Netwerk farmacologie voorspelling en experimentele validatie van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii Werkingsmechanisme tegen long adenocarcinoom
Summary
Deze studie onthult het mechanisme van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii bij de behandeling van longadenocarcinoom op basis van netwerkfarmacologie en experimentele verificatie. De studie toont ook aan dat de PI3K / AKT-signaleringsroute een vitale rol speelt in de werking van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii bij de behandeling van adenocarcinoom van de longen.
Abstract
We wilden het mechanisme van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii bestuderen bij de behandeling van longadenocarcinoom (LUAD) op basis van netwerkfarmacologie en experimentele verificatie. De effectieve componenten en potentiële doelen van Trichosanthis en Fritillaria thunbergii werden verzameld door high-throughput experiment en referentiegeleide (HERB) database van de traditionele Chinese geneeskunde en een similarity ensemble approach (SEA) database, en de LUAD-gerelateerde doelen werden bevraagd door de GeneCards en Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) databases. Een drug-component-disease-target netwerk werd gebouwd door Cytoscape software. Eiwit-eiwitinteractie (PPI) netwerk, gen ontologie (GO) functie, en Kyoto encyclopedie van genen en genomen (KEGG) pathway verrijking analyses werden uitgevoerd om kerndoelen en belangrijke routes te verkrijgen. Een waterig extract van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii en A549 cellen werden gebruikt voor de daaropvolgende experimentele validatie. Via de HERB-database en literatuuronderzoek werden 31 effectieve verbindingen en 157 potentiële doelgenen van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii gescreend, waarvan 144 regulerende doelwitten waren van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii bij de behandeling van longadenocarcinoom. De GO functionele verrijkingsanalyse toonde aan dat het werkingsmechanisme van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii tegen longadenocarcinoom voornamelijk eiwitfosforylering is. De KEGG-routeverrijkingsanalyse suggereerde dat de behandeling van longadenocarcinoom door Trichosanthes-Fritillaria thunbergii voornamelijk de PI3K / AKT-signaleringsroute omvat. De experimentele validatie toonde aan dat een waterig extract van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii de proliferatie van A549-cellen en de fosforylering van AKT kon remmen. Door middel van netwerkfarmacologie en experimentele validatie werd geverifieerd dat de PI3K / AKT-signaleringsroute een vitale rol speelt in de werking van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii bij de behandeling van adenocarcinoom van de longen.
Introduction
Longkanker verwijst naar kwaadaardige tumoren afkomstig van het longbronchiale slijmvlies, waaronder plaveiselcelcarcinoom, adenocarcinoom, grootcellig carcinoom en kleincellig carcinoom1. Longadenocarcinoom (LUAD) is de meest voorkomende vorm van longkanker, goed voor ongeveer 40% van de totale gevallen van longkanker2. De meeste patiënten worden gediagnosticeerd in een vergevorderd stadium of hebben metastase op afstand en verliezen dus de kans op een operatie3. In de huidige klinische behandeling is gelijktijdige chemoradiotherapie de meest voorkomende strategie voor de behandeling van LUAD, maar de toepassing ervan is beperkt vanwege ernstige bijwerkingen4.
Traditionele Chinese geneeskunde (TCM) kan de klinische symptomen van LUAD-patiënten effectief verlichten en de bijwerkingen veroorzaakt door radiotherapie en chemotherapie verminderen en is zo een onderzoekshotspotgeworden 5,6,7. In de traditionele Chinese geneeskunde behoort longkanker tot de categorie “longaccumulatie” en “pulmonale petrous”. Het tekort aan Qi en de interactie van slijm, stasis en gif zijn belangrijk in de pathogenese van longkanker. Daarom zijn tonificerende Qi en het elimineren van slijm en bloedstasis de belangrijkste klinische behandeling8-methoden voor longkanker volgens TCM-theorie9. Trichosanthes kirilowii | Maxim (Gualou) en Fritillaria thunbergii Miq (Zhebeimu) vertegenwoordigen een veel voorkomend medicijnpaar bij de behandeling van longkanker, en deze combinatie heeft de effecten van het opruimen van warmte en het verminderen van slijm10,11,12. Het werkingsmechanisme is echter nog onduidelijk en er moet verder onderzoek worden gedaan.
