Predicción de farmacología en red y validación metabolómica del mecanismo de Fructus phyllanthi contra la hiperlipidemia
Summary
El presente protocolo describe una estrategia integrada para explorar los objetivos y mecanismos clave de Fructus Phyllanthi contra la hiperlipidemia basada en la predicción de la farmacología de la red y la verificación metabolómica.
Abstract
La hiperlipidemia se ha convertido en un factor de riesgo principal para enfermedades cardiovasculares y lesiones hepáticas en todo el mundo. Fructus Phyllanthi (FP) es un fármaco eficaz contra la hiperlipidemia en la medicina tradicional china (MTC) y las teorías de la medicina india, sin embargo, el mecanismo potencial requiere una mayor exploración. La presente investigación tiene como objetivo revelar el mecanismo de PF contra la hiperlipidemia basado en una estrategia integrada que combina la predicción de farmacología en red con la validación metabolómica. Se estableció un modelo de ratones inducido por una dieta alta en grasas (HFD) mediante la evaluación de los niveles de lípidos plasmáticos, incluido el colesterol total (CT), los triglicéridos (TG), el colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL-C) y el colesterol de lipoproteínas de alta densidad (HDL-C). Se aplicó farmacología en red para conocer los principios activos de la PF y las posibles dianas contra la hiperlipidemia. Se realizó metabolómica del plasma y el hígado para identificar metabolitos diferenciales y sus vías correspondientes entre el grupo normal, el grupo modelo y el grupo de intervención. La relación entre la farmacología de redes y la metabolómica se construyó aún más para obtener una visión integral del proceso de PF contra la hiperlipidemia. Las proteínas diana clave obtenidas se verificaron mediante acoplamiento molecular. Estos resultados reflejaron que la PF mejoró los niveles plasmáticos de lípidos y la lesión hepática de la hiperlipidemia inducida por una HFD. El ácido gálico, la quercetina y el beta-sitosterol en la PF se demostraron como los compuestos activos clave. Se encontró que un total de 16 y seis metabolitos diferenciales potenciales en plasma e hígado, respectivamente, estaban involucrados en los efectos terapéuticos de la PF contra la hiperlipidemia por metabolómica. Además, el análisis de integración indicó que los efectos de la intervención se asociaron con CYP1A1, AChE y MGAM, así como con el ajuste de L-quinurenina, corticosterona, acetilcolina y rafinosa, involucrando principalmente la vía del metabolismo del triptófano. El acoplamiento molecular aseguró que los ingredientes anteriores que actúan sobre los objetivos proteicos relacionados con la hiperlipidemia desempeñaron un papel clave en la reducción de los lípidos. En resumen, esta investigación proporcionó una nueva posibilidad para prevenir y tratar la hiperlipidemia.
Introduction
La hiperlipidemia es una enfermedad metabólica común con graves impactos en la salud humana, y también es el principal factor de riesgo para enfermedades cardiovasculares1. Recientemente, ha habido una tendencia a la baja relacionada con la edad para esta enfermedad, y las personas más jóvenes se han vuelto más susceptibles debido a estilos de vida irregulares a largo plazo y hábitos alimenticios poco saludables2. En la clínica, se han utilizado varios medicamentos para tratar la hiperlipidemia. Por ejemplo, uno de los medicamentos más utilizados para pacientes con hiperlipidemia y trastornos ateroscleróticos relacionados son las estatinas. Sin embargo, el uso a largo plazo de estatinas tiene efectos secundarios que no pueden ser descuidados, que conducen a un mal pronóstico, como intolerancia, resistencia al tratamiento y eventos adversos 3,4. Estas deficiencias se han convertido en dolores adicionales para los pacientes con hiperlipidemia. Por lo tanto, se deben proponer nuevos tratamientos para una eficacia hipolipemiante estable y menos efectos secundarios.
