天麻(Gastrodia elata Blume, G. elata)是兰科植物天麻的干燥块茎,是一种名贵中草药,在《神农本草经》中被列为上品药材,其广泛分布于陕西、湖北、四川和云南等地[1]。天麻性味甘平、归肝经,具有平肝息风、祛风通络等功效,临床上被广泛应用于心脑血管和神经系统等疾病的治疗[2]。天麻富含氨基酸、多肽蛋白、酚类、多糖类、甾醇类、有机酸类等多种天然活性成分,具有镇静催眠、抗氧化、增强免疫、延缓衰老、改善学习记忆等作用,因此多被作为保健食品原料应用于现代食品领域[3-5]。2002年3月,天麻被列入《可用于保健食品的物品名单》;2019年11月,天麻被纳为“药食同源”管理的试点品种;2023年11月,天麻被正式列为“药食同源”物质,自此,促进了以天麻为原料来源的现代食品的快速发展。
为明确含天麻保健食品的应用现状,本研究针对国家市场监督管理总局登记注册的此类产品进行系统的梳理归纳,并借助数据挖掘分析其组方规律[6],网络药理学技术解析其主要保健功能的作用原理。以期为后续开发具备多元保健功效的天麻相关产品提供新思路。
1 材料与方法
1.1 数据来源
在国家市场监督管理总局特殊食品信息查询平台(http://ypzsx.gsxt.gov.cn/specialfood/#/food)的“高级查询”-“主要原料”中以天麻作为关键词,检索含天麻的保健食品,并按保健功能进行分类统计,检索时间截至于2024年12月24日。
1.2 纳入与排除标准
将主要原料明确、具有保健功能信息且符合《允许保健食品声称的保健功能目录非营养素补充剂(2023年版)》的含天麻保健食品作为待分析数据。其中重复注册的保健食品仅保留一个。此外,对同一产品中不同浓度、剂型、生产商均作保留处理。排除未明确适宜人群的保健食品。
1.3 数据规范化
对纳入天麻相关保健食品的保健功能进行规范,如将“改善睡眠”、“抗疲劳”分别规范为“有助于改善睡眠”、“缓解体力疲劳”等。此外,去除配方中的“葡萄糖”、“淀粉”等化学成分及辅料。并参考《中国药典》2020年版将中药提取物及炮制中药统一规范为中药的名称,如“天麻提取物”“天麻(经辐照)”统一规范为“天麻”等。并规范禁忌人群数据,将“孕期及哺乳期妇女”统一为“孕妇、乳母”等。
1.4 数据整合
通过双人背靠背独立录入法在Excel表格中录入产品的名称、注册年份、剂型、主要原料、适宜/禁忌人群等信息,构建含天麻的保健食品数据库。同时,为确保数据的准确,由第3个人对数据进行整合和处理。
1.5 数据分析
参考《中国药典》2020年版,补充天麻保健食品的相关中药原料的性味归经等信息,通过IBM SPSS Modeler 18.0软件对剂型、保健功能、适宜/禁忌人群进行数据分析。根据关联规则得到不同功能下与天麻复配的核心药物,并对功效成分/标志性成分信息进行分析。
1.6 网络药理学研究
1.6.1 构建天麻活性成分及相关靶点数据库
以“Gastrodia elata” 和“天麻”为关键词 在PubMed、中国知网上检索相关文献,建立天麻化学成分库。去掉Pubchem无法识别及没有预测到靶点的成分后通过TCMSP(https://www.tcmsp-e.com/load_intro.php id=43)、Swiss Target Prediction(http://wwwSwisstargetprediction.ch/)平台对其潜在靶点进行预测,去掉可能性较低的靶点,合并去重复后整理在Excel表格中。
1.6.2 保健功能潜在靶点的筛选
在 GeneCards (https://www.genecards.org/)、OMIM(https://www.omim.org/)、MalaCards(https://www.malacards.org/)数据库中检索与主要保健功能相关靶点,去除重复后,整理在Excel表格中。
1.6.3 天麻保健功能关键靶点的获取
将天麻以及各保健功能靶点导入Jvene(https://jvenn.toulouse.inra.fr/app/example.html) 中,绘 出Venn图,得到天麻主要活性成分和各保健功能靶点的交集,将交集靶点作为天麻保健功能的关键靶点。
1.6.4 构建天麻与保健功能的交集靶点的蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interactions,PPI)网络
将天麻与保健功能的交集靶点导入String(https://string-db.org/)数据库,物种设置为人,筛选出结合评分≥0.9的靶点,获得交集靶点之间的相互关系,将其导入到Cytoscape 3.10.0软件,绘制PPI可视化网络图。运用Network Analyzer计算网络节点的拓扑参数,通过参考度值大小进行筛选核心靶点[7]。
1.6.5 交集靶点的GO和KEGG富集分析
天麻保健功能靶点的GO及KEGG富集分析采用David(https://davidbioinformatics.nih.gov/)数据库进行分析,并将生物过程(biological process,BP)、细胞组分(cellular component,CC)、分子功能(molecular function,MF)以及KEGG富集分析前10条结果导入GraphPad Prism 9软件进行可视化。
