Summary
Denne undersøkelsesinnsatsen søkte å belyse mekanismen for aktuell legemiddeladministrasjon ved hjelp av en synergistisk integrasjon av nettverksfarmakologi og genuttrykk omnibus (GEO) datasett. Denne artikkelen evaluerte gjennomførbarheten, målet og mekanismen til ShiDuGao (SDG) ved behandling av anuseksem.
Abstract
Anus eksem er en kronisk og tilbakevendende inflammatorisk hudsykdom som påvirker området rundt anus. Mens lesjonene primært forekommer i anal og perianal hud, kan de også strekke seg til perineum eller kjønnsorganer. ShiDuGao (SDG) har vist seg å ha betydelige reparerende egenskaper mot anal kløe, ekssudasjonskontroll, fuktighetsreduksjon og hudreparasjon. Imidlertid har de genetiske målene og farmakologiske mekanismene til SDG på analeksem ennå ikke blitt grundig belyst og diskutert. Følgelig benyttet denne studien en nettverksfarmakologisk tilnærming og benyttet genuttrykk omnibus (GEO) datasett for å undersøke genmål. I tillegg ble et protein-protein-interaksjonsnettverk (PPI) etablert, noe som resulterte i identifisering av 149 mål, hvorav 59 ble ansett som navgener, innenfor interaksjonsnettverket "drug-target-disease".
Genfunksjonen til SDG i behandlingen av perianalt eksem ble vurdert gjennom bruk av Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) og Gene Ontology (GO) analyse. Deretter ble antiperianal eksemfunksjon og potensiell vei for SDG, som identifisert i nettverksfarmakologisk analyse, validert ved hjelp av molekylær dokkingmetodikk. De biologiske prosessene assosiert med SDG-målrettede gener og proteiner i behandlingen av anuseksem omfatter primært cytokinmedierte responser, inflammatoriske responser og responser på lipopolysakkarid, blant andre. Resultatene av veiberikelse og funksjonelle merknadsanalyser tyder på at SDG spiller en avgjørende rolle i å forebygge og håndtere anal eksem ved å regulere Shigellose og herpes simplex virus 1 infeksjonsveier. Nettverksfarmakologi og GEO-databaseanalyse bekrefter SDGs multimålsnatur ved behandling av analeksem, spesielt ved å modulere TNF, MAPK14 og CASP3, som er viktige knutepunktmål i TNF- og MAPK-signalveiene. Disse funnene gir en klar retning for videre undersøkelse av SDGs terapeutiske mekanisme for analeksem, samtidig som potensialet fremheves som en effektiv behandlingsmetode for denne svekkende tilstanden.
Introduction
Anal eksem er en allergisk hudtilstand som påvirker perianal regionen og slimhinnen, som viser ulike kliniske manifestasjoner1. De karakteristiske symptomene inkluderer anal erytem, papler, blemmer, erosjon, eksudater og skorpedannelse. Disse symptomene oppstår hovedsakelig på grunn av riper, fortykning og ruhet i det berørte området2.
Analeksem, karakterisert ved langvarig sykdomsvarighet, tilbakevendende anfall og utfordrende behandling, kan ha negative effekter på pasientenes fysiske og psykiske helse3. Patogenesen av anal eksem er ennå ikke klar, og moderne medisin antyder at det kan være relatert til lokale anal lesjoner, diett, miljø, genetikk og andre faktorer4. I tillegg til å unngå kontakt med irriterende stoffer og potensielle allergener, fokuserer behandlingen av analeksem hovedsakelig på metoder som å hemme betennelse, antiallergi og lindre kløe5.
SDG har blitt mye brukt til behandling av analeksem og andre anale tilstander. SDG regulerer anal hud ekssudasjon, reduserer fuktighet, reparerer anal hud, og effektivt adresserer kløe 6,7,8. Videre har SDG potensial til å regulere perianus mikrobiota, og dermed forbedre anus eksem 9,10.