La Medicina Tradicional China (MTC) ha sido ampliamente utilizada para tratar enfermedades debido a su buena eficacia y pocos efectos secundarios5. Fructus Phyllanthi (FP), el fruto seco de Phyllanthus emblica Linn. (popularmente conocida como amla berry o grosella espinosa india), es una famosa medicina y alimento homólogo material de las medicinas tradicionales chinas e indias 6,7. Este medicamento se ha utilizado para eliminar el calor, enfriar la sangre y promover la digestión, según las teoríasde la MTC 8. Los estudios farmacológicos modernos han demostrado que la PF es rica en compuestos bioactivos como ácidos gálicos, ácidos elágicos y quercetina9, que son responsables de una gama de propiedades biológicas multifacéticas, al actuar como antioxidante, antiinflamatorio, protección hepática, antihipolipídico, etc.10. Investigaciones recientes también han demostrado que la PF podría regular eficazmente los lípidos sanguíneos de pacientes con hiperlipidemia. Por ejemplo, Variya et al.11 han demostrado que el jugo de fruta PF y su principal ingrediente químico del ácido gálico pueden disminuir el colesterol plasmático y reducir la infiltración de aceite en el hígado y la aorta. La eficacia terapéutica se relacionó con la regulación de PF en el aumento de la expresión del receptor alfa activado por proliferadores de peroxisomas y la disminución de la actividad lipogénica hepática. Sin embargo, el mecanismo subyacente de la PF en la mejora de la hiperlipidemia debe investigarse más a fondo, porque sus ingredientes bioactivos son bastante extensos. Se buscó explorar el mecanismo potencial de la eficacia terapéutica de la PF, que puede ser beneficioso para el desarrollo y la utilización posteriores de este medicamento.
Actualmente, la farmacología en red se considera una técnica holística y eficiente para estudiar el mecanismo terapéutico de la MTC. En lugar de buscar genes y fármacos causantes de enfermedades individuales que traten únicamente un objetivo individual, se construye una red completa de medicamentos-ingredientes-genes-enfermedades para encontrar el mecanismo multi-objetivo del fármaco multi-ingrediente con respecto a su tratamiento integral12. Esta técnica es especialmente adecuada para la MTC, ya que sus composiciones químicas son masivas. Desafortunadamente, la farmacología de red solo se puede usar para pronosticar objetivos afectados por ingredientes químicos en teoría. Se deben observar los metabolitos endógenos en el modelo de enfermedad para validar la efectividad de la farmacología de red. El método metabolómico, que surge con el desarrollo de la biología de sistemas, es una herramienta importante para monitorear los cambios en los metabolitos endógenos13. Los cambios en los metabolitos reflejan los cambios en el estado estacionario del huésped, que también es un indicador importante para estudiar el mecanismo interno. Algunos investigadores han integrado con éxito la farmacología y la metabolómica de la red para explorar el mecanismo de interacción entre fármacos y enfermedades14,15.
Este artículo explora las bases mecanicistas de la PF contra la hiperlipidemia mediante la integración de técnicas de farmacología de redes y metabolómica. Se aplicó farmacología en red para analizar la relación entre los principales principios activos de PF y dianas moleculares para la hiperlipidemia. Posteriormente, se realizó metabolómica para observar el cambio de metabolitos endógenos en el modelo animal, lo que puede explicar las acciones del medicamento a nivel metabólico. En comparación con la aplicación de la farmacología de redes o la metabonómica sola, este análisis integrado proporcionó un mecanismo de investigación más específico y completo. Además, se utilizó la estrategia de acoplamiento molecular para analizar la interacción entre los ingredientes activos y las proteínas clave. En general, este enfoque integrado podría compensar la falta de evidencia experimental para la farmacología de redes y la falta de un mecanismo endógeno para el método metabolómico, y puede usarse para el análisis del mecanismo terapéutico de la medicina natural. El diagrama de flujo esquemático principal del protocolo se muestra en la Figura 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
En los últimos años, la tasa de incidencia de hiperlipidemia ha ido en aumento, principalmente debido a los hábitos alimenticios poco saludables a largo plazo. La MTC y sus ingredientes químicos tienen diversas actividades farmacológicas, que han sido ampliamente estudiadas en los últimos años37,38. La PF es un tipo de recurso frutícola, utilizado tanto como medicina como alimento, y tiene un potencial importante para tratar la hiperlipidemia. Sin embargo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por el Equipo de Desarrollo e Innovación de Productos de TCM Health Preservation and Rehabilitation (2022C005) y la Investigación sobre la Integración Transfronteriza de Nuevos Negocios de “Preservación y Rehabilitación de la Salud +”.
