Summary
מאמץ חקירה זה ביקש להבהיר את המנגנון של מתן תרופות אקטואלי באמצעות שילוב סינרגטי של פרמקולוגיה רשתית ומערכי נתונים של ביטוי גנים (GEO). מאמר זה העריך את ההיתכנות, המטרה והמנגנון של ShiDuGao (SDG) בטיפול באקזמה של פי הטבעת.
Abstract
אקזמה של פי הטבעת היא מחלת עור דלקתית כרונית וחוזרת המשפיעה על האזור סביב פי הטבעת. בעוד הנגעים מופיעים בעיקר בעור פי הטבעת והפריאנאלי, הם יכולים גם להתרחב לפרינאום או לאיברי המין. ShiDuGao (SDG) נמצא כבעל תכונות תיקון משמעותיות נגד גרד אנאלי, בקרת הפרשה, הפחתת לחות ותיקון העור. עם זאת, המטרות הגנטיות והמנגנונים הפרמקולוגיים של SDG על אקזמה אנאלית טרם הובהרו ונדונו באופן מקיף. כתוצאה מכך, מחקר זה השתמש בגישה פרמקולוגית רשתית והשתמש במערכי נתונים של ביטוי גנים אומניבוס (GEO) כדי לחקור מטרות גנים. בנוסף, הוקמה רשת אינטראקציה חלבון-חלבון (PPI), שהביאה לזיהוי של 149 מטרות, מתוכן 59 הוגדרו כגני רכזת, בתוך רשת האינטראקציה "תרופה-מטרה-מחלה".
תפקוד הגנים של SDG בטיפול באקזמה פריאנאלית הוערך באמצעות שימוש באנציקלופדיה קיוטו לגנים וגנומים (KEGG) וניתוח אונטולוגיה גנטית (GO). לאחר מכן, פונקציית האקזמה האנטי-פריאנאלית והמסלול הפוטנציאלי של SDG, כפי שזוהו בניתוח פרמקולוגי רשת, אומתו באמצעות מתודולוגיית עגינה מולקולרית. התהליכים הביולוגיים הקשורים לגנים וחלבונים ממוקדי SDG בטיפול באקזמה של פי הטבעת כוללים בעיקר תגובות בתיווך ציטוקינים, תגובות דלקתיות ותגובות לליפופוליסכרידים, בין היתר. תוצאות העשרת המסלול וניתוחי הביאור הפונקציונלי מצביעות על כך של-SDG תפקיד מכריע במניעה וניהול של אקזמה אנאלית על ידי ויסות מסלולי ההדבקה של נגיף שיגלוזיס והרפס סימפלקס 1. פרמקולוגיה של רשת וניתוח מסדי נתונים של GEO מאשרים את האופי הרב-תכליתי של SDG בטיפול באקזמה אנאלית, במיוחד על ידי אפנון TNF, MAPK14 ו- CASP3, שהם יעדי רכזת חיוניים במסלולי האיתות TNF ו- MAPK. ממצאים אלה מספקים כיוון ברור לחקירה נוספת של המנגנון הטיפולי של SDG לאקזמה אנאלית, תוך הדגשת הפוטנציאל שלו כגישה טיפולית יעילה למצב מתיש זה.
Introduction
אקזמה אנאלית היא מחלת עור אלרגית המשפיעה על האזור הפריאנאלי והרירית, המציגה ביטויים קליניים שונים1. הסימפטומים האופייניים כוללים אריתמה אנאלית, papules, שלפוחיות, שחיקה, exudates, ו crusting. תסמינים אלה מתעוררים בעיקר עקב גירוד, עיבוי וחספוס של האזור הפגוע2.
אקזמה אנאלית, המאופיינת במשך ממושך של המחלה, התקפים חוזרים ונשנים וטיפול מאתגר, עלולה להשפיע לרעה על בריאותם הגופנית והנפשית של החולים3. הפתוגנזה של אקזמה אנאלית עדיין אינה ברורה, והרפואה המודרנית מציעה כי היא עשויה להיות קשורה לנגעים אנאליים מקומיים, תזונה, סביבה, גנטיקה וגורמים אחרים4. בנוסף למניעת מגע עם חומרים מגרים ואלרגנים פוטנציאליים, הטיפול באקזמה אנאלית מתמקד בעיקר בשיטות כגון עיכוב דלקת, אנטי אלרגיה והקלה על גירוד5.
SDG נמצא בשימוש נרחב לטיפול באקזמה אנאלית ובמצבים אנאליים אחרים. SDG מווסת את ההפרשה של עור פי הטבעת, מפחית לחות, מתקן את עור פי הטבעת, ומטפל ביעילות בגרד 6,7,8. יתר על כן, SDG יש פוטנציאל לווסת את המיקרוביוטה perianus, ובכך לשפר אקזמהפי הטבעת 9,10.