1.6.6 天麻活性成分与核心靶点的分子对接
根据实验结果并结合已有文献,选取天麻中最主要的成分与保健功能核心靶点借助Auto Dock vina软件进行对接。其结合能越小,分子对接结果越稳定,结合能小于-7 kcal/mol表示结合能良好。
2 结果与分析
初步检索得到147种含天麻的保健食品,其中重复注册的产品有7种,未注明保健功能或适宜人群的产品有4种,根据上述1.2节所述标准,将其剔除,最终纳入分析的保健食品有136种,其中主要原料单独为天麻的有11种,同一厂家同一产品不同剂型的有7种。
2.1 批文年份分析
纳入的136种含天麻的保健食品,除去8种没有写明批文年份的产品外,剩余的128种批文年份跨度为1997—2024年,从1997年开始,天麻保健食品的批文数量呈现波动上升趋势。每4年作为一个分组,共7组,其中2021—2024年最多,2005—2008年最少。见电子版增强出版附图1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042963,下同)。
图1 含天麻的保健食品配方中原料的性味归经统计
Fig.1 Sexual flavour and meridian statistics of the ingredients in health food formulations containing G.elata
A-四气;B-五味;C-归经
2.2 中药频次及药性统计分析
对136种含天麻保健食品的原料进行分析,结果发现,总共包含96种中药原料,使用频次达590次,其中20味中药的使用频次大于使用平均值6.15次,将其作为高频原料,见表1。
表1 含天麻保健食品组方中高频中药频数统计
Table 1 Frequency statistics of high-frequency Chinese medicines in health food formulas containing G.elata
对纳入的96味中药的药性、药味、归经频次进行统计。根据图1发现四气主要为温(34次)、平(29次);五味主要为甘(63次)、苦(33次);归经主要涉及肝经(56次)、肾经(47次)、肺经(43次)。
2.3 剂型
136种含天麻保健食品的产品剂型涉及9种类型,其中数量最多的为胶囊剂,达到83次;其次为片剂,具有19次;丸剂和饮料最少,均仅有1次。胶囊剂是传统保健食品中最常用的产品剂型。天麻质地偏硬,磨成粉状填入囊壳中可以直接入药,能够保护天麻中的活性成分,延长其保质期。
2.4 保健功能
对纳入的136种含天麻保健食品的保健功能进行统计分析,发现其可参与神经、免疫以及内分泌等系统的调节。结果见图2,含天麻保健食品具有11种保健功能,共计出现166次,其中频次最高的为有助于改善睡眠,共计73次,有助于增强免疫力和有助于维持血压健康水平次之,均为33次。
图2 含天麻的保健食品的保健功能频数统计
Fig.2 Frequency statistics of health-care functions of health products containing G.elata
2.5 适宜/禁忌人群
不同功能的含天麻保健食品对应不同的适宜/禁忌人群。其中136种产品中,共标注了167条适宜人群项目,其中睡眠状况不佳者占比最高,达到73次;其次为免疫力低下者与血压偏高者,均为33次,与其保健功能频次基本一致;易疲劳者为8次;血脂偏高者为5次;处于缺氧环境者与需要改善记忆者均为4次;出现次数最少的为体质虚弱者、便秘者、有化学性肝损伤危害者以及有黄褐斑者,均仅有1次。
而禁忌人群累计出现384次,其中少年儿童、孕妇和乳母这三类人群占比较大,分别出现135、112、103次;此外,酒精过敏者出现8次;慢性腹泻者出现6次;肝肾功能不全者出现5次;月经过多者出现4次;心脑血管疾病患者出现3次;肝病家族史者出现2次;低血压人群、蜂产品以及食用真菌过敏者、血压正常的中老年人、妇科肿瘤患者、有妇科肿瘤家族病史者均仅有1次。
2.6 含天麻的保健食品及其不同功能下含天麻保健食品的核心原料组合及功效成分/标志性成分分析
剔除组方中仅有天麻的保健食品,共纳入125种含天麻保健食品,这些产品声称的保健功能累计153项,其中声称具有有助于改善睡眠的保健食品高达63种,有助于增强免疫力以及有助于维持血压健康水平的保健食品均为33种。原料≥2的所有保健食品与3种不同功能的保健食品原料的关联规则通过SPSS Modeler 18.0软件进行分析。125种含天麻保健食品的高频中药的最小支持度设置为10%、最小置信度100%、最大前项数为2;对有助于改善睡眠、有助于增强免疫力的保健食品进行关联规则进行分析时,条件为最小支持度15%、最小置信度80%、最大前项数为2;有助于维持血压健康水平的保健食品,最小支持度30%、最小置信度80%、最大前项数为2。关联规则分析结果见附表1,图3为4种类型保健食品的原料关系图。
图3 不同类型的含天麻保健食品中高频原料的关联规则网络
Fig.3 Network of association rules for high-frequency ingredients in different types of health food products containing G.elata