Nettverksfarmakologi, en ny og tverrfaglig, banebrytende bioinformatisk tilnærming innen kunstig intelligens og store data, gir en grundig utforskning av tradisjonell kinesisk medisin. Denne disiplinen legger vekt på systemisk forklaring av molekylære korrelasjonsregler mellom legemidler og sykdommer fra et økologisk nettverksperspektiv. Det har blitt omfattende vedtatt for ulike aspekter, inkludert identifisering av viktige aktive ingredienser i urtekstrakter, dechiffrering av deres globale virkningsmekanismer, formulering av legemiddelkombinasjoner og studier av reseptbelagte kompatibilitet. Tradisjonelle kinesiske resepter viser egenskapene til multikomponent og multi-mål, noe som betyr deres betydelige tilpasningsevne til riket av nettverksfarmakologi. Drevet av denne metodikken har nye perspektiver dukket opp i undersøkelsen av komplekse tradisjonelle kinesiske medisinsystemer, som gir robust teknisk støtte til klinisk applikasjonsrasjonalisering og legemiddelinnovasjon 11,12,13,14.
Denne studien tar sikte på å utforske mekanismen for effektiviteten av SDG i behandlingen av anal eksem. Denne undersøkelsesinnsatsen søkte å belyse mekanismen for aktuell legemiddeladministrasjon ved hjelp av en synergistisk integrasjon av nettverksfarmakologi og GEO-datasett. Funnene gir verdifull innsikt i effekten og underliggende mekanismer av SDG i forvaltningen av anus eksem, noe som indikerer potensialet som en effektiv terapeutisk tilnærming for denne tilstanden. Det detaljerte arbeidsflytdiagrammet for studien er presentert i figur 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne studien refererer ikke til etisk godkjenning og samtykke til å delta. Dataene som ble brukt i denne studien ble hentet fra gendatabaser.
1. Prediksjon av sykdomsmål
- Få tilgang til GeneCards-databasen (https://www.genecards.org) og online Mendelian inheritance in man-databasen (OMIM, https://www.omim.org), ved å bruke "anus eksem" som søkeord for sykdomsmål.
- Last ned regnearkene over sykdomsmålene. Slett de gjentatte målene for å få anuseksemmålene.
2. Valg av aktive komponenter
- Søk på nøkkelordet "indigo naturalis, golden cypress, calcined gips, calamine og kinesisk galle" på det tradisjonelle kinesiske medisinsystemets farmakologidatabase (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php) for å få listen over kandidataktive ingredienser og mål for SDG.
- Overlat komponenten til den sveitsiske ADME-databasen (http://www.swissadme.ch/index.php), og trekk ut detaljer om de som viser "høy" GI-absorpsjon, kombinert med minst to "Ja" DL-verdier som aktive elementer.
MERK: Normalt er bare ingredienser med stofflignende (DL) verdier ≥0,18 i databasen inkludert som aktive ingredienser.
3. Bygging av PPI-nettverket og screening av kjerneproteinene
- I Venny2.1 (https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html), skriv inn målene for SDG og anus eksem i LIST1 og LIST2, henholdsvis. En visuell fremstilling av krysset genereres umiddelbart. Klikk på det delte området for å vise de felles målene i Resultater-delen .
- Få tilgang til STRING-databasen (https://string-db.org/). Skriv inn målene i Navneliste-feltet . Velg deretter Homo sapiens som organisme og fortsett med Søk > Fortsett.
- Når resultatene er tilgjengelige, åpner du Avanserte innstillinger og velger skjul frakoblede noder i nettverket. I Minimum Required Interaction Score angir du høyeste konfidensialitet (0,900) og klikker deretter på Oppdater.
- Klikk på Eksporter for å laste ned teksten til PPI-nettverket (protein-protein interaction) i .png- og .tsv-format.
4. Bygging av et narkotika-komponent-sykdom-målnettverk
- Åpne Cytoscape 3.9.1 og importer .tsv-filen nevnt i trinn 3.4. Klikk på stillinjen i kontrollpanelet for å optimalisere fargen, skriften og siden av nettverksnodene.
- For nettverkstopologianalyse bruker du funksjonen Analyser nettverk . For å få navgener, bruk CytoHubba i Cytoscape-programvare . Etablere narkotika-komponent-sykdom-målnettverket.