פרמקולוגיה רשתית, גישה ביואינפורמטית חדשנית ובין-תחומית בתחום הבינה המלאכותית והביג דאטה, מספקת חקירה מעמיקה של הרפואה הסינית המסורתית. דיסציפלינה זו מדגישה את ההסבר המערכתי של כללי המתאם המולקולרי בין תרופות ומחלות מנקודת מבט של רשת אקולוגית. הוא אומץ באופן נרחב להיבטים שונים, כולל זיהוי מרכיבים פעילים מרכזיים בתמציות צמחים, פענוח מנגנוני הפעולה הגלובליים שלהם, גיבוש שילובי תרופות וחקר תאימות מרשם. מרשמים סיניים מסורתיים מציגים את התכונות של ריבוי רכיבים ורב-מטרות, המסמלות את יכולת ההסתגלות המשמעותית שלהם לתחום הפרמקולוגיה הרשתית. מונע על ידי מתודולוגיה זו, פרספקטיבות חדשות התפתחו בבחינת מערכות מורכבות של רפואה סינית מסורתית, המספקות תמיכה טכנית איתנה לרציונליזציה של יישומים קליניים וחדשנות תרופות 11,12,13,14.
מחקר זה נועד לחקור את מנגנון היעילות של SDG בטיפול באקזמה אנאלית. מאמץ חקירה זה ביקש להבהיר את המנגנון של מתן תרופות אקטואלי באמצעות שילוב סינרגטי של פרמקולוגיה רשתית ומערכי נתונים של GEO. הממצאים מספקים תובנות חשובות לגבי היעילות והמנגנונים הבסיסיים של SDG בניהול אקזמה לפי הטבעת, ומצביעים על הפוטנציאל שלה כגישה טיפולית יעילה למצב זה. דיאגרמת זרימת העבודה המפורטת של המחקר מוצגת באיור 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
מחקר זה אינו מתייחס לאישור אתי ולהסכמה להשתתף. הנתונים ששימשו במחקר זה התקבלו ממאגרי גנים.
1. חיזוי מטרות המחלה
- גש למסד הנתונים GeneCards (https://www.genecards.org) ולמסד הנתונים המקוון של תורשה מנדליאנית באדם (OMIM, https://www.omim.org), תוך שימוש ב"אקזמה של פי הטבעת" כמונח החיפוש ליעדי מחלה.
- הורד את הגיליונות האלקטרוניים של יעדי המחלה. מחק את המטרות החוזרות כדי להשיג את מטרות האקזמה של פי הטבעת.
2. בחירת רכיבים פעילים
- חפש את מילת המפתח "indigo naturalis, ברוש זהוב, גבס calcined, קלמין ומרה סינית" במסד הנתונים הפרמקולוגיה של מערכת הרפואה הסינית המסורתית (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php) כדי לקבל את רשימת החומרים הפעילים המועמדים והמטרות של SDG.
- הפקד את הרכיב במסד הנתונים השוויצרי ADME (http://www.swissadme.ch/index.php), תוך חילוץ פרטים של אלה המציגים ספיגת GI "גבוהה", יחד עם לפחות שני ערכי DL "כן" כרכיבים פעילים.
הערה: בדרך כלל, רק רכיבים עם ערכים דמויי תרופה (DL) ≥0.18 במסד הנתונים נכללים כמרכיבים פעילים.
3. בניית רשת PPI וסינון חלבוני הליבה
- ב- Venny2.1( https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html), הזן את המטרות של SDG ואקזמה של פי הטבעת לתוך LIST1 ו- LIST2, בהתאמה. ייצוג חזותי של הצומת נוצר באופן מיידי. לחץ על האזור המשותף כדי לחשוף את המטרות הנפוצות במקטע תוצאות .
- גש למסד הנתונים STRING (https://string-db.org/). הזן את היעדים בשדה רשימת שמות . לאחר מכן בחר הומו ספיינס כאורגניזם והמשך בחיפוש > המשך.
- כאשר התוצאות זמינות, פתח את Advanced Settings ובחר באפשרות hide disconnected nodes in the network. בציון האינטראקציה המינימלי הנדרש, הגדר את רמת הביטחון הגבוהה ביותר (0.900) ולאחר מכן לחץ על עדכן.
- לחץ על ייצוא כדי להוריד את הטקסט של רשת אינטראקציית חלבון-חלבון (PPI) בפורמט .png ו- .tsv.
4. בניית רשת תרופות-רכיב-מחלה-מטרה
- פתח את Cytoscape 3.9.1 וייבא את קובץ ה- .tsv המוזכר בשלב 3.4. לחץ על סרגל הסגנון בלוח הבקרה כדי למטב את הצבע, הגופן והצד של צמתי הרשת.
- לניתוח טופולוגיית רשת, השתמש בפונקציה נתח רשת . כדי להשיג גנים רכזת, השתמש CytoHubba בתוכנת Cytoscape. להקים את רשת היעד של התרופה-רכיב-מחלה.
5. ניתוח העשרה של GO ו-KEGG
- גש לאתר Metascape (https://metascape.org/). בחר קובץ או הדבק רשימת גנים בתיבת הדו-שיח ולחץ על הלחצן Submit . לאחר מכן בחר H. sapiens הן בקלט כמינים והן בניתוח כמינים; לאחר מכן, הפעל את הפונקציה ניתוח מותאם אישית .
- באפשרות ההעשרה, בחר GO Molecular Functions, GO Biological Processes, GO Cellular Components ומסד הנתונים KEGG Pathway. סמן את Pick Selective GO Clusters, ולאחר מכן לחץ על הלחצן Enrichment Analysis . עם השלמת מד ההתקדמות, התחל לחץ על דף דוח ניתוח כדי לאחזר את תוצאות ההעשרה.