注:所有类型中药原料均≥2味。
A-含天麻的所有保健食品;B-改善睡眠功能的含天麻的保健食品;C-有助于增强免疫力功能的含天麻的保健食品;D-有助于维持血压健康水平功能的含天麻的保健食品
125种含天麻保健食品共涉及39种功效成分/标志性成分,累计频次226次,有6种成分出现频次大于平均值5.79次,将其作为含天麻保健食品中的高频成分。其中天麻素的频次最高达到50次,其次为总皂苷(附表2)。
表2 天麻关键成分与核心靶点的分子对接结合能 单位:kcal/mol
Table 2 Molecular docking binding energy of key components and core targets of G.elata
此外,声称具有改善睡眠的含天麻保健食品的功效成分/标志性成分包含21种,累计频次117次,出现频次大于平均值5.57次的有4种,天麻素是主要的功效成分,总皂苷次之。声称具有有助于增强免疫力的含天麻保健食品涉及的功效成分有16种,累计频次62次,大于平均值4.26的有3种,粗多糖频次最高(21次)。声称具有有助于维持血压健康水平功能的含天麻的保健食品仅包含12种功效成分,累计频次57次,平均频次为4.75,总黄酮频次最高,达到25次。同时,根据电子版增强出版附表2可知,含天麻保健食品的功效成分的含量在不同的保健功能中也有所差距。在不区分功能的含天麻保健食品中,每100 g样品中的天麻素的平均含量仅小于有助于改善睡眠产品中的天麻素含量,这可能与天麻素是声称具有有助于改善睡眠的含天麻保健食品的主导性功效成分有关。此外通过整体分析发现单体化合物天麻素的含量均较总皂苷、粗多糖等其他成分的含量低,这可能与天麻素的安全剂量有关。
2.7 网络药理学分析
2.7.1 天麻活性成分及靶基因的收集与筛选
本文初步获得394个天麻相关化合物,使用TCMSP数据库以及Swiss Target Prediction平台收集相关靶点,去除无法识别的化合物以及无法预测靶点的成分后,最终获得161个天麻有效成分,去掉可能性较低的靶点共得到1 037个天麻活性成分靶点。
2.7.2 保健功能潜在靶点的筛选
含天麻保健食品的保健功能主要为有助于改善睡眠、有助于增强免疫力以及有助于维持血压健康水平,因此,本研究主要探究天麻与这3种保健功能的作用机制。GeneCards、OMIM以及MalaCards数据库共得到3 544个睡眠障碍相关靶点、3 316个免疫力相关靶点以及2 873个血压相关靶点。
2.7.3 关键靶基因筛选和PPI网络分析
图4为天麻与3种功能相关靶点的Venn图,共获得天麻改善睡眠的关键靶点396个,去掉游离在外的靶点后,构建的PPI网络涉及299个节点和723条边(附图2-A)。天麻增强免疫力的关键靶点332个,其PPI网络图具有246个节点和807条边(附图2-B)。共获得343个天麻维持血压健康水平的关键靶点,其构建的PPI网络图具有276个节点和849条边(附图2-C)。同时采用Network Analyzer计算网络节点的拓扑参数,按照度值筛选分别得到,天麻改善睡眠的靶点主要包括:PIK3CA、GNA11、MAPK3、CTNNB1、MAPK1。天麻增强免疫力的靶点主要包括:PIK3CA、PIK3R1、PIK3CD、STAT3、AKT1。天麻维持血压健康水平的主要包括 SRC、PIK3CA、PIK3R1、STAT3、PIK3 CD等靶点。
图4 天麻和睡眠、免疫力、血压交集靶点Venn图
Fig.4 Venn diagram of the intersecting targets of G.elata and sleep,immunity,and blood pressure
2.7.4 关键靶点的GO及KEGG富集分析
GO富集结果显示,天麻改善睡眠的靶点涉及926条BP,主要涵盖化学突触传递(chemical synaptic transmission)、对缺氧的反应(response to hypoxia)、类胰岛素生长因子受体信号通路(insulin-like growth factor receptor signaling pathway)等方面;330条MF,包括同种蛋白结合(identical protein binding)、ATP结合(ATP binding)、蛋白质酪氨酸激酶活性(protein tyrosine kinase activity)等;146个CC相关条目,涉及突触后膜(postsynaptic membrane)、树突(dendrite)、质膜突触后膜(plasma membrane)等。天麻增强免疫力共得到938个BP条目、279个MF条目、137个CC条目,包括染色质重塑(chromatin remodeling)、组蛋白H3Y41激酶活性(histone H3Y41 kinase activity)、涵盖质膜(plasma membrane)等方面。天麻维持血压得到913个BP条目,包含对缺氧的反应等;261个MF条目,涵盖同种蛋白结合、组蛋白H3Y41激酶活性等方面;CC共富集得到110个条目,涵盖受体复合物(receptor complex)、膜筏(membrane raft)等。各保健功能的前10条BP、MF、CC条目,见图5。天麻改善睡眠、增强免疫力以及维持血压健康水平的关键靶点分别富集得到186、188、191条KEGG通路;去除与天麻主要保健功能不相关的通路,如癌症的发病途径(pathways in cancer)、癌症中的中枢碳代谢(central carbon metabolism in cancer)、非小细胞肺癌(nonsmall cell lung cancer)等,前20条通路如图5所示。