Netwerkfarmacologie is een uitgebreide methode gebaseerd op de theorie van systeembiologie en multidirectionele farmacologie die tot doel heeft complexe netwerkrelaties tussen meerdere geneesmiddelen en ziekten te onthullen13. Traditionele Chinese recepten hebben de kenmerken van multi-component en multi-target, wat betekent dat ze zeer geschikt zijn voor de studie van netwerkfarmacologie14,15. Onlangs is netwerkfarmacologie naar voren gekomen als een krachtige benadering in de studie van TCM-formules en is het een onderzoekshotspot geworden16,17.
Voor zover bekend wordt al het onderzoek naar netwerkfarmacologie echter als tekst gepresenteerd. Het presenteren van deze technologie via video zal de leerdrempel aanzienlijk verlagen en de promotie van deze technologie vergemakkelijken, wat een van de voordelen van dit artikel is. In deze studie namen we Trichosanthes-Fritillaria thunbergii tegen longadenocarcinoom als voorbeeld om netwerkfarmacologievoorspelling en experimentele validatie uit te voeren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Over het algemeen omvat een volledige netwerkfarmacologiestudie de identificatie van actieve componenten uit databases, de verwerving van doelen die overeenkomen met actieve componenten en ziekten, de constructie van een geneesmiddel-component-ziekte-doelnetwerk en de voorspelling van kerndoelen en -routes. De associatie tussen actieve componenten en kerneiwitten (moleculaire docking) wordt voorlopig voorspeld door computertechnologie en de uiteindelijke verificatie wordt uitgevoerd met behulp van een experiment.
<p …Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door het Innovation Training Program van de Beijing University of Chinese Medicine (Nr: 202110026036).
Materials
| 0.25% trypsin-EDTA | Gibco | R001100 | |
| A549 cell line | Procell | CL-0016 | |
| AKT antibody | CST | 4691S | |
| BCA Protein Assay Kit | Solarbio | PC0020 | |
| Chemiluminescence detection system | Shanghai Qinxiang Scientific Instrument Factory | ChemiScope 6100 | |
| Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) | Solarbio | 11995 | |
| Enhanced chemiluminescence (ECL) kit | ABclonal | RM00021 | |
| Fetal bovine serum | ScienCell | 0025 | |
| HRP Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | ABclonal | AS014 | |
| MTS assay kit | Promega | G3580 | |
| p-AKT antibody | CST | 6040S | |
| Penicillin streptomycin | Gibco | C14-15070-063 | |
| Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) | Solarbio | P0100 | |
| Phosphatase inhibitor | Beyotime | P1081 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Solarbio | P1020 | |
| Polyvinylidene difluoride (PVDF) membranes | Millipore | ISEQ00010 | |
| RIPA lysis solution | Solarbio | R0010 | |
| Rotary evaporator | Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory | RE52CS-1 | |
| Vacuum freeze-drying mechanism | Ningbo Scientz Biotechnology | SCIENTZ-10 | |
| β-Actin antibody | ABclonal | AC026 |
References
- Thai, A. A., Solomon, B. J., Sequist, L. V., Gainor, J. F., Heist, R. S. Lung cancer. The Lancet. 398 (10299), 535-554 (2021).
- Sinha, A., et al. Early-stage lung adenocarcinoma MDM2 genomic amplification predicts clinical outcome and response to targeted therapy. Cancers. 14 (3), 708 (2022).
- Howlader, N., et al. The effect of advances in lung-cancer treatment on population mortality. The New England Journal of Medicine. 383 (7), 640-649 (2020).
- Hirsch, F. R., et al. Lung cancer: Current therapies and new targeted treatments. The Lancet. 389 (10066), 299-311 (2017).
- Liu, J., et al. Comprehensive treatment with Chinese medicine in patients with advanced non-small cell lung cancer: A multicenter, prospective, cohort study. Chinese Journal of Integrative Medicine. 23 (10), 733-739 (2016).
- Xiao, Z. W., et al. Comprehensive TCM treatments combined with chemotherapy for advanced non-small cell lung cancer: A randomized, controlled trial. Médecine. 100 (18), 25690 (2021).
- Li, Y., et al. Effectiveness of traditional Chinese medicine on chemoradiotherapy induced leukaemia in patients with lung cancer: A meta-analysis. Journal of Traditional Chinese Medicine. 38 (5), 661-667 (2018).