6. ניתוח מערך נתונים של שבבי גנים GEO
- חפש ונתח את ערכת הנתונים של שבב הגן GEO (GDS3806) באמצעות הכלי GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) כדי לחקור את הביטוי של גנים מרכזיים בקבוצות נתונים שונות (קבוצת ביקורת-לא אטופיק דרמטיטיס; ניסוי קבוצתי-אטופיק דרמטיטיס).
- היכנס לאתר מסד הנתונים של GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). הזן מילת מפתח או GEO Accession, ולחץ על כפתור החיפוש . בחר את התוצאה התואמת הטובה ביותר. מצא את סידרת העזר (GSE26952).
- היכנס לאתר הכלי GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), הזן את סדרת הפניות בתיבה GEO Accession ולחץ על הלחצן Set . בחר אטופיק דרמטיטיס כקבוצת הניסוי, בחר Nonatopic Control כקבוצת הביקורת ולחץ על הלחצן נתח . לאחר השלמת החישוב, תופיע התוצאה.
7. עגינה מולקולרית
- פתח את מסד הנתונים TCMSP והורד את המבנה התלת-ממדי של המרכיבים שנבחרו. השתמש בתיבת החיפוש שם כימי וחפש את שמות המרכיבים שנבחרו כדי להוריד את קובצי המבנה התלת-ממדי המתאימים בתבנית mol2.
- פתח את מסד הנתונים של חלבוני RCSB (http://www.pdb.org/) והורד את המבנים הגבישיים של המטרות העיקריות. בתיבת החיפוש, חפש את שמות היעד והורד את קובצי מבנה הגביש המתאימים בפורמט pdb.
- ייבוא רכיבים וקובצי מבנה יעד לתוכנת הניתוח. מחק מולקולות מים על ידי לחיצה על ערוך > מחק מים. הוסף מימן על ידי לחיצה על ערוך > מימן > הוסף. הגדר את המרכיבים כליגנד, בחר מטרות שלמות כקולטן ובצע עגינה עיוורת.
- לקבוע את טווח העגינה המולקולרית.
- בחר את הקולטן והליגנד ברצף. לחץ על Grid > Grid Box כדי להתאים את תיבת הרשת כך שתכלול את כל הדגם. לחץ על קובץ > סגור שמירת זרם כדי לשמור את מצב תיבת הרשת. שמור קבצים בפורמט gpf.
- לחץ על הפעל > הפעל Autogrid4 > שם קובץ פרמטר > עיון, בחר את קובץ gpf ולאחר מכן לחץ על הפעל לחצן.
- השתמש ב- AutoDock 4 לביצוע עגינה מולקולרית.
- לחץ על Docking > Macromolecule > Set Rigid Filename כדי לבחור את הקולטן. לחץ על Docking > Ligand > Open/ בחר לבחור את הליגנד.
- לחץ על Docking > Search Parameters כדי להגדיר אלגוריתמי הפעלה ועל Docking > Docking Parameters כדי להגדיר פרמטרי עגינה. בחר את קובץ ה- dpf ולאחר מכן לחץ על לחצן הפעל. שמור קבצים בתבנית dpf.
- לחץ על Analyze > Docking > Open, בחר את קובץ ה-dlg, לחץ על Analyze > Macromolecule כדי לפתוח את הקולטן, לחץ על Analyze > Conforms > Play, מדורג לפי אנרגיה כדי לנתח את התוצאות. לחץ על Set Play > Write Complex כדי לשמור את התוצאות בתבנית pdbqt.
- ייבא את קבצי העגינה לתוכנת PyMOL כדי לבנות הדמיה נוספת.
- בחר את הליגנד ולחץ על פעולה > מצא > אנשי קשר קוטביים > לאטומים אחרים בעצם כדי להציג קשרי מימן בין ליגנדות לסביבה החיצונית. לחץ על c כדי לשנות צבע.
- לחץ על פעולה > לחלץ אובייקט. לחץ על הצג > Sticks כדי להראות את מבנה המקל של הקולטן. זהה את השאריות המחוברות לליגנדות והראה את מבנה המקל.
- לחץ על Hide > Sticks כדי להסתיר את מבנה המקל של הקולטן. לחץ על Wizard > Measurement ולחץ על שני אטומים ברצף. לחץ על תווית > שאריות כדי להציג את תווית השאריות. התאימו את צבע הרקע והשקיפות במידת הצורך. לחץ על קובץ > ייצוא תמונה לגבי כדי לשמור את התמונה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
גנים הקשורים לאקזמה בפי הטבעת, גני מטרה SDG ומטרות נפוצות
958 גנים פוטנציאליים נבדקו ב-Genecards ו-634 במאגרי OMIM, בעוד שכפילויות לא נכללו. כדי להשיג הבנה מקיפה של גנים הקשורים לאקזמה אנאלית, אוחדו הממצאים ממסדי נתונים מרובים, והניבו בסך הכל 958 גנים שונים. כתוצאה מכך, נוסחה בקפדנות רשת אינטראקציה חלבון-חלבון (PPI) ספציפית לאקזמה אנאלית. SDG מורכב מחמש תרופות סיניות מסורתיות, כלומר אינדיגו נטורליס, ברוש זהוב, גבס קלצין, קלמין וגאל סיני15,16. המרכיב העיקרי של גבס calcined הוא סידן גופרתי נטול מים (CaSO4), בעוד המרכיב העיקרי של קלמין הוא אבץ פחמתי (ZnCO3). אינדיגו נטורליס, ברוש זהוב וגאל סיני מכילים מרכיבים מורכבים. מתוך מסד הנתונים TCMSP, התרופות מכילות 92 רכיבים מורכבים, ומשיגות בסך הכל 867 מטרות סמים אמינות (טבלה 1).