5. GO og KEGG berikelsesanalyse
- Gå til nettstedet Metascape (https://metascape.org/). Velg en fil eller lim inn en genliste i dialogboksen og klikk på Send-knappen . Velg deretter H. sapiens i både Input as Species og Analysis as Species; deretter aktiverer du funksjonen Tilpasset analyse .
- I anrikningsalternativet velger du GO Molecular Functions, GO Biological Processes, GO Cellular Components og KEGG Pathway-databasen. Merk av for Velg selektive GO-klynger, og klikk deretter på Berikelsesanalyse-knappen . Når fremdriftsindikatoren er fullført, starter du et klikk på en analyserapportside for å hente berikelsesresultatene.
6. Analyse av GEO-genbrikkedatasett
- Søk og analyser GEO-genbrikkedatasettet (GDS3806) ved hjelp av GEO2R-verktøyet (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) for å undersøke uttrykket av sentrale gener i ulike datagrupper (kontrollgruppe-ikke-atopisk dermatitt; eksperimentell gruppe-atopisk dermatitt).
- Gå inn på nettstedet for GEO-databasen (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Skriv inn nøkkelord eller GEO Accession, og klikk på Søk-knappen . Velg det best samsvarende resultatet. Finn referanseserien (GSE26952).
- Gå inn på GEO2R-verktøynettstedet (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), skriv inn referanseserien i GEO Accession-boksen , og klikk på Set-knappen . Velg Atopisk dermatitt som eksperimentgruppe, velg Ikke-atopisk kontroll som kontrollgruppe, og klikk Analyser-knappen . Etter at beregningen er fullført, vises resultatet.
7. Molekylær dokking
- Åpne TCMSP-databasen og last ned 3D-strukturen til de valgte ingrediensene. Bruk søkeboksen Kjemisk navn og søk i de valgte ingrediensnavnene for å laste ned de tilsvarende 3D-strukturfilene i mol2-format.
- Åpne RCSB-proteindatabasen (http://www.pdb.org/) og last ned krystallstrukturene til nøkkelmålene. I søkeboksen, søk i målnavnene og last ned de tilsvarende krystallstrukturfilene i pdb-format.
- Importer ingredienser og målstrukturfiler til analyseprogramvaren. Slett vannmolekyler ved å klikke på Rediger > Slett vann. Legg til hydrogen ved å klikke på Rediger > Hydrogener > Legg til. Sett ingrediensene som ligand, velg hele mål som reseptor, og utfør blinddokking.
- Bestem rekkevidden av molekylær dokking.
- Velg reseptor og ligand i rekkefølge. Klikk på Grid > Grid Box for å justere rutenettboksen for å inkludere hele modellen. Klikk på Fil > Lukk lagring av strøm for å lagre rutenettboksstatusen. Lagre filer i gpf-format.
- Klikk på Kjør > Kjør Autogrid4 > Parameter Filnavn > Bla gjennom, velg gpf-filen, og klikk deretter på Start-knappen .
- Bruk AutoDock 4 til å utføre molekylær dokking.
- Klikk på Docking > Macromolecule > Set Rigid Filename for å velge reseptoren. Klikk på Docking > Ligand > Open/ Velg å velge ligand.
- Klikk på Docking > Search Parameters for å angi operasjonsalgoritmer og Docking > Docking Parameters for å angi dokkingparametere. Velg dpf-filen, og klikk deretter på Start knapp. Lagre filer i dpf-format.
- Klikk på Analyser > Docking > Åpne, velg dlg-filen, klikk på Analyser > makromolekyl for å åpne reseptoren, klikk på Analyser > Konformasjoner > Play, Rangert etter energi for å analysere resultatene. Klikk Set Play > Write Complex for å lagre resultatene i pdbqt-format.
- Importer dokkingfilene til PyMOL-programvaren for å konstruere ytterligere visualisering.
- Velg liganden, og klikk på Handling > Finn > Polarkontakter > til andre atomer i objektet for å vise hydrogenbindinger mellom ligander og det ytre miljø. Klikk på c for å endre farge.