Materials
| 101-3B Oven | Luyue Instrument and Equipment Factory | ||
| 80312/80302 Glass Slide | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | ||
| 80340-1630 Cover Slip | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | ||
| AccucoreTM C18 (3 mm × 100 mm, 2. 6 μm) | Thermo Fisher Scientific | ||
| Acetonitrile | Fisher Chemical | A998 | Version 1.5.6 |
| ACQUITY UPLC HSS T3 Column (2.1 mm × 100 mm, 1.8 μm) | Thermo Fisher Scientific | ||
| Aethanol | Fisher Chemical | A995 | Version 3.0 |
| Ammonia Solution | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 1336-21-6 | Version 3.9.1 |
| AutoDockTools | Scripps Institution of Oceanography | ||
| BS-240VT Full-automatic Animal Biochemical Detection System | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | ||
| Compound Discoverer | Thermo Fisher Scientific | ||
| Cytoscape | Cytoscape Consortium | ||
| DM500 Optical Microscope | Leica | ||
| DV215CD Electronic Balance | Ohaus Corporation ., Ltd | T15A63 | |
| Ethyl Alcohol | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 64-17-5 | |
| Formic Acid | Fisher Chemical | A118 | |
| HDL-C Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A112-1-1 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Biosharp | BL700B | |
| High Fat Diet | ENSIWEIER | 202211091031 | |
| Hitachi CT15E/CT15RE Centrifuge | Hitachi., Ltd. | ||
| Homogenizer | Oulaibo Technology Co., Ltd | ||
| Hydrochloric Acid | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 7647-01-0 | |
| Image-forming System | LIOO | ||
| JB-L5 Freezer | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JB-L5 Tissue Embedder | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JK-5/6 Microtome | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JT-12S Hydroextractor | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| KQ3200E Ultrasonic Cleaner | Kun Shan Ultrasonic Instruments Co., Ltd | ||
| LDL-C Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A113-1-1 | |
| Male C57BL/6 Mice | SBF Biotechnology Co., Ltd. | Version 2.3.2 | |
| Neutral Balsam | Shanghai Yiyang Instrument Co., Ltd | 10021190865934 | |
| Pure Water | Guangzhou Watson's Food & Beverage Co., Ltd | GB19298 | |
| PyMOL | DeLano Scientific LLC | Version 14.1 | |
| RE-3000 Rotary Evaporator | Yarong Biochemical Instrument Factory ., Ltd | ||
| RM2016 Pathological Microtome | Shanghai Leica Instruments Co., Ltd | Version 26.0 | |
| SIMCA-P | Umetrics AB | ||
| Simvastatin | Merck Sharp & Dohme., Ltd | 14202220051 | |
| SPSS | International Business Machines Corporation | ||
| TC Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A111-1-1 | |
| TG Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A110-1-1 | |
| UPLC-Q-Exactive Quadrupole Electrostatic Field Orbital Hydrazine High Resolution Mass Spectrometry | Thermo Fisher Scientific | ||
| Vortex Vibrator | Beijing PowerStar Technology Co., Ltd. | LC-Vortex-P1 | |
| Xylene | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 1330-20-7 |
References
- Nelson, R. H. Hyperlipidemia as a risk factor for cardiovascular disease. Primary Care: Clinics in Office Practice. 40 (1), 195-211 (2013).
- Mach, F., et al. 2019 ESC/EAS Guidelines for the management of dyslipidaemias: lipid modification to reduce cardiovascular risk: the Task Force for the management of dyslipidaemias of the European Society of Cardiology (ESC) and European Atherosclerosis Society (EAS). European Heart Journal. 41 (1), 111-188 (2020).
- Oesterle, A., Laufs, U., Liao, J. K. Pleiotropic effects of statins on the cardiovascular system. Circulation Research. 120 (1), 229-243 (2017).