באמצעות כיסוי העל של שני מערכי הנתונים של גני המטרה, אותרו בסך הכול 149 גני מטרה המתרחשים לעתים קרובות יחד (איור 2A), ולאחר מכן נבנתה רשת אינטראקציה חיונית בין חלבון לחלבון (איור 2B). באמצעות שיטת סינון מבוססת חציון עבור דרגה, קרבה ובין, 59 מטרות מפתח נבחרו כמטרות פוטנציאליות של אקזמה אנאלית. ציוני הדרגה החציונית, הקרבה והבין ליעדים המרכזיים היו 49, 40.31947 ו-0.522, בהתאמה. 10 הגנים המובילים עם ציון גבוה כללו AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS ו- PTGS2 (טבלה 2). גנים אלה רלוונטיים מאוד לאקזמה אנאלית.
נתיבים ורשתות הכוללים מטרות משותפות
שיטות העשרה של KEGG ו-GO שימשו לניתוח 59 מטרות מפתח, וחשפו 218 מסלולים קשורים ויותר מ-3,000 תהליכים ביולוגיים קשורים. ניתוח גילה מסלולים שיש להם מתאם חזק עם SDG וחלבוני אקזמה אנאליים, כולל זיהום בנגיף דובדבן סימפלקס 1, שיגלוזיס, מסלול איתות TNF, עמידות למעכבי טירוזין קינאז EGFR, זיהום ציטומגלווירוס אנושי ומסלול איתות קולטן תאי T (איור 3A). מסלולים אלה מתייחסים בעיקר לגנים כגון AKT1, TNF, TP53, STAT3, SRC, EGFR ו- CASP3. איור 3B מספק תיאור מפורט של גנים ומסלולים של מטרה. ניתוח GO בוצע על תהליכים ביולוגיים (BP), הרכב תאים (CC) ותפקוד מולקולרי (MF) (איור 4A). התוצאות מצביעות על כך שמחקר זה מתמקד בעיקר במטרות נפוצות ל-SDG ואקזמה אנאלית בתהליכים ביולוגיים, כאשר כמה מהן רלוונטיות ל-CC ול-MF. תפקודים ביולוגיים שהיו רלוונטיים במיוחד כוללים זרחן פפטידיל-טירוזין, שינוי פפטידיל-טירוזין, ויסות היצמדות התא, ויסות חיובי של הידבקות תאים, הפעלת תאי T, ויסות הידבקות תאי לויקוציטים (איור 4B-D).
חיזוי קשירת רכיבים פעילים של SDG למטרות אקזמה לפי הטבעת
בהתבסס על הערכים החציוניים של דרגה, קרבה ובין, נבדקו 59 יעדים מרכזיים, כולל AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS ו- PTGS2. ניתוח נוסף של מסד הנתונים GEO גילה שיפור ברגולציה של PPARG, EGFR ו-TNF, בעוד ש-PTPRC, MMP9, MAPK14 ו-CASP3 עברו ירידה ברגולציה בקבוצת הניסוי (אטופיק דרמטיטיס) (איור 5). באמצעות ניתוח של העשרת מסלול גנים משותף, נקבע כי גנים אלה השתתפו בעיקר במפל האיתות TNF ובמסלול האיתות MAPK. במסלול האיתות של TNF, ביטוי TNF היה מווסת יותר, בעוד שביטוי MMP9, MAPK14 ו- CASP3 היו מווסתים כלפי מטה. במסלול האיתות של MAPK, ביטוי EGFR ו-TNF היו מווסתים יותר, בעוד ש-MAPK14 ו-CASP3 היו בפיקוח נמוך יותר (איור 6). בהתבסס על ממצאים אלה, TNF, MAPK14 ו-CASP3 נחשבו למטרות פוטנציאליות בטיפול SDG.
כדי לאמת מטרות מועמדות ברכיבים פעילים של SDG, נעשה שימוש בניתוח עגינה כדי לבדוק את הדיוק בין מבנה הרכיב הפעיל לבין חלבוני המטרה הפוטנציאליים. חלבוני מטרה אלה מעורבים בקשרים תפקודיים שונים והם הצמתים הגבוהים ברשת, דבר המצביע על כך שהם ממלאים תפקיד מכריע בתגובת SDG לאקזמה אנאלית. הערך השלילי של אנרגיית קשירת עגינה מצביע על היכולת של SDG לעגון עם מטרות מחלה in vivo, כאשר ערך שלילי יותר מצביע על עגינה קלה יותר. במחקר זה, הושגה עגינה מולקולרית מוצלחת של רכיבי ליבה פעילים עם יעד המפתח, ואנרגיית הקישור של העגינה הייתה שלילית, עם ערכים נמוכים מ- -1 קק"ל/מול. לאינדיגו ולברברובין יש פעילות קישור טובה, עם אנרגיית קישור נמוכה מ-5- קקק"ל/מול (טבלה 3, איור 7). יחד, תוצאות אלה מספקות ראיות נוספות לכך שחלבונים אלה המתאימים לאתרי גנים יכולים לפעול כמטרות SDG באקזמה של פי הטבעת.