图5 天麻与不同功能的交集靶点的GO、KEGG富集结果气泡图
Fig.5 Bubble plots of GO and KEGG enrichment results of G.elata with different functional intersecting targets
A-天麻有助于改善睡眠;B-天麻有助于增强免疫力;C-天麻有助于维持血压健康水平
2.8 分子对接验证结果
根据已有文献以及《中国药典》2020年版,选择天麻素、对羟基苯甲醇、4-羟苄基甲醚、腺苷、香兰醇作为天麻的主要活性成分。采用分子对接技术对天麻的5个活性成分与天麻改善睡眠、增强免疫力、维持血压健康水平的前5个核心靶点(合并15个靶点并去除重复后PIK3CA、PIK3R1、PIK3CD、STAT3、AKT1、SRC、GNAI1、MAPK3、CTNNB1、MAPK1)的结合情况进行验证。如表2所示,有7对成分靶点的结合能小于-7 kcal/mol,表明其结合较好,具有良好的亲和力。
3 讨论
目前,随着经济迅速的发展,快节奏、高压力的生活环境使得越来越多的人处于亚健康状态[8]。因此,能够开发具有改善身体健康的保健食品成为食品行业的研究热点。天麻是我国传统的药食同源物质,其性味甘平、无毒,具有极高的营养价值,因此以天麻为主要原料的保健食品广受市场青睐。本研究为明确含天麻保健食品的组方规律以及主要保健功能的作用机制,采用数据挖掘及网络药理学技术对含天麻保健食品进行统计分析,可为后续相关保健食品的研发提供思路。
本研究纳入136种含天麻的保健食品,涉及11种剂型,以胶囊剂(83)、片剂(19)为主。这与天麻质地偏硬有关,其磨成粉或提取后可直接入药[9]。且其具有类似于马尿的不良气味,因此需要胶囊剂这类适合吞服的剂型,既可遮掩天麻的不良气味,同时还能减少辅料的使用,使得成分更加纯粹。但随着现代保健食品的不断发展,含天麻的保健食品应在剂型方面不断创新,逐步向普通食品形式转变,以实现消费者的健康需求甚至是味蕾享受。含天麻的保健食品主要禁忌人群为少年儿童和乳母,这与天麻的功效密切相关:天麻主要活性成分具有活血化瘀的功效,孕妇及乳母服用可能会对生产及胎儿不利,此外,天麻主要作用于神经系统,少年儿童服用天麻可能会影响大脑神经的发育[10-11]。
136种含天麻的保健食品中仅有11种是单独以天麻作为原料,其他125种保健食品的原料共涉及96味中药,性味多温、甘,归经主入肝、肾、肺经。使用频次前10的中药是天麻、酸枣仁、灵芝、罗布麻、杜仲、人参、五味子、枸杞子、葛根、茯苓,除罗布麻以外均为药食同源物质。含天麻的保健食品的主要功效为改善睡眠、有助于增强免疫力以及有助于维持血压健康水平。
此外,有助于改善睡眠常用原料组合为“天麻-酸枣仁”、“天麻-五味子”、“天麻-灵芝”,均属于高频药物。其中天麻息风止痉、平抑肝阳;酸枣仁养心补肝、宁心安神;五味子益气生津、补肾宁心;灵芝补气安神、延年益寿。中医认为失眠多由饮食不当、情欲不调、阴阳失调导致,常以补益、镇静安神类中药进行治疗[12]。上述配伍符合中医改善睡眠的基本理论,且现代药理研究表明这4味中药均具有改善睡眠的功效[13-16]。在中医理论里,免疫力降低可归属于“虚”、“虚损”的范畴。针对此情况进行治疗时,需遵循整体观念开展辨证论治,着重以气血作为纲领,以调和阴阳为主要原则[17]。有助于增强免疫力的含天麻保健食品的常用原料组合为“天麻-枸杞子”、“天麻-黄芪”、“天麻-灵芝”。其中枸杞子滋补肝肾、益精明目;黄芪补气健脾、益卫固表;灵芝补气安神、止咳平喘。因此,上述中药可根据患者需求进行保健品选用,有助于提升免疫力。有助于维持血压健康水平的含天麻保健品的常用原料组合为“天麻-罗布麻”、“天麻-杜仲”、“天麻-葛根”。人体气血阴阳之间互相联系、互相依存,在病理上也互相影响,气血阴阳任何一方出现异常,都可能打破人体的平衡,进而影响血压稳定[18]。罗布麻平肝安神、清热利水;杜仲属于补肾中药,具有补肝肾、强筋骨的作用;葛根解肌退热、生津止渴。现代药理学表明,天麻、罗布麻、杜仲、葛根均具有扩张血管、降低血压的功效[19-22]。