- Last, A. R., Ference, J. D., Menzel, E. R. Hyperlipidemia: drugs for cardiovascular risk reduction in adults. American Family Physician. 95 (2), 78-87 (2017).
- Wu, S., et al. Recent advances of tanshinone in regulating autophagy for medicinal research. Front Pharmacol. 13, 1059360 (2022).
- Mirunalini, S., Krishnaveni, M. Therapeutic potential of Phyllanthus emblica (amla): the ayurvedic wonder. Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology. 21 (1), 93-105 (2010).
- Zhao, H. J., et al. Fructus phyllanthi tannin fraction induces apoptosis and inhibits migration and invasion of human lung squamous carcinoma cells in vitro via MAPK/MMP pathways. Acta Pharmacologica Sinica. 36 (6), 758-768 (2015).
- Yan, X., et al. Current advances on the phytochemical composition, pharmacologic effects, toxicology, and product development of Phyllanthi Fructus. Frontiers in Pharmacology. 13, 1017628 (2022).
- Yang, F., et al. Chemical constituents from the fruits of Phyllanthus emblica L. Biochemical Systematics and Ecology. 92, 104122 (2020).
- Wu, L., et al. Phytochemical analysis using UPLC-MSn combined with network pharmacology approaches to explore the biomarkers for the quality control of the anticancer tannin fraction of Phyllanthus emblica L. habitat in Nepal. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2021, 6623791 (2021).
- Variya, B. C., Bakrania, A. K., Chen, Y., Han, J., Patel, S. S. Suppression of abdominal fat and anti-hyperlipidemic potential of Emblica officinalis: Upregulation of PPARs and identification of active moiety. Biomedicine & Pharmacotherapy. 108, 1274-1281 (2018).
- Gertsch, J. Botanical drugs, synergy, and network pharmacology: forth and back to intelligent mixtures. Planta Medica. 77 (11), 1086-1098 (2011).
- Nicholson, J. K., Wilson, I. D. Understanding ‘global’ systems biology: metabonomics and the continuum of metabolism. Nature Reviews Drug Discovery. 2 (8), 668-676 (2003).
- Li, T., et al. Integrated metabolomics and network pharmacology to reveal the mechanisms of hydroxysafflor yellow A against acute traumatic brain injury. Computational and Structural Biotechnology Journal. 19, 1002-1013 (2021).
- Wang, F., et al. Network pharmacology combined with metabolomics to investigate the anti-hyperlipidemia mechanism of a novel combination. Journal of Functional Foods. 87, 104848 (2021).
- Adams, J. M., Jafar-Nejad, H. Determining bile duct density in the mouse liver. Journal of Visualized Experiments. (146), e59587 (2019).
- Wang, J. Y., et al. Use of viral entry assays and molecular docking analysis for the identification of antiviral candidates against coxsackievirus A16. Journal of Visualized Experiments. (149), e59920 (2019).
- Wu, L. F., Liang, W. Y., Zhang, L. Z. Determination of main components of Tibetan medicine Phyllanthus emblica L. World Science and Technology-Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica. 22 (8), 2857-2863 (2022).
- El-Hussainy, E. H. M., Hussein, A. M., Abdel-Aziz, A., El-Mehasseb, I. Effects of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles on ECG, myocardial inflammatory cytokines, redox state, and connexin 43 and lipid profile in rats: possible cardioprotective effect of gallic acid. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 94 (8), 868-878 (2016).
- Huang, W. Y., et al. Quercetin, hyper, and chlorogenic acid improve endothelial function by antioxidant, antiinflammatory, and ACE inhibitory effects. Journal of Food Science. 82 (5), 1239-1246 (2017).
- Lu, T. M., et al. Hypocholesterolemic efficacy of quercetin rich onion juice in healthy mild hypercholesterolemic adults: a pilot study. Plant Foods for Human Nutrition. 70 (4), 395-400 (2015).
- Witkowska, A. M., et al. Dietary plant sterols and phytosterol-enriched margarines and their relationship with cardiovascular disease among polish men and women: The WOBASZ II cross-sectional study. Nutrients. 14 (13), 2665 (2022).