איור 1: זרימת עבודה של ניתוח פרמקולוגיה ברשת. GO, אונטולוגיה גנטית; KEGG, אנציקלופדיה קיוטו לגנים וגנומים; TCMSP, מסד נתונים פרמקולוגיה של מערכות רפואה סינית מסורתית ופלטפורמת ניתוח; GEO, אומניבוס ביטוי גנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: דיאגרמת חיתוך קבוצות (Venn) ורשת PPI של המטרות הנפוצות. (A) דיאגרמת חיתוך קבוצות (Venn) של הצטלבות בין יעד התרופה ליעד המחלה. (B) רשת PPI של יעד משותף לפי STRING. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ניתוח העשרת מסלול KEGG. (A) ניתוח העשרת מסלול KEGG. 10 מסלולי KEGG המובילים מדורגים לפי ערכי P בסדר עולה. (B) הקשר בין המסלול למטרה: מסלול (צהוב), מטרות (אדום). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ניתוח העשרת GO. (A) תוצאות GO של שלוש אונטולוגיה. (B) תרשים בועות של תהליך ביולוגי (BP). (C) תרשים בועות של רכיב תא (CC). (D) תרשים בועות של פונקציה מולקולרית (MF). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: חיזוי תוצאות יעדים פוטנציאליים. (A) מפת חום של ביטוי גנים רכזת במסד הנתונים GEO, קבוצה A היא קבוצת הניסוי (אטופיק דרמטיטיס), וקבוצה B היא קבוצת הביקורת (דרמטיטיס שאינה אטופית); (B) צמתי רשת PPI מייצגים חלבונים, הקצה מייצג את היחסים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: מסלול האיתות. (A) מסלול איתות MAPK. (B) מסלול איתות TNF. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: עגינה מולקולרית של גנים ומרכיבי ליבה. מגנטה מייצגת את מרכיבי הליבה של SDG, וכחול מייצג את שאריות גני הליבה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| תרופות סיניות מסורתיות | רכיבים פעילים | ||
| אינדיגו נטורליס | 9alpha,13alpha-dihydroxylisopropylidenylisatisine,a, bisindigotin, indicant, isatan B, isatisine,a, isoorientin, isoscoparin, isovitexin, (+)-isolariciresinol, 10h-indolo,[3,2-b],quinolone, Isoindigo, Saponarin, אינדיגו, טריפטנתרין, 6-(3-oxoindolin-2-ylidene)indolo[2,1-b]quinazolin-12-one | ||
| אינדירובין, בטא-סיטוסטרול, Lariciresinol, Nonacosane, isovitexin, Dotriacontanol | |||
| ברוש זהוב | ברברין, קופטיזין, דאוריצין (8CI), ג'אווניצין, (±)-ליונירסינול, קיהדלקטון A, חומצה אובקונואית, אובקונון, פלאבין, Phellavin_qt, פלודנדרין, דלתא 7-סטיגמסטנול, פלופטרין, ונילולוזיד, קוניפרין, דהידרוטנשינון II A, דלתא7-דהידרוסופראמין, אמורנסין, Amurensin_qt, דיהידרונילוטיצין, היספידול B, קיהדלקטון B, קיהדנין A, נילוטיצין, נומילין, רוטאקרפין, סקימיאנין, כלריתרין, סטיגמסטרול, וורנין, קמפסטריל פרולט, קבידין, נרות A, הריצנון H, היספידון, סיריגין, בטא-סיטוסטרול, מגנוגרנדיוליד, (2S,3S)-3,5,7-טריהידרוקסי-2-(4-הידרוקסיפניל)כרומן-4-אחד, פלמידין A, מגנופלורין, מניספורפין, פלמטין, פומרין, איזוקוריפלמין, קוורצטין, סיטוגלוסיד, פרידלין | ||
| STOCK1N-14407, jatrorrizine, menisperine, phellamurin_qt, (S)-Canadine, columbamine, poriferast-5-en-3beta-ol, magnoflorine, berberrubine, phellodendrine, limonin, Hyperin, campesterol, SMR000232320, Canthin-6-one, 4-[(1R,3aS,4R,6aS)-4-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-1,3,3a,4,6,6a-hexahydrofuro[4,3-c]furan-1-yl]-2,6-dimethoxyphenol, dihydroniloticin, melianone, phellochin, thalifendine, vanilloloside, Auraptene | |||
| גבס Calcined | סידן גופרתי נטול מים (CaSO4) | ||
| קלמין | אבץ פחמתי (ZnCO3) | ||
| גאל סיני | דיגלאט | ||
טבלה 1: מרכיבים פעילים ב-SDG.
| גן | תואר | מרכזיות בין | מרכזיות הקרבה |
| מיכל שקד | 204 | 1669.1692 | 0.765625 |
| TNF | 202 | 1988.4543 | 0.761658 |
| TP53 | 190 | 1590.9288 | 0.73134327 |
| EGFR | 174 | 686.3063 | 0.7033493 |
| STAT3 | 168 | 673.03723 | 0.6869159 |
| SRC | 162 | 568.1574 | 0.69014084 |
| יוני | 162 | 435.33737 | 0.6805556 |
| CASP3 | 156 | 483.45276 | 0.67431194 |
| HRAS | 148 | 515.28815 | 0.65625 |
| PTGS2 | 134 | 761.34094 | 0.6447368 |
טבלה 2: המאפיינים של 10 גני הרכזת המובילים.