保健食品作为一种具有特定保健功能的特殊食品,原料提供的功效成分是其发挥主要保健功能的基础。含天麻保健食品是一个复杂的整体,其中包含多种保健食品原料,其中,每味中药都具有多种化学成分,发挥药理作用的机制各不相同,多种成分之间相互作用,可通过协同作用发挥一定的药理作用。通过对含天麻的保健食品功效成分分布特征分析发现,其组方配伍规律呈现一定的功能导向性。多数含天麻保健食品的配伍药材包含酸枣仁、人参、灵芝、茯苓等富含皂苷类的中药,因此总皂苷作为功效成分在含天麻保健食品中出现频次较高,仅次于天麻素。而天麻素作为核心标志性成分,在绝大多数产品中占据主导地位。同时,天麻与不同的中药原料进行配伍,发挥的作用也不尽相同,不同功效成分的出现频次反映了产品不同的保健功能。酸枣仁皂苷A及酸枣仁皂苷B等皂苷类成分是酸枣仁发挥镇静催眠作用的主要活性成分,这与本研究发现的有助于改善睡眠类产品富含皂苷类成分相一致。有研究发现,皂苷类成分能够通过靶向作用于c-Fos 基因,调控c-Fos蛋白的表达,从而参与调节睡眠中枢腹外侧视前核神经元以及觉醒中枢结节乳头体核神经元的活化或抑制[23]。此外,五味子是改善睡眠类产品中频次较高的中药,其含有的五味子甲素、五味子醇甲也是声称具有有助于改善睡眠含天麻产品中的功效成分。总皂苷、五味子素等功效成分与天麻素协同组合,共同发挥改善睡眠的作用。声称有助于增强免疫力的含天麻保健食品普遍富含具有免疫调节作用的活性物质,其中粗多糖的频次最高。与天麻配伍的枸杞子、灵芝均是富含多糖化合物的中药。粗多糖是枸杞子的主要特征成分,因此以枸杞子和天麻进行配伍时,大多数保健品会以粗多糖作为其功效成分[6]。灵芝多糖是一种包含β-葡聚糖和杂多糖的一种天然聚合物,是灵芝的主要活性成分,具有广泛的免疫调节作用,这也是灵芝被广泛作为免疫调节剂的原因[24]。声称有助于维持血压健康水平的产品中富含血管活性物质,总黄酮是此类产品中出现频次最高的功效成分。罗布麻、杜仲及葛根中均富含黄酮类化合物。李芝等[25]以高脂高盐饲料诱导大鼠建立高血压模型,用不同剂量罗布麻叶总黄酮灌胃,探究罗布麻叶总黄酮的降压作用,发现其通过抑制血管中C反应蛋白、转化生长因子-β1表达,提高血清高密度脂蛋白胆固醇水平降低血压,且呈剂量依赖性,32 mg/kg高剂量组降压效果显著优于8 mg/kg低剂量组。杜仲黄酮类化合物发挥降血压的作用机制包括调节大鼠肾素血管紧张素-醛固酮系统、血管平滑肌收缩能力以及促进一氧化氮的合成[26]。葛根素是葛根中的一个黄酮类化合物,具有显著的降血压作用,研究发现其可降低自发性高血压病大鼠的收缩压和舒张压,并抑制血管平滑肌细胞的瞬时受体电位阳离子(transient receptor potential cations,TRPCs)通道来改善去甲肾上腺素反应和血管重塑。此外,葛根素还通过增加内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS) 活性、激活eNOS/cGMP通路治疗自发性高血压病[27]。
明确功效/标志性成分的含量能够有效评价保健食品的质量以及是否具有一定的功效。通过分析含天麻保健食品中标示的功效/标志性成分含量发现,在声称具有不同功能的含天麻保健食品中天麻素的含量均低于其他化合物,平均含量小于300 mg/100 g,而在不以天麻素为主导功效成分的有助于维持血压健康水平的保健食品中,天麻素的含量仅为61 mg/100 g,这可能与天麻素的安全剂量有关。有研究发现天麻的每日推荐量不超过12 g具有一定的药效,且对健康的潜在风险较低,具有较高的安全性[5],而天麻素的含量通常为0.3%～0.6%,因此,每日服用不超过72 mg的天麻素具有一定的安全性及有效性。粗多糖在各类保健食品中含量均较高,主要由于粗多糖在中药原料中大量存在,且因其相对分子量大、结构复杂难以进入生物体内导致生物利用度较差。本研究发现,在声称具有有助于维持血压健康水平的含天麻保健食品中,茶多酚是功效成分/标志性成分,且含量较高。茶多酚是一种具有降压作用的食品功能因子,可以通过升高抗氧化物酶活力、降低氧化应激水平来发挥一定的降低血压作用,且降压作用与剂量和时间成正比[28]。综上所述,保健食品中功效成分/标志性的标示为产品功能定位与配伍设计提供了科学依据。
网络药理学在多组分中药的靶点预测和机制研究中发挥着重要作用。共获得161个有效成分及1 037个靶点,有助于改善睡眠得靶点3 544个,有助于提升免疫力的靶点3 316个,有助于维持血压健康水平的靶点2 873个。其中天麻改善睡眠共有396个交集靶点,天麻增强免疫力共有332个靶点,天麻维持血压健康水平共343个关键靶点。天麻改善睡眠的PPI网络共获得10个核心靶点(PIK3CA、GNAI1、MAPK3、CTNNB1、MAPK1、KRAS、AKT1、EP300、ESR1、HRAS),这些靶点主要涉及细胞内的信号传导、基因表达调控等重要生理过程。其中,PIK3CA与AKT都属于PI3K-AKT信号通路,活化的PIK3CA参与催化激活AKT等下游分子,从而调节细胞的生长与增值。有研究表明,PI3K-AKT信号通路能够影响神经递质的合成、释放和代谢,从而调节睡眠-觉醒周期,促进睡眠的发生[29]。而天麻通过影响神经递质的合成与摄取进而改善睡眠早有研究[4]。KRAS、HRAS 属于RAS 基因家族,其活化后可激活下游的MAPK信号通路,MAPK1与MAPK3是MPAK信号通路上的关键蛋白,已有研究证明MPAK信号途径参与介导昼夜节律系统的调节[30]。天麻有助于增强免疫力与有助于维持血压健康水平的PIK3R1、PIK3CA、PIK3CD、STAT3、AKT1、HRAS、KRAS、EGFR、ESR1等靶点涉及细胞生长、增值、分化、代谢等生理过程。其中PIK3R1、PIK3CA、PIK3CD是PI3K信号通路的不同组成部分,而PI3K信号通路在免疫细胞的发育、活化、增殖和功能调节中起关键作用[31]。此外,PI3K-AKT信号通路的激活可以促进内皮细胞合成和释放一氧化氮,一氧化氮具有舒张血管的作用,有助于维持血管的正常张力和血压稳定[32]。有研究表明天麻中的天麻素可以通过PI3K-AKT信号通路来发挥其神经细胞保护以及降血压的药理活性,从而对神经系统、心血管等疾病具有治疗作用[33]。STAT3是信号转导和转录激活因子家族成员,与免疫细胞的激活、血管重塑和高血压的发生发展密切相关[34]。WANG等[35]研究发现天麻素通过修饰STAT3的磷酸化来抑制神经炎症从而发挥神经保护作用。这些靶点都证实了其与睡眠、免疫、血压发生发展间的联系,天麻可能作用于上述靶点来发挥改善睡眠、增强免疫力以及维持血压健康水平的保健功能。