- Klikk på Handling > trekke ut objekt. Klikk på Vis > pinner for å vise pinnestrukturen til reseptoren. Identifiser restene som er koblet til ligander og vis pinnestrukturen.
- Klikk på Skjul > pinner for å skjule pinnestrukturen til reseptoren. Klikk på Wizard > Measurement og klikk på to atomer i rekkefølge. Klikk på Label > Residue for å vise etiketten på restene. Juster bakgrunnsfargen og gjennomsiktigheten om nødvendig. Klikk på Fil > Eksporter bilde for å lagre bildet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Anus eksemrelaterte gener, SDG-målgener og vanlige mål
Totalt 958 potensielle genkandidater ble screenet i genkort og 634 i OMIM-databaser, mens duplikater ble ekskludert. For å få en omfattende forståelse av anal eksemrelaterte gener, ble funnene fra flere databaser slått sammen, noe som ga totalt 958 forskjellige gener. Følgelig ble et protein-protein interaksjonsnettverk (PPI) spesifikt for anal eksem omhyggelig formulert. SDG består av fem tradisjonelle kinesiske medisiner, nemlig indigo naturalis, golden cypress, kalsinert gips, kalamin og kinesisk gall15,16. Hovedkomponenten i kalsinert gips er vannfritt kalsiumsulfat (CaSO4), mens hovedkomponenten av kalamin er sinkkarbonat (ZnCO3). Indigo naturalis, golden cypress og Chinese Gall har komplekse ingredienser. Fra TCMSP-databasen inneholder legemidlene 92 sammensatte komponenter, og oppnår totalt 867 pålitelige legemiddelmål (tabell 1).
Gjennom overlegg av begge målgendatasettene ble totalt 149 hyppig forekommende målgener identifisert (figur 2A), etterfulgt av konstruksjon av et essensielt målprotein-proteininteraksjonsnettverk (PPI) (figur 2B). Gjennom en medianbasert screeningmetode for grad, nærhet og mellomlighet ble 59 nøkkelmål valgt som potensielle mål for analeksem. Median grad, nærhet og mellomliggender score for de viktigste målene var henholdsvis 49, 40.31947 og 0.522. De 10 beste genene med høy gradsskår inkluderte AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS og PTGS2 (tabell 2). Disse genene er svært relevante for anal eksem.
Forløp og nettverk med felles mål
KEGG- og GO-anrikningsmetoder ble brukt til å analysere 59 nøkkelmål, og avslørte 218 tilknyttede veier og over 3000 tilknyttede biologiske prosesser. Analyse avdekket veier som sterkt korrelerer med SDG og anal eksem proteiner, inkludert Cherry simplex virus 1 infeksjon, Shigellose, TNF signalvei, EGFR tyrosin kinase inhibitor resistens, Human cytomegalovirus infeksjon, og T-cellereseptor signalvei (figur 3A). Disse veiene relaterer seg primært til gener som AKT1, TNF, TP53, STAT3, SRC, EGFR og CASP3. Figur 3B gir en detaljert fremstilling av målgener og -veier. GO-analyse ble utført på biologiske prosesser (BP), cellesammensetning (CC) og molekylær funksjon (MF) (figur 4A). Resultatene tyder på at denne studien primært fokuserer på felles mål for SDG og analekem i biologiske prosesser, med noen få relevante for CC og MF. Biologiske funksjoner som var spesielt relevante inkluderer peptidyl-tyrosinfosforylering, peptidyl-tyrosinmodifisering, regulering av celle-celleadhesjon, positiv regulering av celleadhesjon, T-celleaktivering, regulering av leukocyttcelleadhesjon (figur 4B-D).
