Nätverksfarmakologi Prediktion och metabolomik Validering av mekanismen för Fructus Phyllanthi mot hyperlipidemi
Summary
Detta protokoll beskriver en integrerad strategi för att utforska de viktigaste målen och mekanismerna för Fructus Phyllanthi mot hyperlipidemi baserat på nätverksfarmakologisk prediktion och metabolomikverifiering.
Abstract
Hyperlipidemi har blivit en ledande riskfaktor för hjärt-kärlsjukdomar och leverskador över hela världen. Fructus Phyllanthi (FP) är ett effektivt läkemedel mot hyperlipidemi i traditionell kinesisk medicin (TCM) och indisk medicin teorier, men den potentiella mekanismen kräver ytterligare utforskning. Den aktuella forskningen syftar till att avslöja mekanismen för FP mot hyperlipidemi baserat på en integrerad strategi som kombinerar nätverksfarmakologisk prediktion med metabolomikvalidering. En fettrik diet (HFD)-inducerad mössmodell fastställdes genom att utvärdera plasmalipidnivåerna, inklusive totalt kolesterol (TC), triglycerid (TG), lågdensitetslipoproteinkolesterol (LDL-C) och högdensitetslipoproteinkolesterol (HDL-C). Nätverksfarmakologi tillämpades för att ta reda på de aktiva ingredienserna i FP och potentiella mål mot hyperlipidemi. Metabolomik av plasma och lever utfördes för att identifiera differentiella metaboliter och deras motsvarande vägar bland normalgruppen, modellgruppen och interventionsgruppen. Förhållandet mellan nätverksfarmakologi och metabolomik konstruerades ytterligare för att få en övergripande bild av processen med FP mot hyperlipidemi. De erhållna nyckelmålproteinerna verifierades genom molekylär dockning. Dessa resultat återspeglade att FP förbättrade plasmalipidnivåerna och leverskadan av hyperlipidemi inducerad av en HFD. Gallinsyra, quercetin och beta-sitosterol i FP visades som de viktigaste aktiva föreningarna. Totalt 16 respektive sex potentiella differentiella metaboliter i plasma respektive lever visade sig vara involverade i de terapeutiska effekterna av FP mot hyperlipidemi av metabolomik. Vidare indikerade integrationsanalys att interventionseffekterna var associerade med CYP1A1, AChE och MGAM, liksom justeringen av L-kynurenin, kortikosteron, acetylkolin och raffinos, huvudsakligen involverande tryptofanmetabolismväg. Molekylär dockning säkerställde att ovanstående ingredienser som verkar på hyperlipidemirelaterade proteinmål spelade en nyckelroll för att sänka lipider. Sammanfattningsvis gav denna forskning en ny möjlighet att förebygga och behandla hyperlipidemi.
Introduction
Hyperlipidemi är en vanlig metabolisk sjukdom med allvarliga effekter på människors hälsa, och är också den primära riskfaktorn för hjärt-kärlsjukdomar1. Nyligen har det skett en nedåtgående åldersrelaterad trend för denna sjukdom, och yngre människor har blivit mer mottagliga på grund av långvarig oregelbunden livsstil och ohälsosamma matvanor2. I kliniken har olika läkemedel använts för att behandla hyperlipidemi. Till exempel är ett av de vanligaste läkemedlen för patienter med hyperlipidemi och relaterade aterosklerotiska störningar statiner. Långvarig användning av statiner har dock biverkningar som inte kan försummas, vilket leder till en dålig prognos, såsom intolerans, behandlingsresistens och biverkningar 3,4. Dessa brister har blivit ytterligare smärtor för patienter med hyperlipidemi. Därför bör nya behandlingar för stabil lipidsänkande effekt och färre biverkningar föreslås.