根据GO及KEGG分析结果,天麻主要通过化学突触传递的反应等过程、同种蛋白结合等分子功能、神经活性配体与受体的相互作用等通路来改善睡眠;通过染色质重塑等过程、组蛋白H3Y41激酶活性等分子功能、PI3K-AKT等信号通路来发挥增强免疫力的功能;通过对缺氧的反应等过程、同种蛋白结合等分子功能、HIF-1信号通路来维持血压健康水平。其中神经活性配体与受体的相互作用与神经信号传导密切相关。其在神经系统的功能中占据核心角色,参与调节神经递质的释放和再摄取,影响神经细胞的兴奋性和可塑性,从而在睡眠-觉醒网络中起调控作用[36]。此外,已有研究证明天麻能够影响神经递质的合成以及调控相应受体的活性来改善睡眠[37]。HIF-1信号通路是机体在缺氧环境下的重要适应性调节机制,在维持细胞和组织的氧稳态中发挥关键作用,天麻通过HIF-1信号通路影响血管张力、血管生成等途径对血压进行调节[38]。最后分子对接结果表明天麻的活性成分天麻素、对羟基苯甲醇、4-羟苄基甲醚、腺苷、香兰醇与3个保健功能的核心靶点之间具有良好的结合活性,这表明了天麻通过多个成分作用于靶点来发挥作用。然而由于天麻的新成分以及新靶点仍在不断被探索,并且网络药理学对天麻发挥保健作用的机制仍为预测效果,因此,对于后续揭示天麻保健功能的作用机制还需扩大数据分析范围、完善计算机算法甚至采用实验手段进行验证。
4 结论
本研究探究了含天麻的保健食品的组方规律及发挥主要保健功能的作用机制。首先对含天麻的保健食品进行归纳总结,采用数据挖掘方法分析其获得的批文年份、剂型、主要功能、高频原料、四气五味等基本信息以及在不同保健功能下含天麻保健食品的核心原料组合及功效/标志性成分相关分析。其次,应用网络药理学技术对天麻发挥主要保健功能的潜在靶点及作用通路进行研究分析。本研究可为天麻后续保健食品的研发提供坚实的理论基础。
[1]MA X D,FAN Y X,JIN C C,et al.Specific targeted quantification combined with non-targeted metabolite profiling for quality evaluation of Gastrodia elata tubers from different geographical origins and cultivars[J].Journal of Chromatography A,2016,1450:53-63.
[2]全毅恒,上官晨虹,陈琛,等.天麻中酚类成分对心脑血管疾病的药理作用研究进展[J].中草药,2022,53(14):4582-4592.QUAN Y H,SHANG GUAN C H,CHEN C,et al.Research progress on pharmacological effects of phenols in Gastrodia elata on cardio-cerebralvascular diseases[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2022,53(14):4582-4592.
[3]YANG L,QIN S H,ZI C T.Research progress of Gastrodia elata Blume polysaccharides:A review of chemical structures and biological activities[J].Frontiers in Chemistry,2024,12:1395222.
[4]贾凡凡,王蓓蓓,康思锐,等.天麻镇静催眠作用研究进展[J].中草药,2024,55(13):4555-4564.JIA F F,WANG B B,KANG S R,et al.Sedative-hypnotic effect of Gastrodiae Rhizoma[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2024,55(13):4555-4564.
[5]上官晨虹,赵博,陈琛.药食两用天麻的安全性评价研究进展[J].食品安全质量检测学报,2022,13(18):5946-5954.SHANG GUAN C H,ZHAO B,CHEN C.Research progress on safety evaluation of edible and medicinal Gastrodia elata[J].Journal of Food Safety and Quality,2022,13(18):5946-5954.
