חיזוי פרמקולוגיה ברשת ותיקוף מטבולומיקה של מנגנון פרוקטוס פילנתי נגד היפרליפידמיה
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר אסטרטגיה משולבת לחקר המטרות והמנגנונים העיקריים של Fructus Phyllanthi נגד היפרליפידמיה המבוססת על חיזוי פרמקולוגיה של הרשת ואימות מטבולומי.
Abstract
היפרליפידמיה הפכה לגורם סיכון מוביל למחלות לב וכלי דם ולפגיעה בכבד ברחבי העולם. פרוקטוס פילנטי (FP) היא תרופה יעילה נגד היפרליפידמיה ברפואה הסינית המסורתית (TCM) ובתיאוריות הרפואה ההודית, אולם המנגנון הפוטנציאלי דורש חקירה נוספת. המחקר הנוכחי נועד לחשוף את המנגנון של FP נגד היפרליפידמיה המבוסס על אסטרטגיה משולבת המשלבת חיזוי פרמקולוגיה ברשת עם אימות מטבולומי. מודל עכברים עם דיאטה עתירת שומן (HFD) הוקם על ידי הערכת רמות השומנים בפלזמה, כולל כולסטרול כולל (TC), טריגליצרידים (TG), כולסטרול ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (LDL-C) וכולסטרול ליפופרוטאין בצפיפות גבוהה (HDL-C). פרמקולוגיה ברשת יושמה כדי לגלות את החומרים הפעילים של FP ומטרות פוטנציאליות נגד היפרליפידמיה. מטבולומיקה של פלזמה וכבד בוצעה כדי לזהות מטבוליטים דיפרנציאליים ואת המסלולים המתאימים להם בין הקבוצה הנורמלית, קבוצת המודל וקבוצת ההתערבות. הקשר בין פרמקולוגיה רשת ומטבולומיקה נבנה עוד יותר כדי לקבל מבט מקיף על תהליך FP נגד היפרליפידמיה. חלבוני המטרה העיקריים שהתקבלו אומתו על ידי עגינה מולקולרית. תוצאות אלה שיקפו כי FP שיפר את רמות השומנים בפלזמה ואת הפגיעה בכבד של היפרליפידמיה הנגרמת על ידי HFD. חומצה גאלית, קוורצטין ובטא-סיטוסטרול ב-FP הודגמו כתרכובות הפעילות העיקריות. בסך הכל 16 ושישה מטבוליטים דיפרנציאליים פוטנציאליים בפלזמה ובכבד, בהתאמה, נמצאו מעורבים בהשפעות הטיפוליות של FP נגד היפרליפידמיה על ידי מטבולומיקה. יתר על כן, ניתוח אינטגרציה הצביע על כך שהשפעות ההתערבות היו קשורות ל- CYP1A1, AChE ו- MGAM, כמו גם להתאמה של L-kynurenine, קורטיקוסטרון, אצטילכולין ורפינוז, בעיקר הקשורים למסלול חילוף החומרים של טריפטופן. עגינה מולקולרית הבטיחה כי המרכיבים הנ”ל הפועלים על מטרות חלבוניות הקשורות להיפרליפידמיה מילאו תפקיד מפתח בהורדת השומנים. לסיכום, מחקר זה סיפק אפשרות חדשה למניעה וטיפול בהיפרליפידמיה.
Introduction
היפרליפידמיה היא מחלה מטבולית נפוצה עם השפעות חמורות על בריאות האדם, והיא גם גורם הסיכון העיקרי למחלות לב וכלי דם1. לאחרונה, חלה מגמת ירידה הקשורה לגיל למחלה זו, ואנשים צעירים הפכו רגישים יותר בגלל אורח חיים לא סדיר לטווח ארוך והרגלי אכילה לא בריאים2. במרפאה נעשה שימוש בתרופות שונות לטיפול בהיפרליפידמיה. לדוגמה, אחת התרופות הנפוצות ביותר עבור חולים עם היפרליפידמיה והפרעות טרשת עורקים הקשורות היא סטטינים. עם זאת, לשימוש ארוך טווח בסטטינים יש תופעות לוואי שלא ניתן להזניח, אשר מובילות לפרוגנוזה גרועה, כגון חוסר סובלנות, עמידות לטיפול ותופעות לוואי 3,4. חסרונות אלה הפכו לכאבים נוספים עבור חולי היפרליפידמיה. לכן, יש להציע טיפולים חדשניים ליעילות יציבה להורדת שומנים ופחות תופעות לוואי.