Traditionell kinesisk medicin (TCM) har använts i stor utsträckning för att behandla sjukdomar på grund av dess goda effekt och få biverkningar5. Fructus Phyllanthi (FP), torkad frukt av Phyllanthus emblica Linn. (populärt känd som amla bär eller indiska krusbär), är en berömd medicin och mat homologt material av traditionella kinesiska och indiska läkemedel 6,7. Detta läkemedel har använts för att rensa värme, kyla blod, och främja matsmältningen, enligt TCM teorier8. Moderna farmakologiska studier har visat att FP är rik på bioaktiva föreningar såsom gallinsyror, ellaginsyror och quercetin9, som är ansvariga för en rad mångfacetterade biologiska egenskaper genom att fungera som en antioxidant, en antiinflammatorisk, leverskydd, en anti-hypolipidemisk och så vidare10. Ny forskning har också visat att FP effektivt kan reglera blodfetterna hos patienter med hyperlipidemi. Till exempel har Variya et al.11 visat att FP-fruktjuice och dess huvudsakliga kemiska ingrediens gallinsyra kan minska plasmakolesterol och minska oljeinfiltration i levern och aorta. Den terapeutiska effekten var relaterad till FP: s reglering för att öka uttrycket av peroxisomproliferatoraktiverad receptor-alfa och minska hepatisk lipogen aktivitet. Den underliggande mekanismen för FP för att förbättra hyperlipidemi bör dock undersökas ytterligare, eftersom dess bioaktiva ingredienser är ganska omfattande. Vi försökte utforska den potentiella mekanismen för FP: s terapeutiska effekt, vilket kan vara fördelaktigt för vidare utveckling och användning av detta läkemedel.
För närvarande betraktas nätverksfarmakologi som en holistisk och effektiv teknik för att studera den terapeutiska mekanismen för TCM. Istället för att leta efter enskilda sjukdomsframkallande gener och läkemedel som enbart behandlar ett individuellt mål, konstrueras ett komplett nätverk av läkemedel-ingredienser-gener-sjukdomar för att hitta multi-target-mekanismen för multi-ingrediensläkemedlet angående deras omfattande behandling12. Denna teknik är särskilt lämplig för TCM, eftersom deras kemiska kompositioner är massiva. Tyvärr kan nätverksfarmakologi endast användas för att förutsäga mål som påverkas av kemiska ingredienser i teorin. De endogena metaboliterna i sjukdomsmodellen bör observeras för att validera effektiviteten av nätverksfarmakologi. Metabolomikmetoden, som uppstår med utvecklingen av systembiologi, är ett viktigt verktyg för att övervaka förändringar i endogena metaboliter13. Förändringarna i metaboliter återspeglar värdens stadiga tillståndsförändringar, vilket också är en viktig indikator för att studera den interna mekanismen. Vissa forskare har framgångsrikt integrerat nätverksfarmakologi och metabolomik för att utforska interaktionsmekanismen mellan läkemedel och sjukdomar14,15.
Denna artikel utforskar den mekanistiska grunden för FP mot hyperlipidemi genom att integrera nätverksfarmakologi och metabolomiktekniker. Nätverksfarmakologi tillämpades för att analysera förhållandet mellan de viktigaste aktiva ingredienserna i FP och molekylära mål för hyperlipidemi. Därefter utfördes metabolomik för att observera förändringen av endogena metaboliter i djurmodellen, vilket kan förklara läkemedlets verkan på metabolisk nivå. Jämfört med tillämpningen av enbart nätverksfarmakologi eller metabonomik gav denna integrerade analys en mer specifik och omfattande forskningsmekanism. Dessutom användes den molekylära dockningsstrategin för att analysera interaktionen mellan aktiva ingredienser och nyckelproteiner. I allmänhet kan detta integrerade tillvägagångssätt kompensera för bristen på experimentella bevis för nätverksfarmakologi och bristen på en endogen mekanism för metabolomikmetoden och kan användas för terapeutisk mekanismanalys av naturmedicin. Det huvudsakliga schematiska flödesschemat för protokollet visas i figur 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Under de senaste åren har förekomsten av hyperlipidemi ökat, främst på grund av långvariga ohälsosamma matvanor. TCM och dess kemiska ingredienser har olika farmakologiska aktiviteter, som har studerats allmänt de senaste åren37,38. FP är en slags fruktresurs, som används både som medicin och mat, och har en viktig potential för behandling av hyperlipidemi. Den potentiella terapeutiska mekanismen för FP mot hyperlipidemi behöver dock studeras ytter…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av produktutvecklings- och innovationsteamet för TCM Health Preservation and Rehabilitation (2022C005) och Research on New Business Cross-border Integration of “Health Preservation and Rehabilitation+”.
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).