- Yuan, F., et al. Therapeutic effect and apoptosis mechanism of lung-tonifying and expectorant decoction on lung cancer rats with Qi deficiency and blood stasis. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine. 8 (11), 983-988 (2015).
- Zhang, Y. L., Liang, Y. E., He, C. W. Anticancer activities and mechanisms of heat-clearing and detoxicating traditional Chinese herbal medicine. Chinese Medicine. 12, 20 (2017).
- Wang, T. B., et al. Exploring the rules of application of RONG Yuan-ming in the treatment of non-small cell lung cancer. Guiding Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy. 25 (14), 22-25 (2019).
- Chen, T. T., Wang, Y., Tian, T. Medication regularity and mechanism of traditional Chinese medicine in treating lung cancer. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae. 24 (11), 206-210 (2018).
- Shen, C. J. Analysis of the rule of Chinese medicine in treating lung cancer. Journal of Shandong University of Traditional Chinese Medicine. 35 (2), 127-129 (2011).
- Yang, X. Y., et al. Evidence-based complementary and alternative medicine bioinformatics approach through network pharmacology and molecular docking to determine the molecular mechanisms of Erjing pill in Alzheimer’s disease. Experimental and Therapeutic Medicine. 22 (5), 1252 (2021).
- Chen, G. Y., et al. Network pharmacology analysis and experimental validation to investigate the mechanism of total flavonoids of Rhizoma Drynariae in treating rheumatoid arthritis. Drug Design Development and Therapy. 16, 1743-1766 (2022).
- Chen, G. Y., et al. Integrating network pharmacology and experimental validation to explore the key mechanism of Gubitong recipe in the treatment of osteoarthritis. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2022, 7858925 (2022).
- Xie, G. G., et al. A network pharmacology analysis to explore the effect of Astragali Radix-Radix Angelica Sinensis on traumatic brain injury. BioMed Research International. 2018, 3951783 (2018).
- Chen, G. Y., et al. Prediction of Rhizoma Drynariae targets in the treatment of osteoarthritis based on network pharmacology and experimental verification. Evidence Based Complementary and Alternative Medicine. 2021, 5233462 (2021).
- World Federation of Chinese Medicine Societies. Network pharmacology evaluation methodology guidance. World Chinese Medicine. 16 (4), 527-532 (2021).
- Fang, S. S., et al. A high-throughput experiment- and reference-guided database of traditional Chinese medicine. Nucleic Acids Research. 49, 1197-1206 (2021).
- Chen, G. Y., et al. Network pharmacology-based strategy to investigate the mechanisms of Cibotium barometz in treating osteoarthritis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2022, 1826299 (2022).
- Yu, J. H., et al. ZiYinHuaTan recipe inhibits cell proliferation and promotes apoptosis in gastric cancer by suppressing PI3K/AKT pathway. BioMed Research International. 2020, 2018162 (2020).
- Daina, A., Michielin, O., Zoete, V. SwissADME: A free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Scientific Reports. 7, 42717 (2017).
- Keiser, M. J., et al. Relating protein pharmacology by ligand chemistry. Nature Biotechnology. 25 (2), 197-206 (2007).
- Safran, M., et al. GeneCards Version 3: The human gene integrator. Database. 2010, (2010).
- Amberger, J. S., Hamosh, A. Searching Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): A knowledgebase of human genes and genetic phenotypes. Current Protocols in Bioinformatics. 58, 1-12 (2017).
- Mering, C. V., et al. STRING: Known and predicted protein-protein associations, integrated and transferred across organisms. Nucleic Acids Research. 33, 433-437 (2005).
- Zhou, Y. Y., et al. Metascape provides a biologist-oriented resource for the analysis of systems-level datasets. Nature Communications. 10, 1523 (2019).
- Pundir, S., et al. UniProt protein knowledgebase. Methods in Molecular Biology. 1558, 41-55 (2017).
- Burley, S. K., et al. Protein data bank (PDB): The single global macromolecular structure archive. Methods in Molecular Biology. 1607, 627-641 (2017).
- Welsh, L. C., Welsh, M. VEGFA and tumour angiogenesis. Journal of Internal Medicine. 273 (2), 114-127 (2013).
- Hsu, L. H., Chu, N. M., Kao, S. H. Estrogen, estrogen receptor and lung cancer. International Journal of Molecular Sciences. 18 (8), 1713 (2017).