| יעד (מזהה PDB) | זיקה (קק"ל/מול) | ||
| אינדיגו | ברברובין | דיגלאט | |
| TNF (1A8M) | -5.96 | -5.19 | -2.22 |
| MAPK14 (1A9U) | -5.51 | -5.41 | -1.93 |
| CASP3 (1CP3) | -5.77 | -4.98 | -1.06 |
טבלה 3: אנרגיית הקישור המולקולרית של המרכיבים וגני הליבה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אטופיק דרמטיטיס היא צורה ספציפית של אקזמה החולקת מנגנונים בסיסיים עם אקזמה. גנים מרכזיים שמאמינים כי הם קשורים למצב זה הם TNF, MAPK14 ו-CASP3. ההשפעות הטיפוליות של SDG על אקזמה אנאלית מיוחסות בעיקר לפעולתו על מסלולי האיתות TNF ו- MAPK באמצעות שלושת הגנים הללו17.
SDG כוללת חמש תרופות שונות: אינדיגו נטורליס, ברוש זהוב, גבס קלצין, קלמין וגאל סיני. ברפואה הסינית המסורתית, גבס וקלמין יכולים למלא תפקיד בקידום ריפוי פצעים וייבוש רטיבות, ואילו אינדיגו נטורליס, ברוש זהוב ומרה סינית יכולים לנקות חום, לנקות רעלים ולייבש רטיבות. השילוב של צמחי מרפא אלה יכול להשיג את ההשפעה של ניקוז לחות, קידום ריפוי פצעים, פינוי חום, ופיזור רוח18.
מחקרים קודמים הצביעו על כך שלמרכיבים העיקריים של SDG יש תכונות אנטי דלקתיות. הוכח כי Indigo naturalis (IN) מטפל בקוליטיס, פסוריאזיס ולוקמיה פרומיאלוציטית חריפה 19,20,21. תפקידו של IN, עשוי להיות קשור לעיכוב של העברת אותות TLR4/MyD88/NF-kB, המפחיתה דלקת ומקדמת את ריפוי רירית המעי בחולים עם קוליטיס כיבית (UC). הוא יכול גם לווסת את פלורת המעיים, כפי שמודגם במודל22,23 של עכבר UC המושרה על-ידי DSS. מחקרים אחרונים מדגישים כי UC לעתים קרובות מלווה בחוסר איזון במיקרוביום של המעי. IN יכול לאזן מחדש ביעילות את האקולוגיה של המעי ולהגן על מערכת העיכול, בהתאם לפלורת המעי24. על-ידי העברת ציטוקינים מעודדי דלקת לציטוקינים אנטי-דלקתיים, ברוש זהוב מפחית את התפשטות לימפוציטים מסוג T ותאי T הנגרמים על-ידי DC וציטוקינים IL-12p70, ומקדם את האינטראקציה בין DC ו-Treg25. Saponarin ו campesterol לפעול כמו סוכנים אנטי דלקתיים טבעיים עם השפעות אנטי אלרגיות 26,27,28. טריפטנתרין מציג פעולה מיקרוביאלית29. מליאנונן מציג השפעות מעכבות משמעותיות הן על פטריות והן על פלורה מיקרוביאלית שעשויות לתרום לטיפול באקזמה אנאלית30,31.
מחקרים מצאו כי חומרתן של מחלות עור כגון אקנה, דרמטיטיס מגע מגרה ודרמטיטיס מגע אלרגי קשורות לפלורת החיידקים במעיים. השוואת התפלגות המיקרופלורה של אקזמה חריפה וכרונית של פי הטבעת, התוצאות הראו כי מיקרופלורת סטפילוקוקוס של חולי אקזמה חריפה בפי הטבעת הייתה שופעת יותר בקבוצה הכרונית32. תינוקות עם אקזמה אטופית ומגוון נמוך יותר של מיקרוביום המעי הדגימו מתאם בין שפע מיקרוביאלי למחלות עור33. בהתבסס על ההשפעות של רכיבים שונים ב-SDG על פלורת המעיים, לא ניתן לשלול את האפשרות ש-SDG יכול לשפר אקזמה של פי הטבעת על ידי ויסות המיקרופלורה. בנוסף, מליאנון ב SDG יכול גם לפעול על פטריות כדי למנוע אקזמה פי הטבעת.
מחקר מנגנונים מוכר כהיבט המורכב ביותר של חקירת מרשם צמחים. פרמקולוגיה רשתית מחלחלת כיום להיבטים מגוונים של תחום התרופות, מסמנת שינוי פרדיגמה מביו-רפואה קונבנציונלית לעכשווית ומגדירה מחדש את התפתחות הרפואה הסינית המסורתית (TCM) 34,35,36. היא משתמשת ביעדי רשת כבסיס, ובונה דיאגרמת רשת המקשרת בין TCM, חומרים פעילים, מטרות והפרעות כדי לצפות מטרות טיפוליות רלוונטיות. פרמקולוגיה רשתית מבהירה באופן מקיף את יחסי הגומלין בין תרופות ומטרות מחלה ובוחנת באופן שיטתי מנגנוני רשת אסוציאטיביים, ובכך חוזה מסלולים מטבוליים מרכזיים. השימוש בו יושם אסטרטגית לחקר מנגנוני הפעולה של צמחי מרפא שונים. יתר על כן, על ידי הקמת רשת PPI של תרופות יעד למחלות, יחד עם בניית מסלולים מועשרים של KEGG ו- GO, פרמקולוגיה של הרשת הקלה על חיזוי המנגנון המורכב שבאמצעותו צמחי מרפא סיניים משפיעים על מחלות וחוקרת את הפתוגנזה של נגעים 37,38,39. מחקר זה שילב פרמקולוגיה של רשת עם מערכי נתונים של GEO כדי להבחין במנגנוני תרופות אקטואליים.