Forutsi bindingen av SDG aktive komponenter til anus eksem mål
Basert på medianverdiene grad, nærhet og mellomlighet ble 59 nøkkelmål screenet, inkludert AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS og PTGS2. Videre analyse av GEO-databasen viste oppregulering av PPARG, EGFR og TNF, mens PTPRC, MMP9, MAPK14 og CASP3 ble nedregulert i eksperimentgruppen (atopisk dermatitt) (figur 5). Gjennom analysen av vanlig genveisberikelse ble det bestemt at disse genene hovedsakelig deltok i TNF-signalkaskade og MAPK-signalveien. I TNF-signalveien ble TNF-uttrykk oppregulert, mens MMP9, MAPK14 og CASP3-uttrykk ble nedregulert. I MAPK-signalveien ble EGFR- og TNF-uttrykk oppregulert, mens MAPK14 og CASP3 ble nedregulert (figur 6). Basert på disse funnene ble TNF, MAPK14 og CASP3 vurdert som potensielle mål i SDG-terapi.
For å validere kandidatmål i aktive komponenter i SDG, ble dokkinganalyse brukt til å teste nøyaktigheten mellom den aktive komponentstrukturen og potensielle målproteiner. Disse målproteinene er involvert i ulike funksjonelle forbindelser og er de høye nodene i nettverket, noe som tyder på at de spiller en avgjørende rolle i SDG-responsen på analeksem. Den negative verdien av dokkingbindingsenergi indikerer SDGs evne til å dokke med sykdomsmål in vivo, med en mer negativ verdi som indikerer enklere dokking. I denne undersøkelsen ble den vellykkede molekylære dokkingen av kjerneaktive komponenter med nøkkelmålet oppnådd, og dokkingbindingsenergien var negativ, med verdier mindre enn -1 kcal / mol. Indigo og berberrubin har god bindingsaktivitet, med bindingsenergi mindre enn -5 kcal/mol (tab 3, figur 7). Samlet gir disse resultatene ytterligere bevis på at disse proteinene som tilsvarer gen-loci kan fungere som SDG-mål i anuseksem.
Figur 1: Arbeidsflyt for nettverksfarmakologisk analyse. GO, genontologi; KEGG,Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; TCMSP, tradisjonell kinesisk medisin systemer farmakologi database og analyse plattform; GEO, genuttrykk omnibus. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Venn-diagram og PPI-nettverk av de felles målene. (A) Venn-diagram over skjæringspunktet mellom narkotikamål og sykdomsmål. (B) Felles mål PPI-nettverk av STRING. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: KEGG veiberikelsesanalyse. (A) KEGG berikelse av veier. De 10 beste KEGG-banene er rangert i henhold til P-verdiene i stigende rekkefølge. (B) Forbindelsen mellom banen og målet: vei (gul), mål (rød). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: GO-berikelsesanalyse. (A) GO-resultater fra tre ontologier. (B) Biologisk prosess (BP) boblediagram. (C) Boblediagram for cellekomponent (CC). (D) Molekylær funksjon (MF) boblediagram. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Prediksjon av potensielle målresultat. (A) Varmekart over navgenuttrykk i GEO-databasen, gruppe A er eksperimentgruppen (atopisk dermatitt), og gruppe B er kontrollgruppen (ikke-atopisk dermatitt); (B) PPI-nettverksnoder representerer proteiner, kant representerer relasjonene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Signalveien. (A) MAPK signalvei. (B) TNF signalvei. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Molekylær dokking av kjernegener og ingredienser. Magenta representerer kjernekomponentene i SDG, og blått representerer restene av kjernegenene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Tradisjonelle kinesiske medisiner | Aktive ingredienser | ||