[6]王宇,任雪阳,李留洋,等.基于数据挖掘和复杂网络的枸杞子提取物保健食品组方规律及质量控制分析[J].食品与发酵工业,2023,49(22):199-207.WANG Y,REN X Y,LI L Y,et al.Analysis on formula regularity and quality control of health food containing Lycium barbarum extract based on data mining and complex network[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(22):199-207.
[7]CARLIN D E,DEMCHAK B,PRATT D,et al.Network propagation in the cytoscape cyberinfrastructure[J].PLoS Computational Biology,2017,13(10):e1005598.
[8]王潇,赵重博,王昌利.大健康背景下“秦药”品牌建设与发展策略[J].中草药,2024,55(17):6078-6088.WANG X,ZHAO C B,WANG C L.Construction and development strategy of “Qin medicine” brand in context of great health[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2024,55(17):6078-6088.
[9]谈亚丽,付育臣,黄蓉,等.湖北五峰天麻品质及其发酵过程中特征风味物质变化解析研究[J].食品与发酵工业,2025,51(12):280-286.TAN Y L,FU Y C,HUANG R,et al.Analytical study on quality of Wufeng Gastrodia elata from Hubei province and changes of characteristic flavor substances during fermentation[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(12):280-286.
[10]朱华,黄飘玲,杨雯琪,等.2015年版《中国药典》(一部)含天麻成方制剂的归纳分析[J].辽宁中医杂志,2021,48(7):175-178.ZHU H,HUANG P L,YANG W Q,et al.Induction and analysis of Tianma (Gastrodiae rhizoma) preparation in 2015 edition of Chinese Pharmacopoeia (Part Ⅰ)[J].Liaoning Journal of Traditional Chinese Medicine,2021,48(7):175-178.
[11]段昊,周亚西,周士琦,等.天麻在我国保健食品中的应用[J].食品工业科技,2023,44(9):403-412.DUAN H,ZHOU Y X,ZHOU S Q,et al.Application of Gastrodia elata in functional food in China[J].Science and Technology of Food Industry,2023,44(9):403-412.
[12]唐启盛,孙文军,曲淼.中国民族医药治疗成人失眠的专家共识[J].北京中医药大学学报,2022,45(1):21-28.TANG Q S,SUN W J,QU M.Expert consensus on the treatment of adult insomnia with traditional Chinese medicine[J].Journal of Beijing University of Traditional Chinese Medicine,2022,45(1):21-28.
[13]ZHOU H B,LU S Z,YU Z S,et al.Mechanisms for the biological activity of Gastrodia elata Blume and its constituents:A comprehensive review on sedative-hypnotic,and antidepressant properties[J].Phytomedicine,2024,123:155251.
[14]YANG M X,WANG H,ZHANG Y L,et al.The herbal medicine Suanzaoren (Ziziphi Spinosae Semen) for sleep quality improvements:A systematic review and meta-analysis[J].Integrative Cancer Therapies,2023,22:15347354231162080.
[15]陈红旭,苑丽葳,张竣雄,等.五味子藤茎木脂素对小鼠镇静催眠及抗焦虑作用研究[J].食品工业科技,2022,43(14):385-391.CHEN H X,YUAN L W,ZHANG J X,et al.Sedative,hypnotic and anti-anxiety effects of lignans from Schisandra chinensis vine stem in mice[J].Science and Technology of Food Industry,2022,43(14):385-391.
[16]SANODIYA B S,THAKUR G S,BAGHEL R K,et al.Ganoderma lucidum:A potent pharmacological macrofungus[J].Current Pharmaceutical Biotechnology,2009,10(8):717-742.
[17]刘永铭,刘树森,熊轶喆,等.基于数据挖掘和网络药理学的淫羊藿保健品组方规律及主要保健功能研究[J].中草药,2024,55(6):2027-2039.LIU Y M,LIU S S,XIONG Y Z,et al.Formulation rules and main health functions of health products containing Epimedii folium based on data mining and network pharmacology[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2024,55(6):2027-2039.
[18]ZHAO F Y,YIN C L,LAI Y F,et al.Extraction,purification,characteristics,bioactivities,application,and toxicity of Gastrodia R.Br.polysaccharides:A review[J].International Journal of Biological Macromolecules,2025,301:140084.
[19]王焕军,杨雯晴,于瑞雪,等.基于代谢组学技术的天麻降血压作用研究[J].中国中西医结合杂志,2020,40(3):324-330.WANG H J,YANG W Q,YU R X,et al.Study on the anti-hypertension of Gastrodia elata based on metabonomic technology[J].Chinese Journal of Integrated Traditional and Western Medicine,2020,40(3):324-330.
[20]陈小露,刘起棠,张洁帅,等.罗布麻叶的化学成分及药理作用研究进展[J].时珍国医国药,2022,33(11):2739-2742.CHEN X L,LIU Q T,ZHANG J S,et al.Research progress on chemical constituents and pharmacological effects of Apocyni veneti folium[J].Lishizhen Medicine and Materia Medica Research,2022,33(11):2739-2742.
[21]ZHU M Q,SUN R C.Eucommia ulmoides Oliver:A potential feedstock for bioactive products[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2018,66(22):5433-5438.