ניתוח פרמקולוגיה של הרשת רק מנבא רכיבים ומטרות של תרופות, ומאמת מנגנונים מדויקים המחייבים ניסויים בבעלי חיים או ניסויים קליניים. מחקר זה השתמש רק באימות סימולציית עגינה מולקולרית מבלי לבצע ניסויים בבעלי חיים או ניסויים קליניים כדי לאמת. המסגרת הפרמקולוגית המוצעת לרפואה סינית מסורתית משלבת את המטרות החזויות של צמחי מרפא בודדים, אם כי בדיוק נמוך יותר. השילוב של מערכי נתונים של GEO משפר באופן משמעותי דיוק זה.
במחקר זה, שיטת ייצור הנתונים הטהורה שימשה כדי למקסם את ניצול הנתונים על ידי שילוב מסדי נתונים מרובים. במיוחד עבור מחלות מסוימות שקשה לבנות מודלים של בעלי חיים עבורן, הנתונים המקוונים משמשים בעיקר לחיזוי ואימות מחלות ומטרות תרופות כדי להנחות את כיוון המחקר ולהניח בסיס טוב לאימות הניסוי הבא.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
ללא.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AutoDockTools | AutoDock | https://autodocksuite.scripps.edu/adt/ | |
| Cytoscape 3.9.1 | Cytoscape | https://cytoscape.org/ | |
| GeneCards database | GeneCards | https://www.genecards.org | |
| GEO database | National Center for Biotechnology Information | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | |
| GEO2R tool | National Center for Biotechnology Information | https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/ | |
| Metascape | Metascape | https://metascape.org/ | |
| Online Mendelian inheritance in man database | OMIM | https://www.omim.org | |
| RCSB protein database | RCSB Protein Data Bank (RCSB PDB) | http://www.pdb.org/ | |
| STRING database | STRING | https://string-db.org/ | |
| Swiss ADME database | Swiss Institute of Bioinformatics | http://www.swissadme.ch/index.php | |
| Traditional Chinese Medicine system's pharmacology database (TCMSP) | Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform | http://tcmspw.com/tcmsp.php | |
| Venny2.1 | BioinfoGP | https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html |
References
- Ma, M., Lu, H., Yang, Z., Chen, L., Li, Y., Zhang, X. Differences in microbiota between acute and chronic perianal eczema. Medicine. 100 (16), e25623 (2021).
- Dietrich, C. F., Hoch, F.
- Dietrich, A., Ruzicka, T., Hermans, C.
- Rohde, H.
- Havlickova, B., Weyandt, G. H. Therapeutic management of anal eczema: an evidence-based review. International Journal of Clinical Practice. 68 (11), 1388-1399 (2014).
- Rainer, B. M., et al. Characterization and analysis of the skin microbiota in Rosacea: A case-control study. American Journal of Clinical Dermatology. 21 (1), 139-147 (2020).
- Park, S. Y., Kim, H. S., Lee, S. H., Kim, S. Characterization and analysis of the skin microbiota in acne: Impact of systemic antibiotics. Journal of Clinical Medicine. 9 (1), 168 (2020).
- Woo, Y. R., Lee, S. H., Cho, S. H., Lee, J. D., Kim, H. S. Characterization and analysis of the skin microbiota in Rosacea: Impact of systemic antibiotics. Journal of Clinical Medicine. 9 (1), 185 (2020).
- Zheng, Y., et al. Alterations in the skin microbiome are associated with disease severity and treatment in the perioral zone of the skin of infants with atopic dermatitis. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 38 (9), 1677-1685 (2019).
- Totté, J. E. E., et al. Nasal and skin microbiomes are associated with disease severity in paediatric atopic dermatitis. The British Journal of Dermatology. 181 (4), 796-804 (2019).
- Zhao, X. Y., Yang, Y. Y., Jl Feng,, Feng, C. I. Network pharmacology prediction and experimental validation of Trichosanthes-Fritillaria thunbergii action mechanism against lung adenocarcinoma. Journal of Visualized Experiments. (193), e64847 (2023).
- Zeng, B., et al. Network pharmacology prediction and metabolomics validation of the mechanism of Fructus Phyllanthi against hyperlipidemia. Journal of Visualized Experiments. (194), e65071 (2023).
- Wang, T., Jiang, X., Ruan, Y., Li, L., Chu, L. The mechanism of action of the combination of Astragalus membranaceus and Ligusticum chuanxiong in the treatment of ischemic stroke based on network pharmacology and molecular docking. Medicine. 101 (28), Baltimore. e29593 (2022).
- Wang, T., et al. Exploring the mechanism of luteolin by regulating microglia polarization based on network pharmacology and in vitro experiments. Scientific Reports. 13 (1), 13767 (2023).
- Qi-Yue, Y., et al. From natural dye to herbal medicine: a systematic review of chemical constituents, pharmacological effects and clinical applications of indigo naturalis. Chinese Medicine. 15 (1), 127 (2020).