- Atmaca, A., et al. SNAI2/SLUG and estrogen receptor mRNA expression are inversely correlated and prognostic of patient outcome in metastatic non-small cell lung cancer. BMC Cancer. 15, 300 (2015).
- Lakshmi, S. P., Reddy, A. T., Banno, A., Reddy, R. C. PPAR agonists for the prevention and treatment of lung cancer. PPAR Research. 2017, 8252796 (2017).
- Oguro, A., Sakamoto, K., Funae, Y., Imaoka, S. Overexpression of CYP3A4, but not of CYP2D6, promotes hypoxic response and cell growth of Hep3B cells. Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 26 (4), 407-415 (2011).
- Jamroze, A., Chatta, G., Tang, D. G. Androgen receptor (AR) heterogeneity in prostate cancer and therapy resistance. Cancer Letters. 518, 1-9 (2021).
- Wu, Y. I., et al. Regulation of global gene expression and cell proliferation by APP. Scientific Reports. 6, 22460 (2016).
- Sedlář, A., et al. Growth factors VEGF-A 165 and FGF-2 as multifunctional biomolecules governing cell adhesion and proliferation. International Journal of Molecular Sciences. 22 (4), 1843 (2021).
- Guo, L. H., Yin, M., Wang, Y. X. CREB1, a direct target of miR-122, promotes cell proliferation and invasion in bladder cancer. Oncology Letters. 16 (3), 3842-3848 (2018).
- Wang, D. D., et al. Induction of CYP1A1 increases gefitinib-induced oxidative stress and apoptosis in A549 cells. Toxicology In Vitro. 44, 36-43 (2017).
- Tan, A. C. Targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway in non-small cell lung cancer (NSCLC). Thoracic Cancer. 11 (3), 511-518 (2020).
- Jin, X., et al. RBM10 inhibits cell proliferation of lung adenocarcinoma via RAP1/AKT/CREB signalling pathway. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (6), 3897-3904 (2019).
- Henkels, K. M., et al. Phospholipase D (PLD) drives cell invasion, tumor growth and metastasis in a human breast cancer xenograph model. Oncogene. 32 (49), 5551-5562 (2013).
- Zhang, Z. Y., et al. CircRNA_101237 promotes NSCLC progression via the miRNA-490-3p/MAPK1 axis. Scientific Reports. 10, 490-493 (2020).
- Gao, T. X., et al. Exploring the mechanism of Fu-Zi Decoction in treatment of chronic heart failure based on network pharmacology and molecular docking technology. Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences. 30 (09), 705-715 (2021).
- Wang, B., et al. PP4C facilitates lung cancer proliferation and inhibits apoptosis via activating MAPK/ERK pathway. Pathology, Research and Practice. 216 (5), 152910 (2020).
- Moon, M. Y., et al. Rap1 regulates hepatic stellate cell migration through the modulation of RhoA activity in response to TGF-β1. International Journal of Molecular Medicine. 44 (2), 491-502 (2019).
- Kan, J., et al. He-Chan Pian inhibits the metastasis of non-small cell lung cancer via the miR-205-5p-mediated regulation of the GREM1/Rap1 signaling pathway. Phytomedicine. 94, 153821 (2022).
- Sidrat, T., et al. Role of Wnt signaling during in-vitro bovine blastocyst development and maturation in synergism with PPARδ signaling. Cells. 9 (4), 923 (2020).
- Wagner, N., Wagner, K. D. PPAR beta/delta and the hallmarks of cancer. Cells. 9 (5), 1133 (2020).
- Miriam, M., et al. PI3K/AKT signaling pathway and cancer: An updated review. Annals of Medicine. 46 (6), 372-383 (2014).
- Ma, X. L., et al. CD73 promotes hepatocellular carcinoma progression and metastasis via activating PI3K/AKT signaling by inducing Rap1-mediated membrane localization of P110β and predicts poor prognosis. Journal of Hematology & Oncology. 12 (1), 37 (2019).
- Li, T., et al. Pomegranate flower extract bidirectionally regulates the proliferation, differentiation and apoptosis of 3T3-L1 cells through regulation of PPARγ expression mediated by PI3K-AKT signaling pathway. Biomedicine & Pharmacotherapy. 131, 110769 (2020).
