery Studio中,对蛋白进行去除水分子等预处理,并定义活性位点。然后使用半柔性分子对接中的CDocker算法将中药小分子与受体蛋白相结合。根据打分函数,对结果进行筛选与排序,分析小分子构象与受体蛋白的结合模式。研究结果:1.通过对中医药治疗2型糖尿病的相关文献进行筛选和整理,本研究一共纳入了369篇文献,共444条方剂。对中药处方的证型和用药进行统计,发现在临床中,2型糖尿病的主要中医证型涉及了气阴两虚、阴虚热盛、瘀血阻络、湿热困脾以及痰瘀互结,其中气阴两虚证所占比重最大,占所有证型的44.44%。常用的治疗药物有黄芪、山药、生地黄、丹参、葛根、茯苓、黄连、天花粉、麦冬等,涉及益气、滋阴、活血、健脾、利水、清热、润燥等方面,使用频率最高的药物为黄芪。基于上述研究结果,本文分别将未分证型下的2型糖尿病治疗药物与2型糖尿病文献中涉及气阴两虚证的条目分别进行了网络构建,发现未分证型的药物网络中排名前10的是黄芪、茯苓、山药、丹参、黄连、葛根、生地黄、白术、甘草与山茱萸,而气阴两虚证排名前10位的节点是黄芪、山药、生地黄、丹参、葛根、黄连、天花粉、茯苓、麦冬和枸杞子,其中,黄芪、山药、葛根、生地黄、茯苓、丹参、黄连是它们两者间相重叠的药物。提示2型糖尿病的治疗重在益气养阴和清热活血。进一步对其进行边的权重的计算,发现未分证型下的常用药对为黄芪-山药、黄芪-葛根、黄芪-丹参、黄芪-生地黄;而气阴两虚证的常用药物组合为黄芪-山药、黄芪-生地黄、黄芪-葛根。结合关联规则分析,最终得出黄芪、山药、生地黄、葛根为中医治疗2型糖尿病的4个核心药物。因此,本文基于该结果,以此4味中药为例,进行下一步研究。3.将核心中药中的活性成分与AKT1、PPAR-γ、INSR和IGF1等4个2型糖尿病核心靶标进行对接。以蛋白晶体结构中原配体小分子的打分值作为阈值,将分子对接结果中高原配体打分值的小分子进行筛选,发现对于AKT1来说,共有5个小分子大于原配体的打分。排名前3位的分别是生地黄中的水苏糖、黄芪中的二甲基异黄烷-7,2’-di-0-葡萄糖苷和5’-羟基-异微凸剑叶莎-2’,5’-0-糖苷。对于PPAR-丫来说,有13个小分子与该蛋白形成了较好的相互作用,其中排名前3位的是黄芪中的异鼠李素、槲皮素以及山奈酚。对于INSR来说,有21个化合物的打分函数值都高于原配体,其中与该蛋白结合最好的是生地黄中的水苏糖、黄芪中的5’-羟基-异微凸剑叶莎-2’,5’-0-糖苷与葛根中的葛根素。对于IGF1来说,共40个小分子都比原配体分子结合的好,其中分数最高的生地黄中的水苏糖、葛根中的大豆甙元-4,7-二葡萄糖苷、以及生地黄中的地黄苷A。此外,在排名前3的小分子中,我们发现水苏糖可同时作用于AKT1、IGF1和INSR,5’-羟基-异微凸剑叶莎-2’,5’-0-糖苷可同时作用于AKT1与INSR。在这些结合力较好的小分子中,有14个成分可以同时作用于3个靶点,有6个成分能同时作用于2个靶点。进一步对与4个靶蛋白结合分数排名前两位的小分子作为举例,分析其与靶蛋白的相互作用模式。结果发现小分子与靶蛋白之所以能产生良好的结合模式,是通过氢键作用、疏水作用、电荷作用等多种利于结合的非键相互作用而造成的。研究结论:1.气阴两虚证是2型糖尿病最常见的证型,黄芪、山药、生地黄、葛根4味药是治疗2型糖尿病的核心中药;2.核心中药治疗2型糖尿病涉及AKT1、BMP2、IGF1、INSR、PPARA、PPARG等多个关键靶标,且芒柄花素、豆甾醇等是主要起效成分。这些中药能通过多条途径共同参与对疾病的治疗,与中医学从整体观角度认识人体和疾病的观念是一致的;3.中药化合物能与人体内多种蛋白受体相互结合,可以协同作用于从胰岛素的产生到胰岛素的信号传递的全过程,直接或间接参与调控血糖,从而产生一个综合的降糖机制。从微观层面印证了黄芪、葛根、生地黄、山药益气生津、健脾滋阴的中医宏观用药理论。