- André, C., Dumur, J. P., Hrabina, M., Lefebvre, E., Sicard, H. Juniperus ashei: the gold standard of the Cuppressaceae. Allergie et Immunologie. 32 (3), 104-106 (2000).
- Weidinger, S., Novak, N.
- Cai, L. L., Wu, Y., He, J. Network pharmacology of Shidu ointment in the treatment of EGFR-TKIs induced acneiform eruptions. China Pharmaceuticals. 29 (16), 5 (2020).
- Gu, S., et al. Mechanisms of indigo naturalis on treating ulcerative colitis explored by GEO gene chips combined with network pharmacology and molecular docking. Scientific Reports. 10 (1), 15204 (2020).
- Lou, Y., Ma, Y., Jin, J., Zhu, H. Oral realgar-indigo naturalis formula plus retinoic acid for acute promyelocytic leukemia. Frontiers in Oncology. 10, 597601 (2021).
- Zhang, Q., et al. Psoriasis treatment using Indigo Naturalis: Progress and strategy. Journal of Ethnopharmacology. 297, 115522 (2022).
- Naganuma, M., et al. Efficacy of Indigo Naturalis in a multicenter randomized controlled trial of patients with ulcerative colitis. Gastroenterology. 154 (4), 935-947 (2018).
- Yang, Q. Y., et al. Exploring the mechanism of Indigo Naturalis in the treatment of ulcerative colitis based on TLR4/MyD88/NF-κB signaling pathway and gut microbiota. Frontiers in Pharmacology. 12, 674416 (2021).
- Sun, Z., et al. Indigo Naturalis alleviates dextran sulfate sodium-induced colitis in rats via altering gut microbiota. Frontiers in Microbiology. 11, 731 (2020).
- Cao, H., et al. Immune and metabolic regulation mechanism of Dangguiliuhuang decoction against insulin resistance and hepatic steatosis. Frontiers in Pharmacology. 8, 445 (2017).
- Min, S. Y., Park, C. H., Yu, H. W., Park, Y. J. Anti-inflammatory and anti-allergic effects of saponarin and its impact on signaling pathways of RAW 264.7, RBL-2H3, and HaCaT cells. International Journal of Molecular Sciences. 22 (16), 8431 (2021).
- Seo, K. H., et al. Saponarin from barley sprouts inhibits NF-κB and MAPK on LPS-induced RAW 264.7 cells. Food & Function. 5 (11), 3005-3013 (2014).
- Moreno-Anzúrez, N. E., et al. A cytotoxic and anti-inflammatory campesterol derivative from genetically transformed hairy roots of Lopezia racemosa Cav. (Onagraceae). Molecules. 22 (1), Basel, Switzerland. 118 (2017).
- Numao, N., et al. Tryptanthrin attenuates TLR3-mediated STAT1 activation in THP-1 cells. Immunologic Research. 70 (5), 688-697 (2022).
- Veni, A., Lokeswari, T. S., Pavithra, D., Sugapriya, T. Melianone inhibits secreted aspartic proteases (SAP), a virulence factor during hyphal formation in Candida albicans. Current Computer-Aided Drug Design. 18 (5), 327-336 (2022).
- Veni, A., Lokeswari, T. S., Krishna Kumari, G. N., Gayathri, D., Sudandiradoss, C. Bioactivity of melianone against Salmonella and in silico prediction of a membrane protein target. 3 Biotech. 10 (10), 460 (2020).
- Ma, M., Lu, H., Yang, Z., Chen, L., Li, Y., Zhang, X. Differences in microbiota between acute and chronic perianal eczema. Medicine. 100 (16), e25623 (2021).
- Williams, H. C., Chalmers, J.
- Nogales, C., Mamdouh, Z. M., List, M., Kiel, C., Casas, A. I., Schmidt, H. H. H. W. Network pharmacology: curing causal mechanisms instead of treating symptoms. Trends in Pharmacological Sciences. 43 (2), 136-150 (2022).
- Wang, T., Zhou, Y., Wang, K., Jiang, X., Wang, J., Chen, J. Prediction and validation of potential molecular targets for the combination of Astragalus membranaceus and Angelica sinensis in the treatment of atherosclerosis based on network pharmacology. Medicine (Baltimore). 101 (26), e29762 (2022).
- Jiang, X., et al. Exploration of Fuzheng Yugan mixture on COVID-19 based on network pharmacology and molecular docking. Medicine (Baltimore). 102 (3), e32693 (2023).
- Dong, Y., Zhao, Q., Wang, Y. Network pharmacology-based investigation of potential targets of astragalus membranaceous-angelica sinensis compound acting on diabetic nephropathy. Scientific Reports. 11 (1), 19496 (2021).
- Wang, T., Jiang, X., Lu, Y., Ruan, Y., Wang, J. Identification and integration analysis of a novel prognostic signature associated with cuproptosis-related ferroptosis genes and relevant lncRNA regulatory axis in lung adenocarcinoma. Aging (Albany NY). 15 (5), 1543-1563 (2023).
- Wang, T., Jiang, X., Ruan, Y., Zhuang, J., Yin, Y. Based on network pharmacology and in vitro experiments to prove the effective inhibition of myocardial fibrosis by Buyang Huanwu decoction). Bioengineered. 13 (5), 13767-13783 (2022).