| Indigo naturalis | 9alpha,13alpha-dihydroxylisopropylidenylisatisine,a, bisindigotin, indicant, isatan B, isatisine,a, isoorientin, isoscoparin, isovitexin, (+)-isolariciresinol, 10h-indolo,[3,2-b],kinolon, Isoindigo, Saponarin, Indigo, tryptanthrin, 6-(3-oksoindolin-2-yliden)indolo[2,1-b]quinazolin-12-on | ||
| Indirubin, beta-sitosterol, Lariciresinol, Nonacosane, isovitexin, Dotriacontanol | |||
| Gyllen sypress | berberin, kopisin, Dauricine (8CI), Javanicin, (±)-lyoniresinol, Kihadalactone A, Obacunoic syre, Obacunone, phellavin, Phellavin_qt, phellodendrine, delta 7-stigmastenol, Phellopterin, Vanilloloside, Coniferin, Dehydrotanshinone II A, delta7-Dehydrosophoramine, Amurensin, Amurensin_qt, dihydroniloticin, hispidol B, kihadalactone B, kihadanin A, niloticin, nomilin, rutaecarpine, Skimmianin, Chelerythrine, Stigmasterol, Worenine, Campesteryl ferulate, Cavidine, Candletoxin A, Hericenone H, Hispidon, Syrigin, beta-sitosterol, Magnograndiolide, (2S,3S)-3,5,7-trihydroksy-2-(4-hydroksyfenyl)chroman-4-on, Palmidin A, magnoflorin, Menisporfin, palmatin, Fumarin, Isocorypalmine, quercetin, Sitogluside, Friedelin | ||
| STOCK1N-14407, jatrorrizin, menisk, phellamurin_qt, (S)-Kanadin, kolumbamin, poriferast-5-en-3beta-ol, magnoflorin, berberrubin, phellodendrin, limonin, Hyperin, campesterol, SMR000232320, Canthin-6-one, 4-[(1R,3aS,4R,6aS)-4-(4-hydroksy-3,5-dimetoksyfenyl)-1,3,3a,4,6,6a-heksahydrofuro[4,3-c]furan-1-yl]-2,6-dimetoksyfenol, dihydroniloticin, melianon, phellochin, thalifendin, vanilloloside, Auraptene | |||
| Kalsinert gips | vannfritt kalsiumsulfat (CaSO4) | ||
| Calamine | sinkkarbonat (ZnCO3) | ||
| Kinesisk Gall | digallate | ||
Tabell 1: Aktive ingredienser i SDG.
| Gen | Grad | Mellom-sentralitet | Nærhet Sentralitet |
| AKT1 | 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 |
| JUNI | 162 | 435.33737 | 0.6805556 |
| CASP3 | 156 | 483.45276 | 0.67431194 |
| HRAS | 148 | 515.28815 | 0.65625 |
| PTGS2 | 134 | 761.34094 | 0.6447368 |
Tabell 2: Kjennetegn ved de 10 beste navgenene.
| Mål (PDB-ID) | Affinitet (kcal/mol) | ||
| Indigo | Berberrubin | Digallat | |
| TNF (1A8M) | -5.96 | -5.19 | -2.22 |
| MAPK14 (1A9U) | -5.51 | -5.41 | -1.93 |
| CASP3 (1CP3) | -5.77 | -4.98 | -1.06 |
Tabell 3: Den molekylære dokkingbindingsenergien til ingrediensene og kjernegenene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Atopisk eksem er en spesifikk form for eksem som deler underliggende mekanismer med eksem. Hub-gener som antas å være relatert til denne tilstanden er TNF, MAPK14 og CASP3. De terapeutiske effektene av SDG på analeksem tilskrives hovedsakelig virkningen på TNF- og MAPK-signalveiene via disse tre navgenene17.
SDG inkluderer fem forskjellige stoffer: indigo naturalis, golden cypress, kalsinert gips, kalsamin og kinesisk galle. I tradisjonell kinesisk medisin kan kalsinert gips og kalamin spille en rolle i å fremme sårheling og tørkefuktighet, mens indigo naturalis, gylden sypress og kinesisk galle kan fjerne varme, avgifte og tørr fuktighet. Kombinasjonen av disse urtene kan oppnå effekten av drenering av fuktighet, fremme sårheling, fjerne varme og fjerne vind18.