הרפואה הסינית המסורתית (TCM) נמצאת בשימוש נרחב לטיפול במחלות בגלל יעילותה הטובה ומעט תופעות לוואי5. Fructus Phyllanthi (FP), הפרי היבש של Phyllanthus emblica Linn. (הידוע בכינויו אמלה ברי או דומדמניות הודיות), הוא חומר הומולוגי מפורסם של תרופות סיניות מסורתיות והודו 6,7. תרופה זו שימשה לניקוי חום, קירור דם וקידום העיכול, לפי תיאוריות TCM8. מחקרים פרמקולוגיים מודרניים הראו כי FP עשיר בתרכובות ביו-אקטיביות כגון חומצות גאליות, חומצות אלגיות וקוורצטין9, אשר אחראיות למגוון תכונות ביולוגיות מרובות פנים, על ידי פעולה כנוגד חמצון, אנטי דלקתי, הגנה על הכבד, אנטי היפוליפידמי, וכן הלאה10. מחקרים אחרונים הראו גם כי FP יכול לווסת ביעילות את שומני הדם של חולים עם היפרליפידמיה. לדוגמה, Variya et al.11 הוכיחו כי מיץ פירות FP והמרכיב הכימי העיקרי שלו של חומצה גאלית יכולים להפחית את הכולסטרול בפלזמה ולהפחית חדירת שמן בכבד ובאבי העורקים. היעילות הטיפולית הייתה קשורה לוויסות של FP בהגברת הביטוי של קולטן אלפא המופעל על ידי פרוליפרטור פרוליפרטור ובהפחתת הפעילות הליפוגנית בכבד. עם זאת, המנגנון הבסיסי של FP בשיפור היפרליפידמיה צריך להיחקר עוד יותר, כי המרכיבים הביו-אקטיביים שלה הם די נרחבים. ביקשנו לחקור את המנגנון הפוטנציאלי של היעילות הטיפולית של FP, אשר עשוי להועיל להמשך הפיתוח והשימוש של תרופה זו.
כיום, פרמקולוגיה של הרשת נחשבת לטכניקה הוליסטית ויעילה לחקר המנגנון הטיפולי של TCM. במקום לחפש גנים גורמי מחלה בודדים ותרופות המטפלות אך ורק במטרה בודדת, נבנית רשת שלמה של תרופות-מרכיבים-גנים-מחלות כדי למצוא את המנגנון הרב-תכליתי של התרופה מרובת המרכיבים בנוגע לטיפול המקיף שלהם12. טכניקה זו מתאימה במיוחד עבור TCM, כמו ההרכב הכימי שלהם הם מאסיביים. למרבה הצער, פרמקולוגיה של רשת יכולה לשמש רק כדי לחזות מטרות המושפעות מרכיבים כימיים בתיאוריה. מטבוליטים אנדוגניים במודל המחלה יש לראות כדי לאמת את האפקטיביות של פרמקולוגיה ברשת. שיטת המטבולומיקה, המתהווה עם התפתחות הביולוגיה של המערכות, היא כלי חשוב למעקב אחר השינויים במטבוליטים אנדוגניים13. השינויים במטבוליטים משקפים את שינויי המצב היציב של המארח, שהוא גם אינדיקטור חשוב לחקר המנגנון הפנימי. כמה חוקרים שילבו בהצלחה פרמקולוגיה רשת ומטבולומיקה כדי לחקור את מנגנון האינטראקציה בין תרופות ומחלות14,15.
מאמר זה בוחן את הבסיס המכניסטי של FP נגד היפרליפידמיה על ידי שילוב פרמקולוגיה רשת וטכניקות מטבולומיקה. פרמקולוגיה ברשת יושמה כדי לנתח את הקשר בין החומרים הפעילים העיקריים ב- FP לבין מטרות מולקולריות עבור היפרליפידמיה. לאחר מכן, metabolomics בוצע כדי לבחון את השינוי של מטבוליטים אנדוגניים במודל החי, אשר יכול להסביר את פעולות התרופה ברמה המטבולית. בהשוואה ליישום של פרמקולוגיה ברשת או מטבונומיה בלבד, ניתוח משולב זה סיפק מנגנון מחקר ספציפי ומקיף יותר. בנוסף, אסטרטגיית העגינה המולקולרית שימשה לניתוח האינטראקציה בין חומרים פעילים וחלבוני מפתח. באופן כללי, גישה משולבת זו יכולה לפצות על היעדר ראיות ניסיוניות לפרמקולוגיה רשתית והיעדר מנגנון אנדוגני לשיטת המטבולומיקה, וניתן להשתמש בה לניתוח המנגנון הטיפולי של הרפואה הטבעית. תרשים הזרימה הסכמטי הראשי של הפרוטוקול מוצג באיור 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשנים האחרונות שיעור ההיארעות של היפרליפידמיה נמצא במגמת עלייה, בעיקר בשל הרגלי אכילה לא בריאים ארוכי טווח. TCM ומרכיביו הכימיים יש פעילויות פרמקולוגיות שונות, אשר נחקרו רבות בשנים האחרונות37,38. FP הוא סוג של משאב פירות, המשמש הן כתרופה והן כמזון, ויש לו פוטנצי?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי צוות פיתוח המוצר והחדשנות של TCM Health Preservation and Rehabilitation (2022C005) ומחקר על שילוב חוצה גבולות של עסקים חדשים של “שימור בריאות ושיקום+”.
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 |
Referências
- 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. Bioquímica. 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).