[22]管咏梅,李丽琴,张煜薇,等.发酵技术在药食两用中药葛根中的应用研究进展[J].中国中药杂志,2024,49(21):5797–5804.GUAN Y M,LI L Q,ZHANG Y W,et al.Fermentation technology in application of Puerariae Lobatae Radix with medicinal and edible properties:A review[J].China Journal of Chinese Materia Medica,2024,49(21):5797-5804.
[23]祝凌丽,王娟,陈慧芳.酸枣仁中不同单体组合对小鼠睡眠的影响及其机制[J].中国新药杂志,2019,28(22):2761-2768.ZHU L L,WANG J,CHEN H F,et al.Effects of monomer combinations in semen Zizyphi spinosae on sleep in mice and their mechanisms[J].Chinese Journal of New Drugs,2019,28(22):2761-2768.
[24]罗虹建,鲁国东,林占熺,等.灵芝主要活性成分药理作用及生物合成研究进展[J].中草药,2025,56(9):3366-3379.LUO H J,LU G D,LIN Z X,et al.Research progress on pharmacological effects and biosynthesis of main active ingredients of Ganoderma[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2025,56(9):3366-3379.
[25]李芝,王超云,张树平,等.罗布麻叶总黄酮对高脂高盐大鼠高血压的影响及其分子机制[J].中草药,2012,43(3):540-545.LI Z,WANG C Y,ZHANG S P,et al.Effect of total flavonoids in Apocynum venetum leaves on rat hypertension induced by high fat and high salt and its molecular mechanism[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2012,43(3):540-545.
[26]张敏,梁凤妮,孙延文,等.杜仲化学成分、药理作用和临床应用研究进展[J].中草药,2023,54(14):4740-4761.ZHANG M,LIANG F N,SUN Y W,et al.Research progress on chemical constituents,pharmacological effects and clinical application of Eucommia ulmoides[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2023,54(14):4740-4761.
[27]孟晓伟,郭风梅,王倩倩,等.葛根素的药理作用研究进展[J].中国中药杂志,2025,50(11):2954-2968.MENG X W,GUO F M,WANG Q Q,et al.Research progress in pharmacological effects of puerarin[J].China Journal of Chinese Materia Medica,2025,50(11):2954-2968.
[28]刘思,宋娟,洋雯茜,等.枸杞多糖结构特征、生物活性及其降解研究进展[J].中草药,2025,56(4):1440-1455.LIU S,SONG J,YANG W X,et al.Research progress on structural characteristics,biological activities and degradation of Lycium barbarum polysaccharides [ J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2025,56(4):1440-1455.
[29]李典育,房星宇,李辉,等.基于PI3K/Akt信号通路探讨小分子肽-SMT(S)改善失眠的分子作用机制[J].中国医院药学杂志,2024,44(17):2001-2007.LI D Y,FANG X Y,LI H,et al.Molecular mechanism of action of small molecule peptide-SMT(S)for ameliorating insomnia based upon PI3K/Akt signaling pathway[J].Chinese Journal of Hospital Pharmacy,2024,44(17):2001-2007.
[30]WANG X L,YUAN K,ZHANG W,et al.Regulation of circadian genes by the MAPK pathway:Implications for rapid antidepressant action[J].Neuroscience Bulletin,2020,36(1):66-76.
[31]SARAVIA J,RAYNOR J L,CHAPMAN N M,et al.Signaling networks in immunometabolism[J].Cell Research,2020,30(4):328-342.
[32]MCGEE M A,ABDEL-RAHMAN A A. N-methyl-D-aspartate receptor signaling and function in cardiovascular tissues[J].Journal of Cardiovascular Pharmacology,2016,68(2):97-105.
[33]WANG Y L,BAI M T,WANG X,et al.Gastrodin:A comprehensive pharmacological review[J].Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology,2024,397(6):3781-3802.
[34]HILLMER E J,ZHANG H Y,LI H S,et al.STAT3 signaling in immunity[J].Cytokine &Growth Factor Reviews,2016,31:1-15.
[35]WANG W S,WANG Y,WANG F J,et al.Gastrodin regulates the TLR4/TRAF6/NF-κB pathway to reduce neuroinflammation and microglial activation in an AD model[J].Phytomedicine,2024,128:155518.
[36]魏江平,赵子瑄,曾静,等.基于神经活性配体受体交互作用探讨党参-茯苓配伍改善痴呆小鼠学习记忆能力的作用机制[J].中药新药与临床药理,2023,34(11):1514-1524.WEI J P,ZHAO Z X,ZENG J,et al.Explore the mechanism of compatibility of Radix codonopsis and Poria on improving learning and memory ability in dementia mice based on neuroactive ligand receptor interaction[J].Traditional Chinese Drug Research and Clinical Pharmacology,2023,34(11):1514-1524.
[37]黄红,陈碧清,姜宁,等.鲜天麻对睡眠干扰诱导小鼠学习记忆障碍的改善作用[J].中草药,2020,51(9):2509-2516.HUANG H,CHEN B Q,JIANG N,et al.Fresh Gastrodia elata ameliorates learning and memory impairments in sleep interruption induced mice[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2020,51(9):2509-2516.
[38]LIN C M,CHIU J H,WU I H,et al.Ferulic acid augments angiogenesis via VEGF,PDGF and HIF-1 alpha[J].The Journal of Nutritional Biochemistry,2010,21(7):627-633.