Tidligere studier har indikert at hovedkomponentene i SDG har antiinflammatoriske egenskaper. Indigo naturalis (IN) har vist seg å behandle kolitt, psoriasis og akutt promyelocytisk leukemi 19,20,21. INs funksjon kan være relatert til inhiberingen av TLR4 / MyD88 / NF-kB signaltransduksjon, noe som reduserer betennelse og fremmer helbredelsen av tarmslimhinnen hos pasienter med ulcerøs kolitt (UC). Det kan også regulere tarmfloraen, som demonstrert i DSS-indusert UC-musemodell22,23. Nyere forskning fremhever at UC ofte er kombinert med en ubalanse i tarmmikrobiomet. IN kan effektivt balansere tarmøkologien og beskytte mage-tarmsystemet, avhengig av tarmfloraen24. Ved å skifte proinflammatoriske cytokiner til antiinflammatoriske cytokiner, reduserer golden cypress spredning av T-lymfocytter og DC-induserte T-celle- og IL-12p70-cytokinsekresjoner, og fremmer samspillet mellom DC og Treg25. Saponarin og campesterol fungerer som naturlige antiinflammatoriske midler med antiallergiske effekter 26,27,28. Tryptanthin utviser en antimikrobiell virkning29. Melianonen viser betydelige hemmende effekter på både sopp og mikrobiell flora som kan bidra til behandling av analeksem30,31.
Studier har funnet at alvorlighetsgraden av hudsykdommer som akne, irriterende kontaktdermatitt og allergisk kontaktdermatitt er relatert til den mikrobielle floraen i tarmen. Ved sammenligning av mikroflorafordelingen av akutt og kronisk anuseksem viste resultatene at stafylokokkmikrofloraen hos akutte anuseksempasienter var mer rikelig i kronisk gruppe32. Spedbarn med atopisk eksem og lavere tarmmikrobiomdiversitet viser en sammenheng mellom mikrobiell overflod og hudsykdommer33. Basert på effekten av ulike komponenter i SDG på tarmfloraen, kan muligheten for at SDG kan forbedre anuseksem ved å regulere mikroflora ikke utelukkes. I tillegg kan melianon i SDG også virke på sopp for å forhindre anuseksem.
Mekanisme forskning er anerkjent som det mest intrikate aspektet av urte resept undersøkelse. Nettverksfarmakologi gjennomsyrer for tiden ulike aspekter av det farmasøytiske feltet, og markerer et paradigmeskifte fra konvensjonell til moderne biomedisin og omdefinerer tradisjonell kinesisk medisin (TCM) utvikling 34,35,36. Den bruker nettverksmål som grunnlag, og konstruerer et nettverksdiagram som knytter TCM, aktive ingredienser, mål og lidelser for å forutse relevante terapeutiske mål. Nettverksfarmakologi belyser omfattende interaksjonene mellom legemidler og sykdomsmål og undersøker systematisk assosiative nettverksmekanismer, og forutsier dermed sentrale metabolske veier. Dens bruk har blitt strategisk implementert for å undersøke virkningsmekanismer av ulike urter. Videre, ved å etablere et sykdomsmedikamentmål PPI-nettverk, sammen med konstruksjonen av KEGG- og GO-berikede veier, har nettverksfarmakologi gjort det lettere å forutsi den komplekse mekanismen som kinesiske urter påvirker sykdommer og sonder inn i patogenesen av lidelser 37,38,39. Denne forskningen kombinerte nettverksfarmakologi med GEO-datasett for å skjelne aktuelle legemiddelmekanismer.
Nettverksfarmakologisk analyse forutsier bare legemiddelkomponenter og mål, og verifiserer presise mekanismer som nødvendiggjør dyreforsøk eller kliniske studier. Denne studien brukte bare molekylær dokkingsimuleringsverifisering uten å utføre dyre- eller kliniske eksperimenter for å verifisere. Det foreslåtte nettverksfarmakologirammeverket for tradisjonell kinesisk medisin kombinerer de forventede målene for individuelle urter, om enn med lavere nøyaktighet. Inkorporeringen av GEO-datasett forbedrer denne presisjonen betydelig.
I denne studien ble den rene datagenereringsmetoden brukt til å maksimere datautnyttelsen ved å kombinere flere databaser. Spesielt for noen sykdommer som er vanskelige å bygge dyremodeller for, brukes nettdataene primært til å forutsi og verifisere sykdommer og legemiddelmål for å veilede forskningsretningen og legge et godt grunnlag for senere eksperimentell verifisering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Ingen.
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).
