Прогнозирование сетевой фармакологии и экспериментальная проверка механизма действия Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против аденокарциномы легкого
Summary
Данное исследование раскрывает механизм применения Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в лечении аденокарциномы легкого на основе сетевой фармакологии и экспериментальной верификации. Исследование также демонстрирует, что сигнальный путь PI3K/AKT играет жизненно важную роль в действии Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого.
Abstract
Мы стремились изучить механизм Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в лечении аденокарциномы легкого (LUAD) на основе сетевой фармакологии и экспериментальной проверки. Эффективные компоненты и потенциальные мишени Trichosanthis и Fritillaria thunbergii были собраны с помощью высокопроизводительных экспериментальных и эталонных (HERB) баз данных традиционной китайской медицины и базы данных ансамблевого подхода подобия (SEA), а мишени, связанные с LUAD, были запрошены базами данных GeneCards и Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). Сеть «лекарственный компонент-болезнь-мишень» была построена с помощью программного обеспечения Cytoscape. Для получения основных мишеней и ключевых путей были проведены анализ белково-белкового взаимодействия (PPI), функции онтологии генов (GO) и Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG). Для последующей экспериментальной проверки использовали водный экстракт клеток Trichosanthes-Fritillaria thunbergii и A549. С помощью базы данных HERB и поиска литературы было отобрано 31 эффективное соединение и 157 потенциальных генов-мишеней Trichosanthes-Fritillaria thunbergii, из которых 144 были регуляторными мишенями Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого. Анализ функционального обогащения GO показал, что механизм действия Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против аденокарциномы легкого в основном заключается в фосфорилировании белка. Анализ обогащения пути KEGG показал, что лечение аденокарциномы легкого Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в основном включает сигнальный путь PI3K / AKT. Экспериментальная проверка показала, что водный экстракт Trichosanthes-Fritillaria thunbergii может ингибировать пролиферацию клеток A549 и фосфорилирование AKT. С помощью сетевой фармакологии и экспериментальной проверки было подтверждено, что сигнальный путь PI3K / AKT играет жизненно важную роль в действии Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого.
Introduction
Рак легких относится к злокачественным опухолям, происходящим из слизистой оболочки бронхов легких, включая плоскоклеточный рак, аденокарциному, крупноклеточный рак и мелкоклеточный рак1. Аденокарцинома легкого (LUAD) является наиболее распространенным типом рака легких, на который приходится около 40% от общего числа случаев рака легких2. Большинство пациентов диагностируются на поздней стадии или имеют отдаленные метастазы и, таким образом, теряют возможность хирургического вмешательства3. В современном клиническом лечении одновременная химиолучевая терапия является наиболее распространенной стратегией лечения ЛУАД, но ее применение ограничено из-за серьезных побочных реакций4.
Традиционная китайская медицина (ТКМ) может эффективно облегчить клинические симптомы пациентов с LUAD и уменьшить побочные реакции, вызванные лучевой терапией и химиотерапией, и, таким образом, стала горячей точкой исследований 5,6,7. В традиционной китайской медицине рак легких относится к категории «скопление легких» и «легочный камень». Дефицит Ци и взаимодействие мокроты, застоя и яда имеют важное значение в патогенезе рака легких. Таким образом, тонизирование Ци и устранение мокроты и застоя крови являются основными методами клинического лечениярака легких 8 согласно теории ТКМ9. Trichosanthes kirilowii Maxim (Gualou) и Fritillaria thunbergii Miq (Zhebeimu) представляют собой распространенную пару лекарств при лечении рака легких, и эта комбинация обладает эффектами очищения тепла и уменьшения мокроты10,11,12. Однако механизм его действия до сих пор неясен, и необходимо провести дальнейшие исследования.
Сетевая фармакология — это комплексный метод, основанный на теории системной биологии и разнонаправленной фармакологии, целью которого является выявление сложных сетевых взаимосвязей между несколькими лекарствами и заболеваниями13. Традиционные китайские рецепты обладают характеристиками многокомпонентности и многонаправленности, что означает, что они очень подходят для изучения сетевой фармакологии14,15. В последнее время сетевая фармакология стала мощным подходом к изучению формул ТКМ и стала горячей точкой исследований16,17.
Однако, насколько нам известно, все исследования по сетевой фармакологии представлены в виде текста. Представление этой технологии с помощью видео значительно снизит порог обучения и облегчит продвижение этой технологии, что является одним из преимуществ этой статьи. В этом исследовании мы взяли Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против аденокарциномы легкого в качестве примера для прогнозирования сетевой фармакологии и экспериментальной проверки.
Protocol
Representative Results
Discussion
Как правило, полное сетевое фармакологическое исследование включает в себя идентификацию активных компонентов из баз данных, приобретение мишеней, соответствующих активным компонентам и заболеваниям, построение сети «лекарственный компонент-болезнь-мишень» и прогнозирование основ…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Программой обучения инновациям Пекинского университета китайской медицины (No: 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).