- Turini, E., et al. Efficacy of plant sterol-enriched food for primary prevention and treatment of hypercholesterolemia: a systematic literature review. Foods. 11 (6), 839 (2022).
- Alamro, S. A., et al. Fermented camel milk enriched with plant sterols improves lipid profile and atherogenic index in rats fed high-fat and-cholesterol diets. Heliyon. , e10871 (2022).
- Gao, P., Wen, X., Ou, Q., Zhang, J. Which one of LDL-C/HDL-C ratio and non-HDL-C can better predict the severity of coronary artery disease in STEMI patients. BMC Cardiovascular Disorders. 22 (1), 318 (2022).
- Sun, T., et al. Predictive value of LDL/HDL ratio in coronary atherosclerotic heart disease. BMC Cardiovascular Disorders. 22 (1), 273 (2022).
- Maegawa, K., et al. Dietary raffinose ameliorates hepatic lipid accumulation induced by cholic acid via modulation of enterohepatic bile acid circulation in rats. British Journal of Nutrition. 127 (11), 1621-1630 (2022).
- Antony, B., Merina, B., Sheeba, V. AmlamaxTM in the management of dyslipidemia in humans. Indian Journal of Pharmaceutical Sciences. 70 (4), 504 (2008).
- Antony, B., Benny, M., Kaimal, T. N. B. A pilot clinical study to evaluate the effect of Emblica officinalis extract (Amlamax™) on markers of systemic inflammation and dyslipidemia. Indian Journal of Clinical Biochemistry. 23 (4), 378-381 (2008).
- Nambiar, S. S., Shetty, N. P. Phytochemical profiling and assessment of low-density lipoprotein oxidation, foam cell-preventing ability and antioxidant activity of commercial products of Emblica officinalis fruit. Journal of Food Biochemistry. 39 (3), 218-229 (2015).
- Gopa, B., Bhatt, J., Hemavathi, K. G. A comparative clinical study of hypolipidemic efficacy of Amla (Emblica officinalis) with 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme-A reductase inhibitor simvastatin. Indian Journal of Pharmacology. 44 (2), 238 (2012).
- Jung, T. W., et al. Administration of kynurenic acid reduces hyperlipidemia-induced inflammation and insulin resistance in skeletal muscle and adipocytes. Molecular and Cellular Endocrinology. , 518 (2020).
- Dong, Y., Li, X., Liu, Y., Gao, J., Tao, J. The molecular targets of taurine confer anti-hyperlipidemic effects. Life Sciences. 278, 119579 (2021).
- Huang, B., Bao, J., Cao, Y. R., Gao, H. F., Jin, Y. Cytochrome P450 1A1 (CYP1A1) catalyzes lipid peroxidation of oleic acid-induced HepG2 cells. 생화학. 83 (5), 595-602 (2018).
- Xia, H., et al. Alpha-naphthoflavone attenuates non-alcoholic fatty liver disease in oleic acid-treated HepG2 hepatocytes and in high fat diet-fed mice. Biomedicine & Pharmacotherapy. 118, 109287 (2019).
- Dai, Z., et al. Protective effects of α-galacto-oligosaccharides against a high-fat/western-style diet-induced metabolic abnormalities in mice. Food & Function. 10 (6), 3660-3670 (2019).
- Wang, X., et al. Salidroside, a phenyl ethanol glycoside from Rhodiola crenulata, orchestrates hypoxic mitochondrial dynamics homeostasis by stimulating Sirt1/p53/Drp1 signaling. J Ethnopharmacol. 293, 115278 (2022).
- Hou, Y., et al. Salidroside intensifies mitochondrial function of CoCl(2)-damaged HT22 cells by stimulating PI3K-AKT-MAPK signaling pathway. Phytomedicine. 109, 154568 (2023).
- Noor, F., et al. Network pharmacology approach for medicinal plants: review and assessment. Pharmaceuticals. 15 (5), 572 (2022).
- Li, X., et al. Role of potential bioactive metabolites from traditional Chinese medicine for type 2 diabetes mellitus: An overview. Front Pharmacol. 13, 1023713 (2022).
